Моделирование процесса экстрагирования углеводородов из нефтесодержащих грунтов

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>

Диффузионный критерий Фурье служит для характеристики массообмена для нестационарных массообменных процессов

Foff = K-^jdd

где К - коэффициент массоотдачи; X - время; Ь -определяющий размер.

Диффузионный критерий Прандтля учитывает влияние физических свойств среды на диффузию

=v/D2

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

Ыид ?ед)= 5,885 • 10-4яе°333 .

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), lashkov_dm@kstu.ru, 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), lashkov_dm@kstu.ru, 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).