CC BY
12
УДК 66.02
В. А. Лашков, Р. Ш. Суфиянов, О. А. Синяков, Я. С. Мухтаров
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭКСТРАГИРОВАНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ГРУНТОВ
Ключевые слова: нефтесодержащий грунт, экстрагирование углеводородов, критериальное уравнение.
В результате обработки экспериментальных данных, получены критериальные уравнения для описания процесса извлечения углеводородов из грунтов, содержащих нефть.
Keywords: oily soil, extraction of hydrocarbons, criterion equation.
As a result of the experimental data obtained criteria equations to describe the process of extraction of hydrocarbons from soil containing oil.
При добыче нефти, ее транспортировке и переработке образуется большое количество нефтезаг-рязненных отходов, значительную часть которых составляют нефтесодержащие грунты [1], для обезвреживания которых применяются самые различные технологии [2, 3].
В рамках ресурсосбережения необходимо рассматривать нефтесодержащие грунты (НСГ), как вторичный источник углеводородных ресурсов. Такой подход позволит одновременно решать, не только экологические, так и ресурсосберегающие задачи.
Проведенный анализ литературных источников показывает, что в научно-технической литературе, практически отсутствуют работы, посвященные математическому описанию процесса утилизации НСГ экстракционными методами. С целью решения этой задачи, были проведены соответствующие эксперименты [4, 5] и обобщены полученные результаты по обезвреживанию НСГ методом экстракции углеводородов нефти низкокипящими растворителями. Результаты экспериментов представлены на рис. 1 и 2.
Одним из известных методов для описания
Рис. 1 - Зависимость степени извлечения углеводородов от температуры проведения процесса
физико-химических процессов является получение критериального уравнения, с помощью которого
можно оценивать влияние различных факторов на исследуемый процесс. В качестве критериев для описания процесса экстрагирования углеводородов нефти из НСГ используем диффузионные критерии Нуссельта (ИиД), Фурье (), Прандтля (Ргд), а
также критерий Рейнольдса (Ре). При этом диффузионный критерий Нуссельта является определяе-
Рис. 2 - Зависимость степени извлечения углеводородов от соотношения «растворитель/НСГ»
мым, а остальные - определяющими. Для процессов нестационарной массоотдачи, какими и являются процессы экстрагирования из НСГ, запишем в общем виде критериальное уравнение [5]:
Ыид = f fo^ Ргл; Re
Д>
'д>
(1)
Диффузионный критерий Фурье служит для характеристики массообмена для нестационарных массообменных процессов
Foff = K-^jdd
(2)
где К - коэффициент массоотдачи; X - время; Ь -определяющий размер.
Диффузионный критерий Прандтля учитывает влияние физических свойств среды на диффузию
=v/D2
(3)
где V - коэффициент кинематической вязкости; Р - коэффициент диффузии.
Критерий Рейнольдса определяет гидродинамический режим процесса и представляет соотношение сил инерции и вязкости. Расчеты показали, что значения критерия Рейнольдса для условий проведения эксперимента, находятся в диапазоне 1,4 - 6,1 • 105, что соответствует турбулентному гидродинамическому режиму.
В качестве одного из параметров критериального уравнения был выбран диффузионный критерий Пекле (Ред), представляющий собой произведение
критерия Рейнольдса и диффузионного критерия Прандтля. Критерий Пекле характеризует соотношение между конвективными и молекулярными процессами массопереноса в потоке жидкости (соотношение конвекции и диффузии).
Были получены частные зависимости диффузионного критерия Нуссельта от диффузионных критериев Прандтля, Пекле и Фурье, которые представлены на рис. 3, 4 и 5.
Рис. 3 - Зависимость диффузионного критерия Нуссельта от диффузионного критерия Фурье
Рис. 4 - Зависимость диффузионного критерия Нуссельта от диффузионного критерия Пран-
дтля
Рис. 5 - Зависимость диффузионного критерия Нуссельта от диффузионного критерия Пекле
В результате обработки экспериментальных данных были получены следующие критериальные зависимости
Ыид (Ргл ) = 0,038 РГд333 .
Ыид ?од)= 0,766/4?
-0,333
д
(4)
(5)
Ыид ?ед)= 5,885 • 10-4яе°333 . (6)
Методом анализа размерностей было получено следующее критериальное уравнение процесса извлечения углеводородов нефти из нефтезагрязнен-ного песка
Иид = 0,766/ч?-0'333 + 0,224 • 10-4 (Рг • Ре У'
-4
333
Д
Д
Проверка адекватности полученного критериального уравнения по критерию Фишера показала, что уравнение адекватно описывает проведенные экспериментальные исследования, при этом абсолютная погрешность расчетов не превышает 4 %.
Таким образом, последнее критериальное уравнение может быть использовано для расчета основных параметров процесса экстракции углеводородов из нефтесодержащих грунтов в достаточно широком диапазоне изменения технологических характеристик.
Литература
1. В.А. Лашков, Р.Ш. Суфиянов, Вестн. Казан. технол. ун-та, 17, 2, 284-286 (2014).
2. Я.С. Мухтаров, Р.Ш. Суфиянов, А.А. Стец, Вестн. Казан. технол. ун-та, 17, 2, 290-291 (2014).
3. Я.С. Мухтаров, Р.Ш. Суфиянов, В.А. Лашков, Вестн. Казан. технол. ун-та, 15, 11, 197-198 (2012).
4. Р.Ш. Суфиянов, А.В. Каталымов, О.А. Синяков, Химическое и нефтегазовое машиностроение, 6, 29-31 (2011).
5. О.А. Синяков, Р.Ш. Суфиянов, Всероссийская научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Экология и безопасность в техносфере: современные проблемы и пути решения» (Томск,
Россия, 2014), Тезисы доклада. Томск, 2014. С. 61-64. ты химической и нефтехимической технологии. Химия,
6. А.Н. Плановский, П.И. Николаев, Процессы и аппара- Москва, 1987. 496 с.
© В. А. Лашков - д.т.н., профессор, зав. каф. машиноведения Казанского национального исследовательского технологического университета (КНИТУ), [email protected], Р. Ш. Суфиянов - д.т.н., доцент Московского государственного машиностроительного университета (МГМУ-МАМИ), О. А. Синяков - аспирант МГМУ-МАМИ; Я. С. Мухтаров - д.т.н., проф. каф. машиноведения КНИТУ.
© V. A. Lashkov - d.t.s., head of the department of mechanical engineering of Kazan National Research Technological University (KNRTU), [email protected], Суфиянов Р.Ш. - d.t.s., associate professor of Moscow State University of Engineering (MSUE-MAMI), O. A. Sitnikov - PhD student MSUE-MAMI, J. S. Mukhtarov- d.t.s., professor of the department of mechanical engineering (KNRTU).
