Структурообразование в суспензии глины с добавками

углерода, наличие которого практически исключало бы возможность дальнейших исследований по выщелачиванию щелочноборатных фрагментов структуры.

Позитивные результаты были получены при дополнительном использовании, помимо основного вспенивателя (мела и диатомита), разработанных нами рецептур на основе органических веществ растительного происхождения в специально подобранном растворителе, в которых суммарное содержание углерода не менее 1 моль на 100 г стекла. Ряд полученных результатов патентноспособен, что вынуждает нас не останавливаться детально на рассмотрении конкретных составов, способов и режимов получения нефтесорбентов. Отметим лишь, что нами получено десятикратное увеличение объема при вспенивании стекла, о чем говорит соответствующее понижение плотности.

Характер кинетических кривых поглощения коррелирует с таковым для сорбентов со стеклообразной поверхностью [3; 7; 8] (имеется максимум при нахождении сорбента в нефти 7,5 мин и в дизельном топливе - 5 мин). Высота максимума и абсолютные значения поглощения меньше в случае дизельного топлива, что обусловлено его более низкими плотностью и кинематической вязкостью (837,8 кг/м3 и 4,1 сСт), чем у нефти (863,3 кг/м3 и 25,0 сСт) при 20 °C.

Полученные сорбенты характеризуются закрытоячеистой структурой, и процесс поглощения ими обусловлен наличием открытых пор на поверхности образцов, на что указывает электронно-микроскопическое исследование, и капиллярными силами, действующими, в частности, в пространстве порозности между образцами сорбента.

Результаты получены в рамках выполнения государственного задания Минобрнауки России по проекту № 4.982.2014/К «Развитие термодинамической и кинетической теории межфазного ионного обмена применительно к природным и промышленным объектам» от 11.07.2014.

Литература

1. Каменщиков Ф.А. Нефтяные сорбенты / Ф.А. Каменщиков, Е.И. Богомольный. - М. - Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2005. - 278 с.

2. Исмаилов Н.М. Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем / Н.М. Исмаилов, Ю.И. Пиковский. - М.: Наука, 1988. - С. 222 - 230.

3. Коган В.Е. Использование пеностекла и полимерных материалов в качестве эффективных нефтесорбентов / В.Е. Коган, П.В. Згонник, Д.О. Ковина, В.А. Черняев // Стекло и керамика. - 2013. - № 12. - С. 3 - 7 (Kogan V.E. Foam glass and polymer materials: effective oil sorbents / V.E. Kogan, P.V. Zgonnik, D.O. Kovina, V.A. Chernyaev // Glass and Ceram. - 2014. - V. 70, N 11 - 12. - P. 425 -428).

4. Аренс В.Ж. Нефтяные загрязнения: как решить проблему / В.Ж. Аренс, О.М. Гридин, А.Л. Яншин // Экология и промышленность России. - 1999. - № 9. - С. 33 - 36.

5. Собгайда Н.А. Сорбционные материалы для очистки сточных и природных вод от нефтепродуктов // Вестник ХНАДУ. -2011. - Вып. 52. -С. 120 - 124.

6. Карапетян Г.О. Экологически безопасное стеклообразное удобрение «Агровитаква-AVA», восстанавливающее природные ресурсы / Г.О. Карапетян, К.Г. Карапетян, В.Е. Коган // Тр. юбилейной научно-техн. конф. АИН РФ. - СПб.: СПбГТУ, 2001. - С. 15 - 18.

7. Коган В.Е. Нефтесорбенты из пеностекла и кинетика нефтепоглощения / В.Е. Коган, П.В. Згонник, Д.О. Ковина // Теория и практика современной науки. Т. II / Науч.-инф. издат. центр: «Институт стратегических исследований». - M.: Изд-во Спецкнига, 2013. - С. 36 - 41.

8. Коган В.Е. Физико-химические аспекты получения нефтесорбентов из фосфатных пеностекол и кинетика нефтепоглощения / В.Е. Коган, П.В. Згонник, Т.С. Шахпаронова, Д.О.Ковина // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. - 2014. - № 04 (63). Ч. I. - С. 33 - 36.

9. Явления ликвации в стеклах / Под ред. М.М. Шульца. - Л.: Наука, 1974. - 219 с.

References

1. Kamenshhikov F.A. Neftjanye sorbenty / F.A. Kamenshhikov, E.I. Bogomol'nyj. - M. - Izhevsk: NIC "Reguljarnaja i haoticheskaja dinamika", 2005. - 278 s.

2. Ismailov N.M.Vosstanovlenie neftezagrjaznennyh pochvennyh jekosistem / N.M. Ismailov, Ju.I. Pikovskij. - M.: Nauka, 1988. - S. 222 - 230.

3. Kogan V.E. Ispol'zovanie penostekla i polimernyh materialov v kachestve jeffektivnyh neftesorbentov / V.E. Kogan, P.V. Zgonnik, D.O. Kovina, V.A. Chernjaev // Steklo i keramika. - 2013. - № 12j. - S. 3 - 7 (Kogan V.E. Foam glass and polymer materials: effective oil sorbents / V.E. Kogan, P.V. Zgonnik, D.O. Kovina, V.A. Chernyaev // Glass and Ceram. - 2014. - V. 70, N 11 - 12. - P. 425 - 428).

4. Arens V.Zh. Neftjanye zagrjaznenija: kak reshit' problemu / V.Zh. Arens, O.M. Gridin, A.L. Janshin // Jekologija i promyshlennost' Rossii. - 1999. - № 9. - S. 33 - 36.

5. Sobgajda N.A. Sorbcionnye materialy dlja ochistki stochnyh i prirodnyh vod ot nefteproduktov // Vestnik HNADU. - 2011. - Vyp. 52. - S. 120 - 124.

6. Karapetjan G.O. Jekologicheski bezopasnoe stekloobraznoe udobrenie "Agrovitakva - AVA", vosstanavlivajushhee prirodnye resursy / G.O. Karapetjan, K.G. Karapetjan, V.E. Kogan // Tr. jubilejnoj nauchno-tehn. konf. AIN RF. - SPb.: SPbGTU, 2001. - S. 15 - 18.

7. Kogan V.E. Neftesorbenty iz penostekla i kinetika neftepogloshhenija / V.E. Kogan, P.V. Zgonnik, D.O. Kovina // Teorija i praktika sovremennoj nauki. T. II / Nauch.-inf. izdat. centr: "Institut strategicheskih issledovanij". - M.: Izd-vo Speckniga, 2013. - S. 36 - 41.

8. Kogan V.E. Fiziko-himicheskie aspekty poluchenija neftesorbentov iz fosfatnyh penostekol i kinetika neftepogloshhenija / V.E. Kogan, P.V. Zgonnik, T.S. Shahparonova, D.O. Kovina // Aktual'nye problemy gumanitarnyh i estestvennyh nauk. - 2014. - № 04 (63). Ch.

I. - S. 33 - 36.

9. Javlenija likvacii v steklah / Pod red. M.M. Shul'ca. - L.: Nauka, 1974. - 219 s.

Здоренко Н.М.

Кандидат технических наук, Белгородский инновационно-технологический центр «ТРАНСФЕР» СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ В СУСПЕНЗИИ ГЛИНЫ С ДОБАВКАМИ

Аннотация

Приведены результаты исследований влияния комплексных добавок на структурообразование глинистых суспензий. Представлены графики зависимости критической концентрации структурообразования суспензий от концентрации добавок. Выявлено, что наиболее эффективными при малых концентрациях являются комплексы, содержащие оксифенолфурфурольные олигомеры. Показана возможность применения добавок для повышения подвижности глинистой суспензии.

Ключевые слова: суспензии, комплексная добавка, структуробразование, подвижность.

10

Zdorenko N. M.

Candidate of Technical Sciences, Belgorod innovative and technological center "TRANSFER" STRUCTURIZATION IN CLAY SUSPENSION WITH ADDITIVES

Abstract

Results of researches of influence of complex additives on structurization of clay suspensions are given. Schedules of dependence of critical concentration of structurization of suspensions on concentration of additives are submitted. It is revealed that the most effective at small concentration are complexes, the containing oksifenolfurfurolny oligomer. Possibility of application of additives for increase of mobility of clay suspension is shown.

Keywords: suspensions, complex additive, structurization, mobility.

Огнеупорные глины - основное сырье для производства огнеупорных изделий. Применяют такие изделия для футеровки печей различного назначения, емкостей для транспортировки жидкого металла и т.д. Одним из способов изготовления огнеупоров является способ шликерного литья, для которого готовится достаточно подвижная сырьевая смесь. От качества приготовления данной смеси и от количества содержащейся в ней влаги зависят свойства готовых изделий. Получение шликера с минимальной влажностью и достаточной подвижностью достигается путем введения разжижающих добавок. Как показывают исследования [1-6], наиболее эффективным является применение комплексных добавок, содержащих традиционные электролиты, такие как триполифосфат натрия (ТПФН), суперпластификатор С-3, а также оксифенолфурфурольные олигомеры.

Анализ литературных источников [7,8] показал, что при определенном соотношении в суспензиях дисперсной фазы и дисперсионной среды наблюдается резкое изменение физико-химических параметров системы, характеризующее переход системы от свободнодисперсной к структурированной. Графики зависимости физико-химических параметров системы от содержания дисперсной фазы (или дисперсионной среды) в суспензиях глин имеют излом в точке, соответствующей началу структурообразования. Концентрацию дисперсной фазы, при которой наблюдается такой переход, называют критической концентрацией структурообразования (ККС).

Нами было исследовано влияние комплексных добавок на ККС суспензии огнеупорной глины Часов-Ярского месторождения (Донецкая обл., Украина). Данную глину применяют при производстве огнеупоров для разнообразных отраслей народного хозяйства, в металлургической, керамической, цементной отрасли и т.д. Использовали следующие комплексы: ТПФН+С-3, ТПФН+СБ-5 (продукт конденсации кубовых остатков производства резорцина с фурфуролом), ТПФН+СБ-ФФ (продукт конденсации флороглюцина с фурфуролом). Соотношение компонентов в комплексных добавках составляло 4:1 соответственно. В качестве параметра, характеризующего начало структурообразования, использовали предельное динамическое напряжение сдвига т0. Г отовили суспензии с различным содержанием твердой фазы, определяли т0 и по точке излома на кривой зависимости т0 от концентрации твердой фазы определяли начало структурообразования.

Влияние содержания комплексных добавок на критическую концентрацию структурообразования представлено на рис. 1.

Рис. 1 - Зависимость критической концентрации структурообразования глинистой суспензии ККС от содержания комплексной добавки С:1 - ТПФН + СБ-ФФ; 2 - ТПФН + СБ-5; 3 - ТПФН + С-3.

Как видно из рисунка, глинистая суспензия без добавок имеет значение ККС, близкое к 40%. При введении предлагаемых комплексов происходит значительное повышение значения ККС. Так, введение 0,8% комплекса СБ-ФФ + ТПФН повышает значение ККС с 40 до 67%, комплекса с СБ-5 - до 66%, комплекса, содержащего С-3 - до 64%.

Следует отметить, что при содержании добавок от 0,2 до 0,6%, предлагаемые добавки на основе оксифенолфурфурольных олигомеров более эффективны, что с экономической точки зрения более выгодно, так как эффект может быть получен при небольших расходах добавок.

Повышение значения ККС при введении в суспензию добавок объясняется тем, что на поверхности частиц образуется развитый адсорбционный слой из молекул добавок и молекул воды, что обеспечивает агрегативную устойчивость системы при значительно более высокой концентрации дисперсной фазы.

Таким образом, введение рассмотренных комплексных добавок в глинистые суспензии повышает значение ККС. При этом добавки на основе оксифенолфурфурольных олигомеров более эффективны, чем комплекс на основе С-3, особенно в области малой концентрации добавок. Следовательно, при введении данных комплексных добавок подвижность глинистых суспензий увеличивается, что является немаловажным при производстве изделий литьевым методом.

Литература

1. Слюсарь О.А., Здоренко Н.М. Модифицирующие комплексные добавки для каолиновых суспензий // Перспективные материалы. -2014. -№ 1. - С. 44-48.

2. Слюсарь О.А., Здоренко Н.М. Новые комплексные добавки для каолиновых масс // Огнеупоры и техническая керамика. -2013. - № 6. - С. 9-11.

3. Шаповалов Н.А., Слюсарь А.А., Слюсарь О.А Влияние олигомерных электролитов на агрегативную устойчивость и реологические свойства водных минеральных суспензий //Коллоидный журнал. -2006. -Т. 68. -№ 3. -С. 384-390.

11

4. Слюсарь А. А., Слюсарь О.А., Ефимов К.А. Пластификатор на основе флороглюцина как разжижающая добавка для полиминеральных суспензий // Изв. вузов. Строительство. - 2006. - № 6. - С. 39 - 42.

5. Слюсарь А. А., Слюсарь О.А., Ефимов К.А. Влияние комплексных добавок на подвижность глинистых суспензий // Огнеупоры и техническая керамика. - 2008. - № 11-12. - С. 60 - 65.

6. Слюсарь О. А. Разжижающая добавка для каолиновых суспензий // Строительное материаловедение. Вестник БГТУ В.Г. Шухова - 2003. - №5. - С. 139 - 142.

7. Слюсарь А.А., Слюсарь О.А., Здоренко Н.М. Реологические свойства и критическая концентрация структурообразования суспензий каолина с комплексными добавками // Стекло и керамика. - 2008. - №8. - С.35 - 36.

8. Слюсарь О.А. Влияние добавок на структурообразование дисперсной системы // Новые огнеупоры. - 2014. - №12. - С.32

- 35.

References

1. Sljusar' O.A., Zdorenko N.M. Modificirujushhie kompleksnye dobavki dlja kaolinovyh suspenzij // Perspektivnye materialy. -2014. -№ 1. -S. 44-48.

2. Sljusar' O.A., Zdorenko N.M. Novye kompleksnye dobavki dlja kaolinovyh mass // Ogneupory i tehnicheskaja keramika. -2013. -№ 6. -S. 9-11.

3. Shapovalov N.A., Sljusar' A.A., Sljusar' O.A Vlijanie oligomernyh jelektrolitov na agregativnuju ustojchivost' i reologicheskie svojstva vodnyh mineral'nyh suspenzij //Kolloidnyj zhurnal. -2006. -T. 68. -№ 3. -S. 384-390.

4. Sljusar' A. A., Sljusar' O.A., Efimov K.A. Plastifikator na osnove florogljucina kak razzhizhajushhaja dobavka dlja polimineral'nyh suspenzij // Izv. vuzov. Stroitel'stvo. - 2006. - № 6. - S. 39 - 42.

5. Sljusar' A. A., Sljusar' O.A., Efimov K.A. Vlijanie kompleksnyh dobavok na podvizhnost' glinistyh suspenzij // Ogneupory i tehnicheskaja keramika. - 2008. - № 11-12. - S. 60 - 65.

6. Sljusar' O. A. Razzhizhajushhaja dobavka dlja kaolinovyh suspenzij // Stroitel'noe materialovedenie. Vestnik BGTU V.G. Shuhova - 2003. - №5. - S. 139 - 142.

7. Sljusar' A.A., Sljusar' O.A., Zdorenko N.M. Reologicheskie svojstva i kriticheskaja koncentracija strukturoobrazovanija suspenzij kaolina s kompleksnymi dobavkami // Steklo i keramika. - 2008. - №8. - S.35 - 36.

8. Sljusar' O.A. Vlijanie dobavok na strukturoobrazovanie dispersnoj sistemy // Novye ogneupory. - 2014. - №12. - S.32 - 35.

Шариков Ю.В. \ Снегирев Н.В.2

'Профессор, доктор технических наук, 2студент, Национальный минерально-сырьевой университет «ГОРНЫЙ» (Горный

университет)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВИЙ БЕЗОПАСНОГО ХРАНЕНИЯ И ТРАНСПОРТИРОВКИ НЕФТЕПРОДУКТОВ В

ЕМКОСТЯХ РАЗЛИЧНОЙ ФОРМЫ

Аннотация

емкостей для хранения сосуда на критическую

В статье рассматривается применение программного пакета ConvEx при проектировании нефтепродуктов, склонных к саморазложению. Было исследовано влияние геометрической формы температуру хранения с целью повышения промышленной безопасности на нефтехранилищах

Ключевые слова: тепловой взрыв, безопасность, саморазложение, математическое моделирование.

Sharikov I.V. \ Snegirev N.V. 2

'Professor, Dr. of Science

FINDING THE CONDITIONS OF HYDROCARBONS SAFE STORING AND TRANSPORTATION IN TANKS OF

DIFFERENT SHAPES

Abstract

The article examines using the ConvEx software for designing of tanks for self-decomposition hydrocarbons storing. There was studied an influence of tank geometrical shapes for critical temperature of storing in order to increase an industrial safety of storages.

Keywords: thermal explosion, safety, self-decomposition, mathematical modeling.

Introduction

The current state of society is characterized by the increasing influence of the role of human technological activity on life environment. It is associated with increasing frequency of accidents. As the analysis of the causes and consequences of disasters, they are most often associated with working with hazardous chemicals substance. Runaway process occurrence involve to a thermal explosion [1].

At tank process analysis we must to consider a natural convection due to the temperature difference occurring at various points of space during storage and transportation of low viscosity liquids

There are several approaches to solving this problem, beginning only the experimental determination of the critical conditions and ending with a numerical simulation based on the general very complex mathematical models. The power of modern computers and proven mathematical models, which can describe a complex multi-step reaction, allow to wide use a numerical simulation to study the convective processes in the liquid phase. ConvEx is a software suite allow to make these calculations [2].

Mathematical model, which adequately describes the natural convection in liquid multi-component reactive environment, uses the following assumptions:

- fluid is a Newtonian fluid;

- energy scattering due to viscous dissipation equal to nothing;

- thermodiffusion and diffusion thermal conductivity equal to nothing;

- uses Boussinesq approximation.

The Boussinesq approximation consist of the following:

- density depends on temperature and concentration, but is independent of pressure;

- change in density can be neglected everywhere except the members responsible for the lift force in the equation of momentum transfer.

Today there is no doubt that the model based on this approximations, adequately describes the natural convective processes in liquids. The mathematical model for:

dT

dr

ar

vertical cylinder is:

( d T 1 dT1

+--------

r dr

d

r

+

ax

9

d T AH

—=D

dr -r

f ~2

dc+1.

d

r

dc

dr

dx cv • P

wr

+ Dx

У

d x2

wr

r

12