Разработка математических моделей и оптимальных конструкций струйных аппаратов с регулируемой гидродинамикой для разделения устойчивых эмульсий

• Автор: Сафонов, Роман Анатольевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 139 с. : ил.

ГЛАВА 1. ОБЗОР И АНАЛИЗ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСЕЙ, СОДЕРЖАЩИХ УСТОЙЧИВЫЕ ЭМУЛЬСИИ

1.1. Методы и средства разделения загрязнённых устойчивых эмульсий

1Л Л .Физико-механические методы разделения

1.1.2. Физико-химические методы

1.1.3. Биологические методы

1.1.4. Термические методы

1.2. Описание конструкций и методик расчёта струйных аппаратов

1.2.1. Классификация струйных аппаратов

1.2.2. Методы расчётов струйных аппаратов

ГЛАВА 2. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ РАЗРУШЕНИЯ И КОАЛИСЦЕНЦИИ УСТОЙЧИВЫХ ЭМУЛЬСИЙ В РЕЗУЛЬТАТЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

2.1. Устойчивость эмульсий нефтепродуктов. Причины её возникновения

2.2. Механизмы разрушения бронирующих оболочек в струйном аппарате
2.3. Процесс коалесценции капель разрушенных устойчивых эмульсий
2.4. Расслоение разрушенных устойчивых эмульсий

ГЛАВА 3. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОДИНАМИКИ И РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СТРУЙНОГО АППАРАТА С РЕГУЛИРУЕМОЙ ГИДРОДИНАМИКОЙ
ЗЛ. Математическая модель струйного аппарата с регулируемой гидродинамикой для разделения устойчивых эмульсий
3.2. Определение оптимальных конструктивных параметров по результатам математического моделирования струйного аппарата
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССОВ РАЗДЕЛЕНИЯ УСТОЙЧИВЫХ ЭМУЛЬСИЙ В МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОМ СТРУЙНОМ АППАРАТЕ С РЕГУЛИРУЕМОЙ ГИДРОДИНАМИКОЙ
4.1. Конструкция экспериментальной установки и струйного аппарата для разделения устойчивых эмульсий
4.2. Результаты экспериментальных исследований по разделению маслосодержащих эмульсий
4.3. Результаты экспериментальных исследований по разделению сильнозагрязнённых мазутосодержащих эмульсий
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

Предприятия текстильной и химической промышленности используют технологические процессы, при проведении которых образуются устойчивые маслосодержащие эмульсии. Утилизация таких эмульсий связана со значительными трудностями и материальными затратами, а также сопровождается загрязнением окружающей среды.
Кроме того, около 60% предприятий текстильной и химической промышленности для обеспечения своих производственных нужд оснащены собственными котельными, резервным топливом которых является мазут. При длительном хранении на дне емкостей для хранения мазута образуется густой осадок, состоящий из затвердевшего до асфальтоподобного состояния мазута, твёрдых примесей и застаревших обратных мазутных эмульсий, достигающий 1,5 метров в высоту. Такой состав осадка не позволяет как-либо его использовать или перерабатывать, а подлежит захоронению (более того, сам процесс извлечения этого осадка из мазутного бака очень трудоёмок). Аналогичным образом приходится поступать со значительно загрязнённым маслом.
Регенерация указанных отходов с возвратом ценных составляющих в производство является актуальной задачей и способствует повышению экологической и экономической эффективности производства.
Целью диссертационной работы является разработка методики, инженерных методов расчёта, математических моделей и аппаратурного оформления установок для разделения загрязнённых механическими примесями устойчивых эмульсий и регенерации входящих в них веществ.
Научная новизна работы:
• предложен новый метод разделения загрязнённых эмульсий с использованием многофункционального струйного аппарата с регулируемой гидродинамикой;

воздействия капель на стенку является косой удар их с весьма коротким касанием. В момент косого удара развиваются значительные усилия, превышающие вес самих глобул во много раз. Эти усилия вызывают деформацию и разрушение бронирующих оболочек капель. Возможно, что реакция удара не проходит через центр тяжести капель, поэтому они приобретают вращательное движение, что также вызывает деформацию капель. Достигнуть полного удаления бронирующей оболочки с поверхности всех частиц внутренней фазы эмульсии - весьма трудная задача.
Кроме разрушения брони для коалесценции частиц необходимо утоньшение разделяющей их дисперсионной пленки и ее разрыв. В [97] отмечается, что для коалесценции крупных капель характерен механизм разрыва пленки в периферийных ее областях, а для более мелких глобул всех типов - механизм разрыва в центральной части.
2.3. Процесс коалесценции капель разрушенных устойчивых
эмульсий
Кроме разрушения бронирующей оболочки для разделения веществ важен процесс коалесценции, возможность которого определяется временем контакта двух капель, достаточным для удаления плёнки сплошной фазы. Укрупнение капель в большой степени зависит от частоты столкновения, жёсткости контакта капель и времени их пребывания в потоке.
Если расстояние между частицами при движении эмульсии по трубопроводу не превышает суммы их радиусов, то такие частицы столкнутся в потоке. Число столкновений в потоке за счет градиента скорости меньше чем у стенки аппарата, так как наибольший градиент скорости имеет место в вязком граничном подслое вблизи стенки и число столкновений капель в этой зоне будет наибольшим.