Апр 06 2001

Повышение ресурсных характеристик

Опубликовано в 18:10 в категории Утилизация отходов

Повышение ресурсных характеристик

судовых сепараторов НСВ за счет

учета сил поверхностного натяжения

Н.В. Кулалаева

Украинский государственный морской

технический университет, г. Николаев

Предотвращение загрязнения моря нефтепродуктами с целью снижения антропогенного воздействия на окружающую среду является в настоящее время одной из главных задач, стоящих перед специалистами, занимающимися очисткой судовых технологических нефтесодержащих вод. С учетом существующего экономического состояния морского транспорта Украины финансирование дорогостоящих продуктов по созданию новых, эффективных нефтеотделяющих устройств, вероятнее всего, будет перенесено в обозримое будущее. Поэтому представляется правомерным сузить направление научных исследований до уровня совершенствования эксплуатирующихся образцов судового сепарационного оборудования для очистки нефтесодержащих вод (НСВ).

Наиболее распространенными на судах являются сепараторы отстойно-коалесцирующего типа с рабочим элементом из термоскрепленного полипропиленового волокна. В качестве основного недостатка этих элементов можно отметить относительно небольшой ресурс эффективной работы (100-150 часов). Повышение ресурса фильтрующе-коалесцирующих очистных элементов (ФКОЭ) возможно различными путями [1]. Одним из них является учет влияния поверхностных сил материала на процесс отделения нефтепродуктов от воды. Этому вопросу и посвящено настоящее исследование.

Представляется целесообразным вначале охарактеризовать механизм разделения водонефтяной смеси (ВНС) в порах ФКОЭ посредством коалесценции НЧ на поверхности волокнистого материала (матрицы). Характер и особенности перемещения жидкой (полифазной) системы, которой являются ВНС в порах ФКОЭ определяются взаимодействием различных сил – тяжести, Архимедовой, Стокса, поверхностных и т.д.,

приводящих к перераспределению фазовых компонентов в потоке ВНС. В результате частицы нефтепродуктов (НЧ) коалесцируют на волокнах ФКОЭ [2]. После коалесценции НЧ происходит их движение вдоль поверхности волокна. Это перемещение обусловлено первоначально силами инерции со стороны укрупнившихся НЧ в капли относительно большой массы, сил сцепления со стороны ближайших волокон, с которыми начинают соприкасаться увеличивающиеся за счет коалесценции НЧ капли нефтепродукта (КН), а затем – силами инерции движения потока ВНС в поре. Перемещение КН вдоль волокна идет в сторону ближайшего узла пересечения (склейки) его с другими волокнами ФКОЭ. Именно в узлах склейки КН задерживаются и сливаются с другими, т.о. на склейках происходит формирование более крупных капель за счет роста сил поверхностного натяжения, обеспечивающих сцепление. Силу сцепления одной НЧ на единичном волокне можно определить из выражения:

Fc1=кsl,

где: s - коэффициент поверхностного натяжения, Н/м

sнп - для нефтепродуктов составляет (20…35)10-3 Н/м;

l – длина прилипания НЧ к волокну, м;

к – коэффициент формы волокна.

Для КН, находящейся на поверхности склейки (соприкасающейся с несколькими волокнами):

Fc= кs ,

где: п –количество волокон, соприкасающихся или пересекающих КН; li – длина i-ой линии касания.

Отрыв КН от тела матрицы происходит за счет действия подъемной силы (разности Архимеда и тяжести) и гидродинамической силы движущегося в порах потока ВНС [3].

Величины подъемной (Fп) и гидродинамической сил (Fг) запишутся:

где: Rкн- радиус КН, м;  - разность плотностей воды и нефтепродукта, кг/м3; - коэффициент динамической вязкости, Нс/м2; v- скорость движения потока ВНС, м/с; g – ускорение свободного падения, м/c2.

С учетом одновременного воздействия на КН обеих сил, результирующую силу отрыва определим из:

При Fр>кs ,КН оторвется от тела матрицы и будет двигаться под действием результирующей силы. Анализ условий отрыва КН от тела матрицы свидетельствует о перспективности применения тонких волокон для образования ФКОЭ. Данное утверждение было проверено в условиях экспериментального стенда. В качестве исследуемых матриц использовались образцы нетканого, термоскрепленного волокна, образованного напылением полипропилена 21230 и блоксополимера пропилена с этиленом по ТУ 6-05-1756-78. Диаметр волокна варьировался от 10 до 20 мкм, размеры пор составляли 220-230 мкм. Результаты в виде зависимости изменения степени задержания жидкофазовой составляющей ВНС (j) представлены на рис.1.

Рисунок 1. Изменение степени задержания жидкофазной составляющей ВНС для исследованных матриц с различными диаметрами волокон.

- Кривая 1. для матриц с db= 10 мкм;

- Кривая 2. для матриц с db= 15 мкм;

- Кривая 3. для матриц с db= 20 мкм;

Здесь j = 1-Ск/Сн,

где Ск – концентрация нефтепродукта на выходе из матрицы, млн –1; Сн – на входе в матрицу, млн –1.

Характер кривых (1-3) свидетельствует, что после 9- ти часов фильтрации очистная способность исследуемой матрицы с db= 10 мкм. снизилась практически в четыре раза, хотя условия фильтрования были идентичны. Указанное свидетельствует о корректности теоретического анализа и возможности повышения ресурсных характеристик судовых сепараторов НСВ посредством увеличения влияния сил поверхностного натяжения на процесс разделения ВНС, путем формирования их ФКОЭ за счет тонковолокнистых олеофильных материалов.

Литература

1. Михайлюк В.А. Способы активизации очистных эффектов в судовых водонефтяных сепараторах // Сб. научн. трудов. УГМТУ. Николаев: УГМТУ, 1998, №5, Е353.

2. Огнева Л.Г., Платиканов Д.Н., Шальт С.Я. Исследование коалесценции и устойчивости капель воды на границе раздела углеводород – вода прямым наблюдением углеводородной пленки / Коллоидный журнал АН СССР, 1984, №3.

3. Роев Г.А., Юфин В.А. Очистка сточных вод и вторичное использование нефтепродуктов. – М.6 Недра, 1987. –224 с.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.