Разработка и расчет адсорбционного аппарата для интенсификации массопереноса при очистке сточных вод от нефтепродуктов
УДК 534.121.2 На правах рукописи
Байсалова Акмарал Даутбековна
Разработка и расчет адсорбционного аппарата для интенсификации массопереноса при очистке сточных вод
от нефтепродуктов
05.17.08 – Процессы и аппараты химических технологий
Автореферат
диссертации на соискание ученой
степени кандидата технических наук
Республика Казахстан
Шымкент, 2010
Работа выполнена в Южно-Казахстанском государственном университете имени М.Ауезова
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор
Алтынбеков Феликс Ембергенович
Научный консультант: доктор технических наук
Сатаев Марат Исакович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Закиров Санат Гапурович
кандидат технических наук
Сейтханов Нурлан Тулегенович
Ведущая организация: Таразский государственный университет им.М.Х.Дулати
Защита состоится «28» апреля 2010 г в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 14.23.01 при Южно-Казахстанском государственном университете им. М.О. Ауезова по адресу: 486012, Шымкент, пр.Тауке-хана, 5, ЮКГУ, главный корпус, ауд.342.
С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Южно-Казахстанского государственного университета им. М.О. Ауезова по адресу: 160012, г. Шымкент, пр. Тауке хана, 5, главный корпус, ауд. 215.
Автореферат разослан « » 2010 г.
Ученый секретарь диссертационного совета,
д.т.н., профессор Волненко А.А.
Введение
Общая характеристика работы.
Устаревшее оборудование и аппараты очистки сточных вод от нефтепродуктов усиливают экологическую опасность для окружающей среды. Переход на новые технологические приемы рождает новые проблемы. Поскольку нефть является основным источником энергии и сырьем для получения разнообразных топлив и продуктов нефтехимии, она не локализуется в добывающих районах, а интенсивно распространяется в водных бассейнах Республики, теряясь в большом количестве при переработке. В связи с этим разработка высокоэффективной адсорбционной очистки сточных вод от нефтепродуктов и внедрение замкнутого оборотного водоснабжения в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности является большой проблемой в области разработки процессов и аппаратов при переработке нефти, где основную роль играют разработка массообменных аппаратов очистки сточных вод нефтехимических производств.
Оценка фундаментальных и прикладных исследований гидродинамики и массопереноса в подвижном слое адсорбента показала, что в процессах адсорбции необходимо учитывать влияние таких показателей как микроскопическая структура гранулы, массоперенос в зерне адсорбента, характерное расстояние между зернами в укладке слоя, доля минимального проходного сечения, порозность слоя, среднегеометрический и минимальный радиус зерна, коэффициент формы и гидродинамического сопротивления слоя адсорбента. На величину адсорбции существенным образом влияет тип и конструкция адсорбера. Разработка новых конструкций адсорберов позволяет повысить коэффициент использования адсорбционной ёмкости адсорбента в слое, а также распределения сточной воды в подвижном слое адсорбента. При математическом моделировании процессов адсорбционной очистки сточных вод и разработке научно-обоснованной методики расчета адсорберов надо определить влияния показателей, характеризующихся эффективным коэффициентом диффузии и массоотдачи, коэффициентом гидродинамического сопротивления зерен и гидродинамическими характеристиками адсорбционных слоев.
Актуальность темы. В настоящее время многие страны мира испытывают острый дефицит как питьевой, так и технической воды. Республика Казахстан, особенно южные регионы нашей страны, не являются исключением. Подготовка как питьевой, так и технической воды включает этап технологической очистки. Если о степени важности питьевой воды не приходится говорить (жизнеобеспеченность и безопасность любой страны), то техническая вода в больших объемах потребляется промышленностью и энергетикой. Все эти положения говорят об огромной государственной важности данной проблемы.
Наиболее перспективным методом очистки сточных вод считается адсорбционный метод очистки в адсорберах с подвижным слоем адсорбента. Однако и этот метод очистки имеет ряд недостатков:
- в конструкциях адсорберов не эффективно используется весь полезный объем аппарата;
- отсутствует или малоэффективен процесс перемешивания адсорбента с загрязняющими веществами водных стоков, что уменьшает процесс массообмена;
- отсутствует методика расчета диффузионных процессов в слое пористого адсорбента, а также гидродинамических характеристик зернистого адсорбционного слоя в режиме интенсивных нагрузок и механизма взаимодействия фаз.
В этой связи, настоящая работа, направленная на устранение вышеперечисленных недостатков, является своевременной и актуальной.
Работа выполнялась в соответствии координационным планом НИР ЮКГУ им. М.О. Ауезова и ЮКО НАН РК Б-МС Ф-01-05-1/4 «Разработка процессов и конструкций аппаратов для совмещенных с измельчением процессов с целью утилизации твердых отходов и очистки вредных выбросов химических производств» 2001–2005 гг., планом г/б НИР Б-ТИ-05-03 «Обеспечение экологической безопасности состояния окружающей среды адсорбционными и мембранными методами очистки водных и газовых потоков» на 2004-2009 гг.
Цель работы: разработка конструкции высокоэффективного адсорбера с подвижным слоем адсорбента с установлением массообменных закономерностей адсорбционной очистки и создание научно-обоснованной методики его расчета.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
- разработка конструкции адсорбера с подвижным слоем адсорбента;
- исследование гидродинамики адсорбции нефтепродуктов в подвижном слое адсорбента;
- исследование массопереноса и выявление закономерностей при адсорбции нефтепродуктов из водного потока движущимся слоем активированного угля;
- разработка математической модели диффузионных процессов в слое пористого адсорбента и гидродинамических характеристик зернистого адсорбционного слоя в режиме интенсивных нагрузок и создание научно-обоснованной методики расчета адсорбера;
- опытно-промышленная проверка достоверности основных положений и выводов.
Научная новизна работы:
- получены уравнения тепло- и массообмена с учетом коэффициента формы гранул, эффективного коэффициента диффузии и коэффициента массоотдачи;
- дано уравнение, описывающее связь между средним расстоянием между активными центрами поверхности и степенью заполнения поверхности адсорбции, характеризующими микроскопическую структуру гранулы и макроскопические характеристики;
- предложено уравнение для расчета характерного расстояния между зернами в укладке слоя с помощью доли минимального проходного сечения и порозности слоя;
- получено уравнение для расчета коэффициента формы с учетом среднегеометрического и минимального радиуса зерна, позволяющего определить коэффициент гидродинамического сопротивления слоя адсорбента при динамических нагрузках на слой.
Научные положения, выносимые на защиту:
- результаты теоретических и экспериментальных исследований массопереноса нефтепродуктов из водного потока движущимся слоем активированного угля;
- гидродинамические характеристики адсорбционного извлечения нефтепродуктов;
- математическая модель вариации гидродинамических характеристик зернистого адсорбционного слоя в режиме интенсивных нагрузок и диффузионных процессов в слое пористого адсорбента и методика расчета мембранного аппарата.
Практическая ценность. Предложена эффективная конструкция адсорбера с подвижным слоем адсорбента, защищенная предварительным патентом РК № 17971. Установлена область применения адсорбера для очистки сточных вод от нефтепродуктов, отличающегося низкими удельными энергозатратами, высокой надежностью в эксплуатации.
Создана научно-обоснованная методика расчета адсорбера с подвижным слоем адсорбента и предложены практические рекомендации по рациональному выбору конструктивных и режимных параметров аппарата, которые могут быть использованы при создании нового и модернизации существующего оборудования для глубокой очистки сточных вод от нефтепродуктов
Апробация практических результатов. Основные положения, выполненные в работе, подтверждены опытно-промышленными испытаниями по адсорбционной очистке сточных вод от нефтепродуктов в производственных условиях на технологической линии АО «INCOMTYRE» г. Шымкента, инженерная методика расчета адсорбера с подвижным слоем адсорбента для очистки сточных вод от нефтепродуктов принята для внедрения ДГП «РНИЦБХП».
Ожидаемый экономический эффект от внедрения результатов данной работы и аппаратурной модернизации процесса очистки нефтесодержащих сточных вод составил 2875180 тенге.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях: сборник трудов республиканской научно – практической конференции студентов и молодых ученых «Келешек -2006» (г. Жезказган, 2006); естественно – гуманитарные науки и их роль в реализации программы индустриально–инновационного развития Республики Казахстан, (г. Алматы, 2006); труды республиканской научно – практической конференции «Роль и задачи образовательных учреждений в формировании основ «Умной экономики»», (г.Шымкент, 2007); материалы III международной научно-практической конференции «Наука и образование без границ - 2007», (г.София, 2007г.); сборник трудов восьмой международной научно – практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности», (г.Санкт-Петербург, 2009г.); труды IY международной научно – практической конференции «Проблемы науки и образования в современных условиях», (г. Шымкент, 2009г).
Основная часть
Во введении дана краткая оценка современного состояния решаемой проблемы, обоснование и исходные данные для разработки темы, обоснование необходимости проведения научно-исследовательской работы, сведения о планируемом научно-техническом уровне разработки, о патентных исследованиях, о метрологическом обеспечении научно-исследовательской работы. Показаны актуальность и новизна темы, связь данной работы с другими научно-исследовательскими программами, а также приведены цели и задачи исследования, отражена методологическая база, положения, выносимые на защиту, апробация практических результатов и работы, а также практическая ценность.
В первом разделе проведен анализ процессов массопереноса при адсорбции и современного состояния применения процессов адсорбционной очистки нефтесодержащих сточных вод. Рассмотрены теоретические основы массопереноса и диффузии адсорбционных процессов и конструкций адсорбционных аппаратов для очистки нефтесодержащих сточных вод. Дана оценка современного состояния очистки сточных вод от нефтепродуктов. На основании проведенного анализа сформулирована цель и осуществлена постановка задач исследования.
Второй раздел посвящен разработке процесса адсорбционной очистки сточных вод в адсорбционном аппарате, а также исследованию массопереноса и гидродинамики адсорбции нефтепродуктов из водного потока.
Для решения поставленной цели разработана конструкция адсорбционного аппарата с подвижным слоем адсорбента защищенная предварительным патентом РК №17971. На рисунке 1 схематически изображен предлагаемый аппарат.
1 и 2 –камеры адсорбции; 3 и 4 – шнеки; 5 и 7 – патрубок для загрузки адсорбента; 6 и 8 – разгрузочные устройства; 9 и 11 – патрубок для ввода водного раствора; 10 и 12 – патрубок для вывода водного раствора
Рисунок 1 - Адсорбер с подвижным слоем адсорбента
Расположенные один над другим, два шнека, установлены на расстоянии от внутренней стенки камеры, не превышающем диаметра зерна адсорбента. Камеры контакта зернового адсорбента с жидкой фазой расположены друг к другу под углом = 300, а от оси с углом /2 = 15о. Шнеки снабжены нижними и верхними спиралями, причем верхняя кромка нижней спирали шнека отогнута в одну сторону по всей ее длине, при этом на отогнутой части нижней спирали укреплена нижняя кромка верхней спирали, а нижняя спираль выполнена с отверстиями.
Адсорбент через патрубок 7 загружается в камеру адсорбции 1 и под действием шнека 3 направляется к разгрузочному устройству 8. Далее адсорбент загружается через патрубок 5 в камеру адсорбции 2 и посредством шнека 4 направляется к разгрузочному устройству 6. Водный поток вводится через патрубок 9, затем через патрубок 10 перетекает в патрубок 11 и выводится из адсорбера через патрубок 12.
Предлагаемая конструкция адсорбера с подвижным слоем адсорбента дает возможность повысить эффективность адсорбции, устойчивый контакт фаз по жидкости и адсорбенту, увеличить коэффициент использования полезного объема адсорбента, непрерывность процесса за счет непрерывного движения адсорбента.
На рисунке 2 представлены зависимости степени разрушения адсорбентов при использовании различных конструкций шнека. Из рисунка видно, что использование предлагаемой конструкции позволяет снизить разрушение адсорбента от 35% до 20%. Верхняя спираль позволяет снизить нагрузку шнека на адсорбент и снизить коэффициент трения. На рисунке 3 представлена зависимость величины адсорбции от равновесной концентрации при различных углах наклона камер контакта фаз.
 |
Частота вращения шнека ш, об/мин Равновесная концентрация Срав, кг/м3
| 1-фасонный; 2-сплошной одно спиральный; 3–сплошной двух спиральный Рисунок 2 – Зависимость степени разрушения адсорбентов при различных конструкциях лопастей шнека | Угол наклона камеры по оси 1 –11,50; 2 – 13,250; 3 - 150 Рисунок 3 - Зависимость величины адсорбции от равновесия концентрации при различных углах наклона камер контакта фаз |
Из графика видно, что увеличение равновесной концентрации приводит к повышению адсорбции нефтепродуктов адсорбентом. Увеличение угла наклона от 11,5о до 15о позволяет повысить величину адсорбции, коэффициент заполнения и коэффициент использования полезного объема адсорбента при интенсификации процесса адсорбции в движущемся слое адсорбента.
Исследования массопереноса нефтепродуктов из водного потока в поры адсорбента показали, что повышение коэффициента, зависящего от формы зерна сопровождается уменьшением коэффициента внутренней диффузии. Увеличение радиуса зерна адсорбента приводит к росту коэффициента внутренней диффузии, где при соотношении длины зерна L к радиусу r равном 6 коэффициент внутренней диффузии максимален.
Зависимости коэффициента массоотдачи в твердой и жидкой фазе от различных факторов показали, что увеличение коэффициента внутренней диффузии приводит к возрастанию коэффициента массоотдачи в твердой фазе (рисунок 4), рост коэффициента внешней диффузии приводит к повышению коэффициента массоотдачи в жидкой фазе при скорости водного потока 2,5.10-3 м/с. Максимальные значения порозности приводят к увеличению коэффициента массоотдачи в жидкой фазе.
Расчет числа Био в зависимости от коэффициента внутренней диффузии (рисунок 5) показал, что диффузионный по своей природе процесс адсорбции нефтепродуктов характеризуется адсорбцией в промежуточной области, где он определяется обоими диффузионными механизмами.
Коэффициент диффузии DT х 1010, м2/с Коэффициент диффузии DT х 1010, м2/с
| Диаметр частиц адсорбента 1 – 1.10-3м; 2 – 1,5.10-3м; 3 – 2.10-3м. Рисунок 4 – Зависимость коэффициента массоотдачи в твердой фазе от коэффициента диффузии | Диаметр частиц адсорбента 1–2.10-4м; 2 –5.10-4 м; 3 - 1.10-3м; 4 - 1,5.10-3м; 5 - 2.10-3м; 6 - 2,5.10-3м. Рисунок 5 – Зависимость числа Био от коэффициента диффузии |
Графические зависимости коэффициентов массоотдачи и массопередачи позволили сделать заключение, что молекулярная диффузия нефтепродуктов по отношению к наружной поверхности гранулированного адсорбента занижается. Коэффициент диффузии, зависящий от градиента концентрации, полностью не учитывает диффузию нефтепродуктов по извилистой поре не правильной формы
Интенсификация процесса адсорбции возможна путем перемешивания водного потока, при котором скорость адсорбции определяет диффузия и массоперенос в жидкой фазе. Если процесс адсорбции контролирует диффузия в порах адсорбента, когда большое значение имеет длина пути молекул, извилистость пор, радиус зерна адсорбента турбилизация потока не влияет на процесс адсорбции.
При выборе адсорбента следует так же руководствоваться параметрами, характеризующими оптимальную структуру его пористости, которые зависят, в свою очередь, от размеров молекул адсорбирующихся веществ и стандартного уменьшения свободной энергии адсорбции, т.е. от энергии избирательной адсорбции вещества из раствора.
Третий раздел посвящен разработке теоретических основ и математической модели вариации гидродинамических характеристик зернистого адсорбционного слоя в режиме интенсивных нагрузок, а также диффузионных процессов в слое пористого адсорбента.
Предположение о сохранении гидродинамических характеристик слоя постоянными во времени и пространстве справедливо только в узком диапазоне нагрузок по фильтруемой фазе; зерна материалов, используемых в качестве адсорбента, имеют не столь правильную форму, как насадочные элементы. Эти обстоятельства приводят к тому, что увеличивается роль пристенных эффектов и эффектов, обусловленных пространственной переориентацией зерен, при изменении нагрузок по сплошной фазе
Характерное расстояние 
между зернами в укладке слоя оценим с помощью доли минимального проходного сечения 
. Для этого примем следующее соотношение:
. (1)
Наиболее удобный для практических расчетов подход заключается в том, чтобы использовать характеристики, приведенные к единице массы насыпного материала слоя. Тогда, зная удельную среднюю поверхность адсорбционного слоя 
в расчете на единицу массы адсорбента, т.е. измеренную в м2/кг и не изменяющуюся при любых динамических изменениях слоя, из соотношения (1) можно получить следующую формулу для параметра 
:
. (2)
Будем считать известными коэффициент формы и среднегеометрический радиус зерен:
. (3)
Тогда получаем соотношение, связывающее среднегеометрический и минимальный радиус зерна с его коэффициентом формы:
. (4)
С помощью соотношений (1), (2), (3), (4) можно производить практический расчет изменения коэффициентов гидродинамического сопротивления слоя адсорбента с учетом динамических нагрузок на слой, используя только легко определяемые эмпирически характеристики, а именно: удельную среднюю поверхность адсорбционного слоя 
в расчете на единицу массы адсорбента, 
- истинную плотность материала зерен, а также среднегеометрический радиус зерен 
и коэффициент формы 
.
На рисунке 6 приведен график, который может быть использован в практических расчетах. С помощью этого графика можно производить обратный расчет минимального радиуса зерна и далее – динамики коэффициента гидродинамического сопротивления слоя.
На рисунке 7 показаны характерные графики зависимости коэффициента сопротивления слоя адсорбента при возрастании скорости потока, таким образом можно предложить, развиваемый в настоящей работе, подход для использования в инженерных расчетах гидродинамических характеристик адсорбционных слоев.
В работе также предложена система уравнений математической модели диффузионных процессов в слое пористого адсорбента с учетом коэффициента формы частицы 
в безразмерной форме:
, (5)
. (6)
Система граничных условий:
: 
, 
, (7)
: 
. (8)
| Коэффициент формы зерен | Геометрическое соотношение, b/R Рисунок 6 – Зависимость между коэффициентом формы зерен адсорбента и геометрическим соотношением | Коэффициент гидродинамического сопротивления зерен. | Скорость потока W, м/c.  . 1-   ; 2-   ; 3-   ; 4-   ; 5-   . |
| . | Рисунок 7 – Характерные графики зависимости коэффициента сопротивления адсорбционного слоя при увеличении нагрузки по сплошной фазе. | ||
Для оценки характерного времени внутренней диффузии примем гипотезу о том, что это время имеет порядок времени стабилизации процесса насыщения внутренней поверхности пор адсорбента улавливаемым компонентом. Это время завершения начальной стадии насыщения достигается тогда, когда характерное расстояние между вакантными активными центрами поверхности гранулы адсорбента станет порядка длины пробега молекул адсорбата при данной температуре.
В этот момент степень заполнения поверхности адсорбции пор адсорбента 
:
. (9)
Связь между введенными параметрами, характеризующими микроскопическую структуру гранулы и макроскопические характеристики, определяемыми эмпирически, можно получить с помощью оценки числа Кнудсена по формуле:
. (10)
Получена замкнутая математическая модель процесса массо - и теплопереноса в пористой грануле адсорбента, которая связывает все основные управляющие параметры процесса и учитывает реальную структуру гранулы.
На рисунке 8 представлен расчет коэффициента внутренней диффузии в зависимости от радиуса зерна адсорбента с учетом коэффициента формы по уравнению (4).
Полученная система балансовых соотношений (1) - (10) представляет собой замкнутую математическую модель неадиабатического адсорбера и может быть использована в практике инженерных расчетов. В отличие от других известных моделей, она требует для своего применения минимальной эмпирической информации, что делает выведенные уравнения особенно полезными при проектировании технологических схем и аппаратов для новых технологических процессов. Адекватность полученных уравнений не превышает 10%.
Коэффициент формы 
1- 0,168; 2- 0,318; 3- 0,450; 4- 0,6
Рисунок 8 – Зависимость коэффициента внутренней диффузии от радиуса зерна
В четвертом разделе представлены данные практического применения результатов процесса адсорбционной очистки нефтесодержащих сточных вод, результаты опытно-промышленных испытаний.
Приведена инженерная методика расчета адсорбера для очистки сточных вод от нефтепродуктов.
Предложены практические рекомендации по рациональному выбору конструктивных и режимных параметров аппарата, которые могут быть использованы при создании нового и модернизации существующего оборудования, для глубокой очистки сточных вод от нефтепродуктов.
Для проверки возможности распространения полученных экспериментальных результатов на реальный технологический процесс, поставлена серия экспериментов на АО «INCOMTYRE» г. Шымкента. Инженерная методика расчета адсорбера с подвижным слоем адсорбента для очистки сточных вод от нефтепродуктов принята для внедрения ДГП «РНИЦБХП». Эксперименты в опытно-промышленных условиях, в целом подтвердили результаты, полученные в лабораторных опытах. Ресурс адсорбентов до полной регенерации 1 год, введение оборотного водоснабжения приведет к снижению потребления свежей воды на 66%, локальная очистка и глубокая доочистка производственных и ливневых стоков, улучшение качества воды водооборотных систем, трехкратное повышение удельной производительности и сокращение объёма, широкий диапазон степени автоматизации работы - от минимального до полного автоматического режима.
Разработана адсорбционная технология очистки нефтесодержащих сточных вод, которая включает в себя адсорбер с подвижным слоем адсорбента.
Заключение
Краткие выводы по результатам диссертационных исследований:
1. Анализ закономерностей гидродинамических характеристик зернистого адсорбционного слоя в режиме интенсивных нагрузок позволил получить уравнения для расчета характерного расстояние между зернами в укладке слоя с помощью доли минимального проходного сечения и влияния режима течения сплошной фазы через слой на его гидродинамические характеристики.
2. Получено соотношение, связывающее среднегеометрический и минимальный радиус зерна с коэффициентом формы, с помощью которого можно производить практический расчет изменения коэффициентов гидродинамического сопротивления слоя адсорбента с учетом динамических нагрузок на слой, используя только легко определяемые эмпирические характеристики, а именно: удельную среднюю поверхность адсорбционного слоя в расчете на единицу массы адсорбента, истинную плотность материала зерен, а также среднегеометрический радиус зерен и коэффициент формы.
3. Исходя из установленного механизма массопереноса предложены уравнения для оценки связи между введенными параметрами, характеризующими микроскопическую структуру гранулы и макроскопические характеристики, определяемые эмпирически, которые можно получить с помощью оценки числа Кнудсена.
4. Разработана эффективная конструкция адсорбера с подвижным слоем адсорбента, которая позволяет с наибольшей эффективностью производить процесс адсорбции, полностью использовать емкость адсорбента, равномерно распределить жидкую фазу в слое адсорбента, повысить степень очистки сточных вод, снизить трудозатраты. Предлагаемый массообменный аппарат по сравнению с известными обеспечивает эффективное многоразовое использование адсорбента, повышение степени очистки жидкой фазы в 1,5 раза, позволяет проводить процесс регенерации в замкнутом цикле, не прерывая поток движения адсорбента, сокращение капитальных и эксплутационных затрат в 1,8 раз, при этом достигается экономия металлоконструкций, электроэнергии и производственных площадей.
5. Создана научно-обоснованная методика расчета адсорбера с подвижным слоем адсорбента и предложены практические рекомендации по рациональному выбору конструктивных и режимных параметров аппарата, которые могут быть использованы при создании нового и модернизации существующего оборудования, предназначенного для глубокой очистки сточных вод от нефтепродуктов.
6. Расчет критерия Био в зависимости от коэффициента внутренней диффузии показал, что диффузионный по своей природе процесс адсорбции нефтепродуктов контролируется адсорбцией в промежуточной области, где он определяется внеше и внутреннедиффузионными механизмами.
7. Исследования массопереноса нефтепродуктов из водного потока в поры адсорбента показали, что увеличение коэффициента, зависящего от формы зерна сопровождается уменьшением коэффициента внутренней диффузии; увеличение радиуса зерна адсорбента приводит к увеличению коэффициента внутренней диффузии, где при соотношении длины зерна к радиусу L/r = 6 коэффициент внутренней диффузии максимален. Увеличение порозности приводит к увеличению коэффициента массоотдачи в жидкой фазе. Определены зависимости коэффициента массоотдачи в твердой и жидкой фазе от различных факторов.
8. Основные положения, выполненные в работе, подтверждены опытно-промышленными испытаниями по адсорбционной очистке нефтесодержащих сточных вод в производственных условиях на технологической линии АО «INCOMTYRE» г. Шымкента. Инженерная методика расчета адсорбера с подвижным слоем адсорбента для очистки сточных вод от нефтепродуктов принята для внедрения ДГП «РНИЦБХП».
Оценка полноты решений поставленных задач. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, опытно – промышленных испытаний процессов очистки сточных вод от нефтепродуктов в новой конструкции адсорбера с подвижном слоем адсорбента полностью отражают решение поставленных задач диссертации.
Разработка рекомендаций и исходных данных по конкретному использованию результатов.
Полученные в диссертационной работе теоретические и экспериментальные результаты рекомендуются использовать при расчете режимных параметров работы и габаритных размеров адсорбера с подвижным слом адсорбента для обеспечения интенсификации массопереноса при очистке сточных вод от нефтепродуктов.
Исходными данными для использования результатов диссертационной работы являются технические и проектные задания по основным технико-экономическим показателям адсорберов и физико-химическим свойствам сточных вод, нефтепродуктов и адсорбентов.
Оценка технико-экономической эффективности внедрения. Ожидаемый экономический эффект от внедрения результатов данной работы и аппаратурной модернизации процесса очистки сточных вод от нефтепродуктов составит 2875180 тенге.
Оценка научного уровня выполненной работы в сравнении с лучшими достижениями в данной области. Внедрение и использование результатов разработки конструкции адсорбера с подвижным слоем адсорбента, исследований и разработанных методов расчета эффективности очистки сточных вод от нефтепродуктов обеспечит создание новых массообменных аппаратов и технологии очистки сточных вод нефтеперерабатывающей промышленности, которые будут выгодно отличаться от мировых аналогов эффективностью и экологичностью.
Условные обозначения: r – характерное расстояние между зернами в укладке слоя, м; 
- доля минимального проходного сечения; – порозность частиц; 
- коэффициент гидродинамического сопротивления зерен; 
- коэффициент искривленности микроканалов слоя; 
- истинная плотность материала зерен, кг/м3; 
- среднегеометрический радиус зерна, м; 
- эмпирическая константа; 
- удельная поверхность адсорбента в единице объема, м2/кг; 
- число Льюиса; Kn - числа Кнудсена; 
- средняя объемная плотность адсорбата, кг/м3; 
- среднее расстояние между активными центрами поверхности адсорбента, м.
Список опубликованных работ по теме диссертации
1 Предварительный патент РК. №17971 Адсорбционный аппарат /Байсалова А.Д., Сатаев М.И., Саипов А.А., Алтынбеков Ф.Е., Расулов Ш.Р.; опубл. 15.09.2006г
2 Байсалова А.Д., Саипов А.А., Сатаев М.И., Алтынбеков Ф.Е. Интенсификация массопереноса в системах «твердая фаза – жидкость» и разработка адсорбера с подвижным слоем адсорбента для очистки жидких потоков //Новости науки Казахстана. -2005, - Вып. 3, -С.56-60.
3 Байсалова А.Д., Сатаев М.И., Алтынбеков Ф.Е., Саипов А.А. Моделирование вариации гидродинамических зернистого адсорбционного слоя в режиме интенсивных нагрузок //Поиск – 2006, №3 – С.118-121.
4 Байсалова А.Д., Сатаев М.И., Алтынбеков Ф.Е., Саипов А.А. Моделирование динамики зернистого слоя адсорбента с учетом влияния режима течения сплошной фазы и загрязняющего вещества //Сборник трудов республиканской научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Келешек - 2006». - Жезказган, 2006. – Книга вторая - С. 257-260.
5 Байсалова А.Д., Сатаев М.И., Алтынбеков Ф.Е., Ковальчук Т. Кинетика адсорбционного извлечения нефтепродуктов из сточных вод нефтехимической промышленности //Наука и образование Южного Казахстана. – 2006, №5(54). – С.116-119.
6 Байсалова А.Д., Сатаев М.И., Алтынбеков Р.Ф., Саипов А.А. Перспективы применения адсорбционных процессов очистки вод от нефтепродуктов в Республике Казахстан //Поиск – 2007, №2 – С.167-170.
7 Байсалова А.Д., Сатаев М.И., Алтынбеков Р.Ф., Нурунбетов Т.С. Адсорбционная очистка сточных вод от нефтепродуктов //Естественно-гуманитарные науки и их роль в реализации программы индустриально – инновационного развития Республики Казахстан. Алматы, 2006. – С. 125-127.
8 Байсалова А.Д., Сатаев М.И., Алтынбеков Ф.Е., Саипов А.А., Жиенбеков А.Р. Гидродинамика адсорбции загрязняющего вещества с учетом геометрических характеристик зерен //Труды Республиканский научно-практической конференции «Роль и задачи образовательных учреждений в формировании основ «Умной экономики»». Шымкент, 2007. –Т. 4. -С.171-174.
9 Байсалова А.Д., Сатаев М.И., Алтынбеков Ф.Е., Саипов А.А. Очистка сточных вод нефтехимической промышленности //Материалы ІІІ Международной научно – практической конференции «Наука и образование без границ - 2007». – София,2007. – Т. 15, -С.31-34.
10 Байсалова А.Д., Сатаев М.И., Алтынбеков Ф.Е. Моделирование диффузионных процессов в слое пористого адсорбента //Наука и образование Южного Казахстана. – 2009,№5(78) -С.28-32.
11 Байсалова А.Д., Сатаев М.И., Алтынбеков Ф.Е. Роль внешнего и внутреннего массопереноса при адсорбции нефтепродуктов из водного потока в подвижном слое адсорбента //Научные труды ЮКГУ им. М.Ауезова – 2009, №2 – С.6-9.
12 Федосов С.В., Сатаев М.И., Байсалова А.Д., Алтынбеков Р.Ф. Теоретические исследования процессов тепло- и массопереноса в частицах подвижного адсорбента// Труды І Международной научно-практической конференции «Проблемы науки и образования в современных условиях» посвященной 15-летию Южно-Казахстанского гуманитарного института им. М.Сапарбаева. Шымкент, 2009.-Т. 2, -С.284-286.
13 Блиничев В.Н., Сатаев М.И., Байсалова А.Д., Алтынбеков Р.Ф. Гидродинамика подвижного зернистого адсорбционного слоя// Труды І Международной научно-практической конференции «Проблемы науки и образования в современных условиях» посвященной 15-летию Южно-Казахстанского гуманитарного института им. М.Сапарбаева. Шымкент, 2009.-Т. 2, -С.68-70.
14 Байсалова А.Д., Алтынбеков Ф.Е., Сатаев М.И., Жекеев М.К. Моделирование адсорбции в аппарате трубчатого типа //Сборник трудов восьмой международный научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». Санкт-Петербург, Россия, 2009. – С.94-96.
Тйін
Байсалова Акмарал Даутбековна
Сарынды суларды мнай німдерінен тазарту кезінде масса алмасуды арындату шін адсорбциялы аппаратты жасау жне есептеу
Техникалы ылымдар кандидатыны ылыми дрежесін іздену Диссертациясы
05.17.08 – Химиялы технологияларды процестері мен аппараттары
Зерттеу немесе жасау нысанасы. Зерттеу нысаны арынды жктеме режиміндегі тйіршікті адсорбциялы абатты гидродинамикалы сипаттарыны вариацияларын жне тесік адсорбент абатындаы диффузиялы процестерді математикалы моделдеу, мнай німдері бар сарынды суларды тазалау шін жоары тиімділіктегі адсорбциялы аппарат рылымы болып табылады.
Жмыс масаты.Жмысты масаты адсорбциялы тазалауды жне ерітінділерді блуді массаалмасу задылытарын белгілеу, мнай німдері бар сарынды суларды тазалауды жргізу жне оны ылыми негізделген дістемесін жасау шін озалмалы абатты адсорбенті бар жоары технологиялы адсорбер рылымын жасау, озалмалы абатты адсорбенті бар жоары адсорбер рылымын эксперименталды негіздеу, масса алмасуды зерттеу жне су аынынан мнай німдерін активтелген кмірді озалмалы абатымен адсорбциялау кезіндегі задылытарды анытау; адсорбентті озалмалы абатында мнай німдерін адсорбциялауды гидродинамикасын зерттеу; тесік адсорбент абатындаы диффузиялы процестерді жне арынды жктеме режиміндегі тйіршікті адсорбциялы абатты гидродинамикалы сипаттарыны математикалы моделдерін жасау
6жне адсорберді есептеуді ылыми негізделген дістемесін жасау; негізгі ережелер мен орытындыларды дрыстыын тжірибелік-ндірістік тексеру болып табылады.
Жмыс жргізу дістемесі. ылыми-зерттеу жмыста классикалы жне азіргі заман талабына сай физикалы-химиялы зерттеу дістері, лшеу ралдары, метрологиялы стандарттар, лшемдерді біріккен жне ажетті длдігін амтитын лшеу нтижелерін математикалы деу дістері пайдаланылды.
Жмыс нтижелері. Су аынынан мнай німдерін адсорбциялы сорып алуды белгіленген массаалмасу механизмінен жылу жне масса алмасу тедеуі шін тйіршіктер формасыны жне процесті басаратын параметрлерді коэффициенттерін ескеретін тедік шыарып алынды.
Массаалмасуды белгіленген механизмінен тйіршіктерді микроскопиялы рылымын жне макроскопиялы сипаттамаларды сипаттайтын параметрлерді арасындаы байланысты баалау шін Кнудсен санын баалау кмегімен алуа болатын эмпириялы аныталатын тедеулер сынылан.
арынды жктеме режимінде тйіршікті адсорбциялы абатты гидродинамикалы сипаттамаларыны задылытарын талдау минималды тпелі кескін лесі жне оны гидродинамикалы сипаттамаларына абат арылы ттас фазаны аын режиміні сері кмегімен абаттарда тйірлер арасына тн ара ашытыты есептеу шін тедеу алуа ммкіндік берді. Оай аныталатын эмпириялы сипаттамаларды пайдалана отырып абата тсетін динамикалы жктемені ескере отырып адсорбент абатыны гидродинамикалы кедергісіні коэффициенттеріні згерісіні практикалы есебін шыаруа болатын тйірді орташа геометриялы жне минималды радиусын оны формалы коэффициентімен байланыстыратын атынас алынды; атап айтанда: адсорбент массасыны бірлігіне есептегенде адсорбциялы абатты меншікті орташа бетін, тйір материалыны шынайы тыыздыын, сондай-а тйірді орташа геометриялы радиусын жне форма коэффициентін.
Адсорбция процесін жоары тиімділікте жргізуге, адсорбент сыйымдылыын толыымен пайдалануа, сйы фазаны адсорбент абатында біркелкі блуге, заттарды тазалау дегейін ктеруге, ебек шыынын тмендетуге ммкіндік беретін озалмалы абатты адсорбенті бар адсорберді тиімді рылымы жасалды. Сарынды суларды мнай німдерінен тере тазалау шін жаа рылы жасауда жне олданымдаы рылыны модернизациялауда озалмалы абатты адсорбенті бар адсорберді есептеуді ылыми негізделген дістемесі жасалды жне аппаратты рылымды жне режимдік параметрлерін тымды тадау жнінде практикалы нсаулытар сынылды.
Негізгі конструктивтік, технологиялы жне техникалы-эксплуатациялы сипаттамалар. Жоары арынды массаалмасу жне лкен німділікті райтын озалмалы абатты адсорбенті бар адсорбциялы аппарат рылымы жасалан. Су тазалау технологиясыны негіздерін жасауа, сондай-а оршаан ортаны жне адамдарды зиянды шыарындылардан орау шін эксперименттік мліметтерді біріктіруге ммкіндік беретін мнай деу жне химия нерксібінде сарынды суларды тазалауда адсорбциялы аппаратты олдану технологиясы жне аппаратты рсімдеуі жасалан.
Енгізу дрежесі. Жмыста орындалан негізгі ережелер ндірістік жадайда сарынды суларды мнай німдерінен адсорбциялы тазалау бойынша Шымкент аласындаы «INCOMTYRE» А-ны технологиялы желісіндегі тжірибелік-ндірістік зерттеулермен длелденген.
ылыми - зерттеу жмысын енгізу бойынша сыныстар. Теориялы жне эксперименталды зерттеу нтижелері жобалауа, есептеуге жне адсорбциялы аппаратты рылымды жне режимдік параметрлерін тымды тадау жніндегі практикалы нсамаларды негізіне ойылан.
олдану саласы. Мнай деу жне химиялы нерксіптерде технологиялы аындарды тере тазалау, шикізат жне нім сапасын жасарту шін.
Жмысты экономикалыќ тиімділігі жне маыздылыы. Наты жмыс жне мнайы бар сарынды суларды тазалау процесін аппаратты модернизациялау нтижелерін енгізуден ктілетін экономикалы тиімділік тегені райды.
Зерттеу нысанасын дамыту туралы болжамды жорамалдар. Теориялы жне экспенменталды зерттеу нтижелері оршаан ортадаы згерістерді баалау жне себептерін анытау бойынша нсамаларды, жобалау шін, адсорбциялы аппараттарды рылымды жне режимдік параметрлерін тымды тадау бойынша есептер мен практикалы нсамаларды негізіне ойылан.
Summary
Baisalova Akmaral Dautbekovna
Elaboration and construction of adsorbtion device with the purpose of intensive mass transfer at refining sewages from oil products.
Dissertation for the academic degree of technical sciences candidate
05.17.08 – Applied chemistry process and apparatus
The object of this research or working out.
Object of research is mathematical model of variation hydrodinamical characteristics grained adsorption layer in regime of intensive loading and diffusion processes in layer porous of adsorbents, construction of highly efficient adsorbt device and technology for refining sewages from oil products.
The purpose of the work.
The aim of the work is establishment mass exchange conformity to natural laus adsorbt referring and separate solution, elaboration construction highly efficient adsorbt wish active layer the adsorbts for getting fhrougt refining oil contents senages and creation research of grounded methods its calculation, experimental ground of construction adsorbts wish active layer adsorbts research of mass transfers and leveal conformity to natural lans to adsorbts oil products from waters stream with active layer and active coal; hydrodinamical research and adsorbts oil products in active layer adsorbts; elaboration mathematical models diffusional processes in porous adsorbts and hydrodinamical characteristics granular hydrod adsorbts layer in regime intensive loading and creation sienceificol grounded methods calculation adsorbts experiencly – industrial checking reliable main situations and conclusions.
The methodology of the research.
In the siencehcal researching work was using>
The results of the research.
Originate from establishing mechanisms of the mass transfer adsorbts extraction the oil products from sewages and taking expression for the level worn and mass exchanging with the calculation of the factor forms the granul and managers parameters of process.
Originate from establishing mechanisms of the mass transfer offer sing equalization for marks bond between introduce parameters, characterizing microscopics structure granuls and mychroscoptics characteristics, definite of empiritics, which if can take with the help of marks cnudseris number.
Analysing confor mity fo natural laws hydrodynamic characteristics granulars adsorbt of the layer in regime intensive loadings allowed to take equalization for the calculation characteristics distance between granurals in pacing layers with the help of part minimal passes sections and influence regime flow unbroken phase between layer to this hydrodinamicals characteristics. In was taking correlation, tied middle geometrical and minimal radius granulars with his coefficients of the forms with the help of it which con make practical calculations changing coefficients hydrodinamical resistance layer adsorbts with the calculations dynamical loading on the layers; using only easily define empirical characteristics and exactly specific middle surface of the adsorbts layer in calculation to the unity masses adsorbts truly density material granulars and middle geometrical radius granulars and coefficient of the forms.
Elaborated effective cons traction adsorbts with active layer adsorbts, which can with the mast effective making process of the adsorbts completely making capacity of the adsorbts evenly distribute waterly phases in the adsorbts layers, raise degree peelings substances, bring down working expenditure. Create sience-grounded methods of calculations the adsorbts with the active layer adsorbts and suggested practical recommendations and regimenal parameters devices, which can be using on the making new and modern existing equipments, for the deepingly cleanings sewages from oil products main of constructive, technological and technical-exploitation characteristics.
The main constructive, technological and operational characteristics.
Elaborated construction adsorbs device with active layer adsorbts, combining higher intensive mass trans and the large productivity.
Elaborated devicly registration and technology application of adsorbs device in cleaning in sewages oil remake, chemical industry, allowed generalize experimental facts for the elaborate found afiens technologies water cleanings and then defend environment and humans from to the bud furowauts.
Degrees of the inculcation. The main condition, doing in the work, said over experienclu – industrial trials adsorbts cleanings sewages from oil products fo the industrial conditions in the technological lines AS «INCOMTIYER» Shymkent city.
Adoption degree.
In the oil remokuol and chemical industrial for the deeply cleaning technical flow, improvement quality raw materials and product.
Recommendations on adoption of the research work
Theoretical and experiential results of research taking back in found at ions of recommendations for the project calculation and practical recommendations to rational choices constrictive and reigning parameters adsorbs of device.
Scope. In the oil refining and chemical industries for deep clearing of technological streams, improvement of quality of raw materials and products.
Economical efficiency and value of the research work
Expectation economical effects from inculcation results of this work and devices modern processes cleanings oil introductive sewage is 2815180 tenge.
Forecasting of the research work object development.
Theoretical and experimental results research taking to the main recommendations in marks and leveal cause change on the environment, for the projecting, the calculation and practical recommendations by rational choice constructive and regimens parameters absorbing device.
Подписано в печать 19.03.10 г. Формат бумаги 60х84
Объем 1,25 п.л. заказ № 1690. Тираж 100 экз.
Типография, ЮКГУ им. М.Ауезова,
г. Шымкент, пр.Тауке-хана, 5.
