ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМБИНИРОВАННОГО АППАРАТА РАЗДЕЛЕНИЯ ЭМУЛЬСИЙ
Аннотация
Рассмотрена и решена научно-техническая задача разделения эмульсий вода – нефтепродукты на промышленных предприятиях нефтегазохимического комплекса и в энергетике. Представлена разработанная авторами конструкция комбинированного аппарата с тремя секциями разделения. В первой секции барботажной флотации преимущественно выделяются мелкие капли с близкой плотностью к сплошной среде за счет турбулентной миграции к поверхностям пузырей. Во второй секции расположен физический коагулятор в виде нерегулярной (хаотичной) насадки, материал которой хорошо смачивается углеводородной фазой. На поверхности насадки происходит осаждение и укрупнение мелких капель, которые далее поступают в секцию с плоскопараллельными наклонными пластинами, где осаждаются за счет силы тяжести. Для расчета эффективности разделения эмульсии для каждой секции представлены математические модели и даны расчетные выражения. В барботажной секции рассмотрены инерционный и турбулентный механизмы столкновения дисперсной фазы (капель) с поверхностью пузырей. Даны выражения для расчета эффективности разделения эмульсий с учетом этих механизмов. Основными параметрами в представленных выражениях являются число Стокса и коэффициент средней скорости турбулентной миграции капель к поверхности пузырей. В физическом насадочном коагуляторе основным механизмом является градиентно-турбулентная миграция капель к поверхности насадочных тел. После укрупнения капли имеют диаметр 3-4 мм и далее поступают и осаждаются на пластины тонкослойной секции за счет силы тяжести. Представлено выражение для определения эффективности коагуляции и результаты расчета в зависимости от длины насадочного коагулятора при различных числах Рейнольдса. Также представлены значения перепада давления насадочной секции. Кратко дан пример применения разработанного аппарата для выделения углеводородной фазы из воды на тепловой станции. Показан вариант модернизации технологической схемы очистки сточных вод от нефтепродуктов с применением комбинированного аппарата разделения эмульсий.
Литература
Sinaisky E.G., Lapiga E.A., Zaitsev Yu.V. Separation of multiphase multicomponent systems. M.: OOO "Nedra-Biznestsentr". 2002. 621 p. (in Russian).
Meshalkin V.P. Engineering scientific methods of energy and resource effective intensive chemical process systems in digit. economy conditions. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 8. P. 6-23 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20216408.6423.
Duo Wang, Ziqian Zhao, Chenyu Qiao, Wenshuai Yang, Yueying Huang, Patrick McKay, Dingzheng Yang, Qi Liu, Hongbo Zeng. Techniques for treating slop oil in oil and gas industry. Fuel. 2020. V. 279. P. 118482. DOI: 10.1016/j.fuel.2020.118482.
Wen-ming Jiang, Yi-mei Chen, Ming-can Chen, Xiao-liLiuYang Liu, Tianyu Wang, JieYang. Removal of emul-sified oil from polymer-flooding sewage by an integrated apparatus separation process. Sep. Purif. Techol 2019. V. 211. P. 259-268. DOI: 10.1016/j.seppur.2018.09.069.
Grossmann I.E., Harjunkoski I. Process Systems Engineering: Academic and Industrial Perspectives. Comput. Chem. Eng. 2019. V. 126. N 12. P. 474-484. DOI: 10.1016/j.compchemeng.2019.04.028.
Laptev A.B., Ibragimov N.G., Khafizov A.R. Complications in oil production. Ufa: OOO Izd-vo nauch.-tekhn. lit-ry «Monografiya». 2003. 302 p. (in Russian).
Timerbaev A.S., Taranova L.V. Numerical simulation separation oil-water emulsions in centrifugal sepa-rator. Fund. Issled. 2014. N 9(3), P. 547–551 (in Russian).
Zakharov M.K., Pisarenko Yu.A., Sycheva O.I. Comparison of energy saving methods for distillation of liquid mixtures. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 1. P. 85-92 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt. 20216401.6141.
Xiaobing Li Hongxiang Xu Jiongtian Liu Jian Zhangc Jig Li Zhaolong Gui. Cyclonic state micro-bubble flotation column in oilin-water emulsion separation 1. Sep. Purif. Techol. 2016. V. 165. P. 101-106. DOI: 0.1016/j.seppur.2016.01.021.
Zinurov V., Sharipov I., Dmitrieva O., Madyshev I. The experimental study of increasing the efficiency of emulsion separation. E3S Web of Conferences KTTI-2019. 2020. V. 157. DOI:10.1051/e3sconf/ 202015706001.
Wang Shuo, Qin Wei, Dai Youyuan. Separation of Oil Phase from Dilute Oil/Water Emulsion in Confined Space Apparatus. Chin. J. Chem. Eng. 2012. V. 20(2). P. 239-245. DOI: 10.1016/S1004-9541(12)60384-X.
Gibum Kwon, Arun. K. Kota, Yongxin Li, Ameya Sohani, Joseph M. Mabry, Anish Tuteja. On-Demand Sepa-ration of Oil-Water Mixtures. Adv. Maters. 2012. V. 24. N 27. P. 3666-3671. DOI: 10.1002/ADMA.201201364
Yang Si, Qiuxia Fu, Xueqin Wang, Jie Zhu, Jianyong Yu, Gang Sun, Bin Ding. Superelastic and superhy-drophobic nanofiber-assembled cellular aerogels for effective separation of oil/water emulsions. ACS Nano. 2015. 9. 4. P. 3791–3799. DOI: 10.1021/nn506633b.
Dong Ding, Hengyang Mao, Xianfu Chen, Minghui Qiu, Yiqun Fan. Underwater superoleophobic-underoil superhy-drophobic Janus ceramic membrane with its switchable sepa-ration in oil/water emulsions. J. Membr. Sci. 2018. V. 565. P. 303-310. DOI: 10.1016/j.memsci.2018.08.035.
Weitao Zhou, Yimin Zhang, Shan Du, Xiangxiang Chen, Kun Qi, Ting Wu, Jingliang Li, Shizhong Cui, Jianxin He. Superwettable Amidoximed Polyacrylonitrile-Based Nanofibrous Nonwovens for Rapid and Highly Efficient Separation of Oil/Water Emulsions. ACS App. Polym. Mat. 2021. V. 3 (6). P. 3093-3102. DOI: 10.1021/acsapm.1c00313.
Xianfeng Wang, Jianyong Yu, Gang Sun, Bin Ding. Electrospun nanofibrous materials: a versatile medium for effective oil/water separation. Materials Today. 2016. V. 19. N 7. P. 403-414. DOI: 10.1016/j.mattod.2015.11.010.
Jin Ge, Yin-Dong Ye, Hong-Bin Yao, Xi Zhu,Xu Wang, Liang Wu, Jin-Long Wang,Prof. Hang Ding,Prof. Ni Yong,Prof. Ling-Hui He,Prof. Dr. Shu-Hong Yu. Pumping through Porous Hydrophobic/Oleophilic Materials: An Alternative Technology for Oil Spill Remediation. Angew. Chem. Internat. Edit. 2014. V. 53. N 14. P. 3612-3616. DOI: 10.1002/anie.201310151.
Xianzhen Xu, Dan Cao, Jin Liu, Jun Gao, Xiaoyi Wang. Research on ultrasound-assisted demulsifica-tion/dehydration for crude oil. Ultrason. Sonochem. 2019. V. 57. P. 185-192. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2019.05.024.
Laptev A.G., Basharov M.M. Efficiency of heat and mass transfer and separation of heterogeneous media in apparatuses of the petrochemical complex. Kazan': tsentr innovats. tekhnol. 2016. 344 p. (in Russian).
Laptev A.G., Basharov M.M., Lapteva E.A. Mathematical models and methods for calculating heat and mass transfer and separation processes in two-phase media. Kazan': KGEU; Staryi Oskol: TNT. 2021. 288 p. (in Russian).
Laptev A.G., Basharov M.M. Mathematical model of transfer and deposition of fine particles in a turbulent flow of emulsions and suspensions. Inzh. Fizich. Zhurn. 2018. V. 91. N 2. P. 377-386 (in Russian). DOI: 10.1007/s10891-018-1756-5.
Demura M.V. Design of thin-layer sedimentation tanks. Kiev: Budivelnik. 1981. 78 p. (in Russian).
Pokrovsky V.N., Arakcheev E.P. Wastewater treatment of thermal power plants. M.: Energiya. 256 p. (in Russian).
