Действие ультразвукового озвучивания на интенсификацию процесса адсорбционной очистки парафина

АННОТАЦИЯ

В данной статье описан процесс адсорбционной очистки парафинов с использованием ультразвукового озвучивания, который совпадает и отвечает требованиям взрыво - пожаро безопасности данного производства. Приведены описания исследований проведённых на собранной ультразвуковой магнитострикционной установке на базе генератора УЗГ-10 М. В ходе экспериментов изучали влияния частоты времени и интенсивности ультразвукового озвучивания на показатели очищаемого парафина. Результаты исследования влияния частоты ультразвукового воздействия на физико-химических показатели очищаемых парафинов и изменение качественных показателей очищенных парафинов в зависимости от времени ультразвукового озвучивания представлены в виде таблиц.

ABSTRACT

This article describes the process of adsorption purification of paraffins using ultrasonic scoring, which matches and meets the requirements of explosion - fire safety of this production. Descriptions of studies conducted on the assembled ultrasonic magnetostrictive installation based on the UZG-10 M generator are given. In the course of the experiments, the influence of the time frequency and the intensity of ultrasonic scoring on the performance of the cleaned paraffin was studied. The results of a study of the influence of the frequency of ultrasonic exposure on the physicochemical parameters of refined paraffins and a change in the quality parameters of refined paraffins depending on the time of ultrasonic scoring are presented in tabular form.

Ключевые слова: парафины, способ контактной очистки, адсорбент, генератора УЗГ-10 М, излучатели магнитстрикционные марки ПМС-6.

Keywords: paraffins, contact cleaning method, adsorbent, generator UZG-10 M, magnetostrictive emitters PMS-6.

Сегодня традиционный способ контактной очистки парафина с использованием порошкообразных адсорбентов [4] не удовлетворяет требования потребителей. Длительность процессов адсорбционной очистки и фильтрации адсорбентов, а также безвозвратные потери ценных материалов, энергии и других в данном производстве требуют его интенсификации.

В этом аспекте представляет интерес использования в процессе адсорбционной очистки парафинов ультразвукового озвучивания, который совпадает и отвечает требованиям взрыво - пожаро безопасности данного производства.

Нами, была собрана ультразвуковая магнитострикционная установка на базе генератора УЗГ-10 М, которая имеет следующие характеристики: потребляемая мощность - до 18 кВт, колебательная - до 9 кВт, пределы регулирования ультразвуковой частоты - 18÷24 кГц.

Преобразователи, т.е. излучатели магнитстрикционные марки ПМС-6, ультразвуковой мощности 2,5 кВт (с коэффициентом полезного действия 45%).

Ультразвуковое озвучивание получаем при помощи генератора УЗГ-10М и передаём в адсорбер с помощью излучателя ПМС-6.

Опыты по адсорбционной очистке парафинов с наложением ультразвуковых излучений проводили при следующих условиях: температура очищаемого парафина 90-100 ⁰С, количество адсорбента 5% от массы парафина: скорость перемешивания-150 об/мин.

В ходе экспериментов изучали влияния частоты времени и интенсивности ультразвукового озвучивания на показатели очищаемого парафина.

Анализы исходного парафин-сырьца и продуктов его очистки проводили согласно стандартизованным методикам, описанным в работах [2,5].

Парафин-сырец для очистки получали из установки № 43 Ферганского нефтеперерабатывающего завода.

Известно, что в зависимости от минералогического и химического состава глинистые адсорбенты имеют различные размеры и объемы пор заполненные которых требует выбора рациональных частот колебаний ультразвука.

Сегодня в нефтеперерабатывающей промышленности, в основном, используются следующие виды глинистых адсорбентов: - опоковидные глинистые адсорбенты месторождения Кермине (Навоийская область); - бентонитовые глинистые адсорбенты Навбахорского месторождения (Навоийская область); - палыгорскитовые глинистые адсорбенты Навбахорского месторождения (Навоийская область).

В табл.1 представлены химические составы вышеуказанных адсорбентов.

Таблица 1.

Химические составы глинистых адсорбентов, используемых при очистке парафинов

Из таблицы видно, что с изменением вида адсорбента, т.е. его минералогического состава, существенно изменяется и его химическое содержание. Так, например, бентонитовый адсорбент содержит СаО -  0,48%, а палыгорскитовый - 10,08% или опоковидная глина Кермине - 13,56%. Все эти отличия безусловно отражается и на размерах и объемах их пор.

Учитывая это, нами исследованы пористость и в частности, объемы переходных пор подобранных глинистых адсорбентов.

Анализы проводились стандартным методом на ртутном порометре «Модель-200» фирмы «Colbo Erba strumantazion» (Италия).

При этом, длительность исследования составляло 30 мин, минимальное давление вводимой ртути 20х10⁵ кПа и масса исследуемых глин равнялось 0,977 г, каждая.

В табл. 2 представлены результаты анализов переходных и общих пор подобранных глинистых адсорбентов, используемых при очистке парафинов.

Из табл. 2 видно, что по общему объему пор изучаемые адсорбенты располагаются в следующем порядке убывания: опоковидная глина месторождения Кермине > щелочный бентонит Навбахорского месторождения > карбонатный палыгорскит Навбахорского месторождения. Причем такой же порядок соблюдается и при сравнении объемов переходных пор

Таблица 2.

Переходные и общие объемы пор глинистых адсорбентов, используемых при очистке парафинов

Примечание: х) Данный адсорбент активирован при температуре 450-550⁰С.

хх) Данные адсорбенты подвергались активации 20% серной кислотой.

Это ещё раз подтверждает необходимость правильного выбора диапазона частот ультразвуковых колебаний при очистке парафинов глинистыми адсорбентами. С изменением вида используемого адсорбента безусловно требуется определить рациональные значения частоты колебаний ультразвука, которые обеспечивали бы максимальное заполнение объемов его пор.

Обесцвечивающая способность глинистых адсорбентов зависит от условий их контактирования с парафином. В этом аспекте не мало важная роль отводится и частоте колебаний ультразвука при очистке парафинов глинистыми адсорбентами. Нами изучено влияние частоты колебания ультразвука на степень осветления парафина при 80-85 ⁰С. При этом длительность опытов составляла 60 минут и количество вводимых глинистых адсорбентов равнялось 4,0% от массы парафина.

Результаты экспериментальных исследований представлены на рис.1.

Рисунок 1. Изменение степени осветления парафина (S) в зависимости от частоты колебаний ультразвука (H):

  -    - опоковидный адсорбент

-    - бентонитовый адсорбент

  - палыгорскитовый адсорбент

Из данного рисунка видно что для опоковидного адсорбента месторождения Кермине рабочий диапазон частоты колебаний ультразвука целесообразно выбрать в следующих пределах: от 15 до 20 кГц, для щелочного бентонита Навбахорского месторождения – от 20 до 25 кГц и для карбонатного палыгорскита Навбохарского месторождения – от 25 до 30 кГц.

Такое различие в рабочих частотах колебаний ультразвука объясняется минералогическим, химическим составом и особенностями размеров и объемов их пор. Коэффициент пропускания света позволяет характеризовать изменение качества парафина во времени и в зависимости от частоты колебаний ультразвука. Исследование данной зависимости нами проведено с использованием 4% от массы парафина щелочного бентонитового адсорбента Навбахорского месторождения при температуре 80-85⁰С.

Рисунок 2. Изменение коэффициента пропускания света парафина (К₄₀₀) в зависимости от времени контактной очистки (τ) при частоте колебаний ультразвука:

- 15 кГц

-  20 кГц

- 25 кГц

Из рис.2  видно, что при повышении частоты колебаний ультразвука от 15 до 25 кГц степень осветления парафина на щелочном бентонитовом адсорбенте повышается. Причем, во всех трех случаях степень осветления, т.е. коэффициент пропускания света парафином, повышается до определенного времени и далее, стабилизируется. Из кривых рисунка видно, что с увеличением частоты колебаний ультразвука от 15 до 25 кГц можно сократить время озвучивания парафина, что подтверждает возможность интенсификации рассматриваемого процесса.

Другим, не менее важным параметром ультразвуковой очистки парафина является интенсивность излучения, которая измеряется в Вт/см².

Нами исследовано влияние данного параметра на коэффициент пропускания света (К₄₀₀) парафина при частоте колебаний ультразвука равном 25 кГц.

Полученные результаты представлены на рис.3.

Рисунок 3. Изменение коэффициента пропускания света (К₄₀₀) парафина в зависимости от интенсивность ультразвукового излучения при частоте колебаний равном 25 кГц для:- - щелочного бентонита Навбахорского месторождения; -    - карбонатного палыгорскита Навбахорского месторождения;-- опоковидной глины месторождения Кермине.

Из рис. 3 видно, что с увеличением интенсивности ультразвукового излучения (И) коэффициент пропускания света (К₄₀₀) во всех трех исследуемых адсорбентах растет до определенных значений И и далее стабилизируются. Причем, для каждого вида глинистых адсорбентов стабилизация К₄₀₀ имеет свои значения.

Таким образом, результаты выше отмеченных исследований позволяют сделать вывод о том, что используя ультразвуковое воздействие можно повысить эффективность процесса очистки парафинов. При этом, для каждого вида используемого глинистого адсорбента необходимо экспериментально определить оптимальные условия очистки парафинов.

Таким образом, проведенные исследования показывают, что используя ультразвуковое воздействие можно интенсифицировать процесс адсорбционной очистки парафинов контактным способом. При этом, целесообразно ультразвуковое излучение парафина проводить при частоте 21-24 кГц в течение 480-600с, но не более.

Список литературы:
1. Мамадалиева С.В. Зависимость показателей очищаемого парафина от размера гранул применяемого адсорбента // Universum: Химия и биология: электрон. научн. журн. 2019. № 11(65). URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/8079 (дата обращения: 23.11.2019).
2. Перевёрзов А.Н., Богданов Н.Ф., Рощин Ю.Н.Производство парафинов: М.:Химия, 1973-224 С.
3. Рахмонов О.К., Мамадалиева С.В. Механизм воздействия ультразвука на парафин при его очистке композицией адсорбентов из местных глин // Universum: Химия и биология: электрон. научн. журн. 2019. № 11(65). URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/8109 (дата обращения: 23.11.2019).
4. Рудакова Н.Я., Тимошина А.В. Производство парафина. М.: Гостоптехиздат, 1960-132 С.
5. Черножуков Н.И. Очистка нефтепродуктов.М.: Химия, 1978-267 С.