Апр 05 2001

Особенности проектирования аппаратов

Опубликовано в 07:53 в категории Утилизация отходов

Особенности проектирования аппаратов

для разделения судовых нефтесодержащих вод

В.А. Михайлюк

Украинский государственный морской

технический университет, г. Николаев

Основою эффективного разделения судовых нефтесодержащих вод (СНВ) является интенсификация процессов, обеспечивающих изменение агрегативной устойчивости гидродинамической системы "среда-фаза" (представляющей СНВ), посредством принудительной активизации нелинейных разделительных эффектов, сопровождающих ее. Под активизацией нелинейных разделительных эффектов будем понимать формирование соответствующих условий в аппаратурном обеспечении процесса разделения СНВ, которые могут способствовать усилению действия явлений межкапельной и поверхностной коалесценции их жидкой фазы, исключению возможности ее диспергирования в процессе обработки и своевременному удалению фазовых составляющих из очистного цикла.

В зависимости от стадии обработки СНВ (считая оптимальным двухстадийную), а именно предварительная это или же финишная очистка, скорости их перемещения в соответствующем разделительном устройстве следует поддерживать такими, чтобы возникающие в потоке напряжения сдвиги были соизмеримы с силами поверхностного натяжения преобладающего по размеру множества частиц жидкофазовых составляющих. Поскольку размер частиц жидкой фазы СНВ жестко связан с величиной силы их поверхностного натяжения (препятствующей диспергированию за счет напряжений сдвига), в очистном устройстве должно обеспечиваться такое силовое воздействие на частицы жидкой фазы, чтобы последние могли седиментировать (обратная седиментация – всплытие), коалесцировать, изменять пространственное положение в потоке среды, но в то же время исключалось их вторичное эмульгирование, т.е. распад существующих (образовавшихся) капель фазы на более мелкие.

При анализе механизма разделения СНВ, с учетом современных тенденций мировых сепарационных технологий, установлено, что опти-

мальное количество стадий их обработки до соответствия требованиям, предъявляемым международными и национальными нормами к чистоте сбрасываемых в море технологических вод, две. Первая – предочистная, после которой в очищаемой среде возможно наличие значительной части мелкодисперсных нефтепродуктов и вторая – финишная (доочистная), обеспечивающая необходимую (требующуюся) глубину очистки. В зависимости от методов воздействия на фазовые составляющие СНВ для их разделения, на любой стадии обработки, частицы жидкой фазы могут подвергаться воздействию гравитационных, массовых, поверхностных и других сил. Однако при этом необходимо соблюдение следующих условий. Во-первых, для исключения диспергирования частиц жидкофазовых составляющих необходимо обеспечить соизмеримость величины накладываемых усилий силам поверхностного натяжения усредненного множества наиболее крупных по размеру частиц, отделяемых на данной стадии очистки. Как правило, реализация данного требования становится возможной за счет регулирования скорости перемещения СНВ в соответствующем очистном устройстве. Во-вторых, своевременный вывод из очистного цикла максимально возможного количества жидкофазовой составляющей позволяет предотвратить ее вторичное эмульгирование. Анализ существующих способов очистки СНВ свидетельствует о перспективности применения в судовых технологических схемах подготовки воды к сбросу за борт таких методов как, силовое разделение, коалесценция, фильтрация. Все эти методы имеют одну общую особенность – струйное истечение среды, поэтому и воздействие, необходимое для выделения фазовых компонентов, обычно прикладывается, прежде всего, к струе. В аппаратах для силового разделения струю закручивают, в коалесцирующих и фильтрующих – поток (струя) движется в искусственно созданных каналах, поверхности которых обладают специфическими свойствами. Отсюда учет оптимальной длины соответствующей струи (канала), необходимой для выделения фазовых составляющих одним или несколькими из приведенных методов, представляется достаточно важным фактором при проектировании очистных устройств судовых нефтесодержащих вод. Вопросы, связанные с определением оптимальной длины фильтрующе-коалесцирующих каналов были рассмотрены нами ранее в [1]. Что же касается условий определения оптимальных параметров разделителей СНВ центробежного типа (которые преимущественно используются на стадии предварительной очистки), то они обуславливаются особенностями истечения и разрушения струй. Эти особенности заключаются в том, что при истечении в смешивающуюся жидкость длина сплошной части струи, определяющая время воздействия центробежной силы на жидкофазные составляющие СНВ, находится в сложной зависимости от величины межфазного поверхностного натяжения. Это объясняется тем, что при истечении струи в пространство, занятое другой жидкостью на границе раздела сред, протекает процесс молекулярной диффузии. Для случая ламинарного он может быть аппроксимирован уравнением [2]:

где: h – толщина диффузионного пограничного слоя, м; D – коэффициент диффузии, см2/с; n - кинематический коэффициент вязкости, сСт;

t - время, с.

При достижении пограничным диффузионным слоем толщины равной радиусу струи, происходит полное смешение – это и есть предельное время обработки жидкофазных составляющих СНВ в центробежном разделителе. При фиксированных скорости (v) и диаметре патрубка ввода (dв) СНВ в гидроциклон максимальная длина струи (Lмак) будет соответствовать:

Отделение частиц жидкой фазы СНВ в силовом разделителе осуществляется в основном за счет гравитационных и центробежных

сил [3]. При этом скорости осаждения частиц жидкофазной составляющей под действием этих сил запишутся в виде:

откуда:

где: v.г и v.ц – скорость осаждения частицы жидкофазной составляющей под действием соответственно гравитационной и центробежной сил, м/с; drф- диаметр частицы фазы, м; rф – плотность частицы фазы, кг/м3 ;

g – ускорение свободного падения, м/c2; vt - окружная скорость движения частицы фазы, м/с; r – радиус траектории движения частицы фазы, м.

Длина траектории движения частицы фазы (Lчф) в радиальном направлении до осаждения, после несложных преобразований может быть представлена в следующем виде:

Таким образом, основное условие разделения СНВ в гидроциклонах определяется из выражения:

Lчф

Последнее справедливо при Rе

Созданные автором оригинальные конструкции разноскоростных, многоступенчатых гидроциклонов, не имеющих аналогов в мировой практике сепараторостроения, подтверждают перспективность приведенных подходов к разработке методики проектирования аппаратов данного типа.

Литература

1. Михайлюк В.А. Определение оптимальной длинны коалесцирующего канала // Судовое энергомашиностроение. Сб. научн. трудов. Николаев, УГМТУ, 1997. С. 52-58.

2. Начинкин О.И. Полимерные микрофильтры. М.: Химия, 1985. -216 с.

3. Роев Г.А., Юфин В.А. Очистка сточных вод и вторичное использование нефтепродуктов. – М.: Недра, 1987. –224 с.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.