Конструкция . и работа экспериментальной установки

Для проведения опытов нами была собрана установка для очистки воды  методом  импульсного  воздействия (рисунок 20).

 

 

Рисунок 20. Экспериментальная установка

Установка состоит из источника высокого напряжения (ИВН), батареи конденсаторов, разрядника, металлической емкости для очищаемой жидкости и стального электрода. Принцип работы заключается в следующем ИВН заряжает батарею конденсаторов до определенной величины, затем происходит разряд батареи через металлический электрод, который помещен в емкость с очищаемой водой. Разрядник служит в качестве ключа, который размыкается, когда батарея заряжается до определенной величины.  Величина заряда батареи конденсаторов регулируется с помощью изменения расстояния между шариками разрядника. Схема установки для очистки воды показана на рисунке 21.

 

Рисунок 21. Схема установки.

 

 

Для определения эффективности очистки воды, спектр поглощения раствора исследовался  на  спектрофотометре СФ-26.

 

      2.2 Проведение эксперимента

Очистка воды от нефти

Нефть - природная маслянистая горючая жидкость, состоящая из сложной смеси углеводородов и некоторых других органических соединений. По цвету, нефть бывает красно-коричневого, иногда почти чёрного цвета, хотя иногда встречается и слабо окрашенная в жёлто-зелёный цвет и даже бесцветная нефть; имеет специфический запах, распространена в осадочных породах Земли.

В проводимых нами опытах использовалась нефть с двух месторождений. Месторождение Мынтеке Южный со скважины М-20 и нефть с месторождения Мартыши. Для приготовления раствора на 1 литр воды был добавлен 1 грамм нефти.

Свойства и физико-химическая характеристика нефти Мынтеке Южный со скважины М-20 приведены в таблицах 4, 5 и 6.

 

Таблица 4

Содержание примесей

Примесь	Единица измерения	Методика измерения	Содержание
Вода	% масс.	ГОСТ 2477-65	Следы
Мехпримеси	% масс.	ГОСТ 6370-83	следы
Хлористые соли	г/л	ГОСТ 21534-76	0,172

 

     Таблица 5

Физико-химическая характеристика нефти

Плотность	Кинем. вязкость  ν20, мм2/с	Температура застывания, °С	Кислотное число, мг КОН на 1 г	Сера общая, % масс.	Асфальтены, % масс.	Силикагелевые смолы, % масс.	Парафин, % масс. (Tпл., °С)	Коксуемость, % масс.	Температура вспышки, °С	Давление насыщенных паров  при 38°С, мм Hg
ГОСТ 3900-85	ГОСТ 32- 82	ГОСТ 20287-74	ГОСТ 5985- 79	ГОСТ 1437- 75	ГОСТ 11858-85	ГОСТ 11858-85	ГОСТ 11861- 85	ГОСТ 19932-74	ГОСТ 6356- 75	ASTM D323
0,8506	21,1	<-17	0,08	0,70	0,08	12,92	2,15(65)	1,8	2	172

 

Таблица 6

Фракционный состав нефти по ГОСТ 2177-82

Начало кипения, °С	Выкипает (в объемных процентах) до температуры, °С
	100	150	200	250	320	350
91	1	16	23,5	35	52,5	57

       Нефть Мынтеке имеет среднюю плотность (0,8505) и умеренную (невысокую) вязкость (при 20 °С она составляет всего 21,1 мм²/с). Она сернистая (содержание общей серы 0,7%), смолистая (содержание асфальтеносмолистых веществ составляет 13%) и парафиновая (содержит 2,15% с температурой плавления 65 °С). Согласно результатов атмосферной разгонки по Энглеру (табл. 4) до температур 200 и 350 °С выкипает, соответственно, 23,5 и 57 процентов объема [21].

Свойства и физико-химическая характеристика нефти месторождения Мартыши приведены в таблице 7.

 

Таблица 7

Физико-химическая характеристика нефти месторождения Мартыши

 

Плот-ность	Кинем. вязкость ν20, сСт	Темп. засты-вания, °С	Сера общая, % масс.	Ас-фаль-тены, % масс.	Сили-кагел. смолы, % масс.	Пара-фин, % масс.	Кок-суе-мость, % масс.	Выход фракций, % масс
								до 200 °С	до 350 °С
0,8881	105,7	-39	0,36	1,23	7,57	0,8	2,25	4,2	36,5

 

После перемещивании нефти и воды можно заметить что вода содержащая нефть с месторождения Мартыши имеет более темный цвет (рисунок 22, 23). На поверхности образуется пленка.

 

 

 

Рисунок 22. Смесь воды и нефти

Слева смесь воды и нефти месторождения Мартыши,справа с Мынтеке.

 

 

1                                                      2

 

Рисунок 23. Вода с добавлением нефти Мартыши и Мынтеке.

1 - вода с добавлением нефти Мартыши

2 - вода с добавлением нефти Мынтеке

 

 

После отстаивания в течении 20 часов нефть собирается на поверхности воды и на краях емкости в виде маслянистой пленки (рисунок 24).

 

 

1                                                           2

 

Рисунок 24. Смеси  после 20 ч отстаивания

1 – Смесь воды и нефти Мартыши

2 – Смесь воды и нефти Мынтеке

 

. Зависимость, представленная на рисунке 25, относится к смеси с нефтью месторождения Мартыши. Зависимость, представленная на рисунке 26, относится к смеси с нефтью месторождения Мынтеке.

 

Рисунок 25. Зависимость коэффициента поглощения смеси с нефтью Мартыши.

Снизу вверх: первый - измерения сразу после приготовления раствора

второй - измерения после 4х часов отстаивания

третий– измерения после 20 часов отстаивания

 

 

Рисунок 26. Зависимость коэффициента поглощения смеси нефтью Мынтеке

Снизу вверх: первый - измерения сразу после приготовления раствора

второй - измерения после 4х часов отстаивания

третий– измерения после 20 часов отстаивания

Как видно по рисункам 25, 26 с течением времени происходит постепенное отстаивание нефти, вода становится более прозрачной. Но чтобы смесь отстоялась требуется довольно значительно время, до 20 часов, что в замкнутом производственно технологическом цикле является невыгодным.

Обработка смеси воды и нефти проходила на собранной нами установке. Каждый раствор был обработан импульсно со скважностью 9-10, время зарядки батареи конденсаторов 15 секунд. Время обработки каждого раствора 1,5-2 минуты. После чего были проведены измерения на спектрофотометре. Температура раствора до и после обработки одинакова и составляет 22⁰С. На рисунке 27 можно увидеть, что раствор воды содержащей нефть после обработки (снизу) более светлее, чем до обработки (сверху).

 

Рисунок 27. Растворы воды с нефтью до и  после импульсной обработки.

 

 

Как видно на рисунке 27, смеси, прошедшие обработку, более прозрачны.

На следующих рисунках можно увидеть зависимости, которые получились после  импульсной обработки смесей. Рисунок 28 - после обработки смеси содержащей нефть Мынтеке. Рисунок 29 - после обработки смеси содержащей нефть  Мартыши.

 

 

 

Рисунок 28. Зависимость коэффициента поглощения смеси с нефтью Мынтеке

Снизу вверх: первый - измерения осле обработки импульсным методом

второй - измерения после 4х часов отстаивания

третий– измерения после 20 часов отстаивания

 

 

 

Рисунок 29. Зависимость коэффициента поглощения смеси с нефтью Мартыши.

Снизу вверх: первый - измерения осле обработки импульсным методом

второй - измерения после 4х часов отстаивания

третий– измерения после 20 часов отстаивания

Сравнивая зависимости коэффициента поглощения смесей до и после импульсной обработки можно заметить, что уже в первые часы после обработки увеличивается прозрачность смесей. Если до обработки, зависимость коэффициента поглощения для смеси с нефтью Мартыши составляла 18% и  по прошествии 4 часов отстаивания 40% соответственно. То после очистки импульсным методом он составил 32% и 45%. Для смеси с нефтью Мынтеке зависимость была 12% и через 4часа отстаивания  37%, то после обработки стала 25% и 47% соответственно. Из этого следует, что импульсный метод значительно сокращает время очистки и увеличивает ее качество.

На Атырауском НПЗ во время очистки воды используется пенообразователь Рауан 6-Ц. [21]

Технические данные Рауан 6-Ц:

1. Тип: синтетический биоразлагаемый.

2. Внешний вид: однородная жидкость без осадка и расслоения.

3. Плотность при 20⁰ С: 1,00-1,10 кг/л.

4. Кинематическая вязкость при 20⁰С: <10мм²/с

5. Водородный показатель(рН) при 20⁰С: 6,5-10,0

6. Температура застывания: -8⁰С

7. Концентрация морской воды в растворе: 6%

8. Минимальная температура хранения/применения: -8⁰С

9. Кратность пенообразования не менее: 1

10. Устойчивость пены (время 50% дренажа при температуре 20⁰С):

11. В готовые смеси был добавлен Рауан 6-Ц в расчете 4г. на 1 литр. И проведены опыты импульсной очистки. Температура раствора 22⁰С до и после обработки. Обработка прошла 9-10 ударами с временем зарядки батареи 15 секунд. Общее время обработки одного раствора 2 минуты. На рисунке 30 изображены растворы после 2 часового отстаивания.

 

 

 

Рисунок 30. Растворы до и после обработки.

 

Слева направо: 1 – Смесь воды и нефти Мынтеке без обработки, 2 – Смесь воды и нефти Мартыши без обработки, 3 - Смесь нефти Мартыши, воды и Рауан 6-Ц после обработки, 4 – Смесь нефти Мынтеке, воды и Рауан 6-Ц после обработки.

 

 

      После проведения импульсной очистки с добавлением Рауан 6Ц раствор отстаивался в течении суток. В результате на поверхности раствора образовалась нерастворимая нефтесодержащая пленка (рисунок 31), а вода стала прозрачной. В дальнейшем можно собрать с поверхности эту пленку и вода не будет содержать нефть, собирающуюся на краях емкости.

             

Рисунок 31. Обработанный раствор нефти после суток отстаивания.

 

Нефть ионизировалась в процессе импульсной обработки, произошло электростатическое сцепление частичек нефть, которые образовали нерастворимую пленку на поверхности.

      2.2.2 Очистка раствора лабомида от масляных примесей

 

Для проведения экспериментов нами был приготовлен раствор лабомида. На один литр воды при комнатной температуре, было добавлено 15 грамм лабомида. После перемешивания на поверхности воды образовалась обильная пена белого цвета (рисунок 32). Запаха у раствора лабомида не наблюдалось.

 

 

                             

 

Рисунок 32. Раствор лабомида с водой

 

После приготовления, раствор был исследован на спектрофотометре СФ-26. Зависимость коэффициента поглощения лабомида представлена на рисунке 33.

Рисунок 33. Зависимость коэффициента поглощения  лабомида

 

 

Затем в приготовленном растворе лабомида были вымыты несколько загрязненных масляных деталей содержащих автомобильную сажу. Цвет раствора стал темно коричневым. При перемешивании на поверхности появлялось небольшое количество пены, которая оседала за очень короткое время. На поверхности образовались темные маслянистые пятна (рисунок 34).

 

 

Рисунок 34. Загрязненный раствор лабомида .

Со временем раствор отстаивается, цвет становится светлее. На поверхности также масляные пятна. По прошествии 20 часов на дне образуется небольшой осадок (рисунок 35).

 

 

Рисунок 35. Раствор лабомида после отстаивания

 

 

Зависимость коэффициента поглощения загрязненного раствора представлена на рисунке 36.

 

Рисунок 36. Зависимость  коэффициента поглощения загрязненного раствора.

Снизу вверх: первый – измерения, проведенные после того, как были вымыты детали.

второй  – измерения, проведенные после 2 часов отстаивания.

третий  – измерения, проведенные после 4 часов отстаивания.

Четвертый  – измерения, проведенные после 20 часов отстаивания

 

Из этого можно сделать вывод, что со временем раствор отстаивается. Его цвет становится более светлым. Но, не до такой степени, чтоб его можно было снова использовать для очистки механических деталей.