З метою очищення відпрацьованих масел від продуктів старіння запропонований метод, що грунтується на сорбції забруднювачів розчином гумату натрію. Для опису отриманих експериментальних даних побудована регресійна математична модель.

Анотація наукової статті з хімічних технологій, автор наукової роботи - Демічева Юлія Львівна, Пузирьова Віра Михайлівна, Пученков Микола Валентинович


Область наук:

  • хімічні технології

  • Рік видавництва: 2011


    Журнал: Известия Тульського державного університету. Природні науки


    Наукова стаття на тему 'Математичне моделювання процесу очищення відпрацьованих масел розчинами гумінових кислот'

    Текст наукової роботи на тему «Математичне моделювання процесу очищення відпрацьованих масел розчинами гумінових кислот»

    ?Известия Тульського державного університету Природничі науки. 2011. Вип. 3. С. 257-261

    = Науки про землю =

    УДК 665.663.9

    Математичне моделювання процесу очищення відпрацьованих масел розчинами гумінових кислот

    Ю. Л. Демічева, В. М. Пузирьова, Н. В. Пученков

    Анотація. З метою очищення відпрацьованих масел від продуктів старіння запропонований метод, що грунтується на сорбції забруднювачів розчином гумату натрію. Для опису отриманих експериментальних даних побудована регресійна математична модель.

    Ключові слова: відпрацьоване масло, гумінових кислот.

    Нафтові масла знаходять широке і різноманітне застосування при експлуатації сучасної техніки. Поряд з моторними маслами, використовуваними для змащення двигунів внутрішнього згоряння, велика кількість масел вживається для змащення різних машин, механізмів, верстатів та приладів, як робочі рідини для гідравлічних систем різного призначення, для ізоляції електричних пристроїв, забезпечення роботи вакуумних насосів і багатьох інших цілей [1].

    Проблема переробки відпрацьованих масел гостро стоїть у всьому світі, тому що в порівнянні з іншими вуглеводнями відпрацьовані масла значно забруднюють біосферу. На відміну від нафти і нафтопродуктів, відпрацьовані масла в набагато меншому ступені знешкоджуються природним шляхом (окислення, біорозпад, фотохімічні реакції). В процесі експлуатації в оліях через термічного розкладання і окислення накопичуються асфальто-смолисті сполуки, різні солі і кислоти, частинки сажі, поверхнево-активні речовини, частки металів [2].

    На сучасному етапі розвитку російської промисловості дуже важливим і актуальним є питання залучення у виробництво вторинної сировини, а саме, відпрацьованих масел, які представляють собою сировинну базу для отримання цінних нафтопродуктів при належній переробці. Серед різних напрямків використання відпрацьованих масел найбільш важливе місце відводиться методам очищення (регенерації) - повного відновлення їх початкових властивостей з метою повторного використання за прямим призначенням.

    Нами запропонований метод по відновленню відпрацьованих індустріальних масел розчинами гумату натрію. Ефективність процесу регенерації відпрацьованих масел залежить від показників якості вихідної сировини (відпрацьованих масел) і відповідно від умов проведення процесу. Було вивчено вплив таких параметрів проведення процесу регенерації відпрацьованих масел, як тривалість процесу, кількість введеної гуминовой кислоти, концентрації лугу для приготування розчину гумату натрію і температури.

    Для оцінки результативності проведення процесу регенерації масел їх якість оцінювалася за наступними показниками: кислотне число, температура спалаху, в'язкість. За такими показниками як в'язкість і температура спалаху відновлене масло відповідає, що пред'являються до нього вимогам. Основним показником, що характеризує якість масла, є його кислотне число, тому у всіх проведених дослідах вимірювався саме цей показник.

    У процесі роботи було встановлено, що застосування гуминовой кислоти в чистому вигляді для регенерації масел не дає практичних результатів, тому що практично відсутній ефект змішування і розчинення в системі «масло - гумінових кислот». Виконаний цикл лабораторних робіт і теоретичних досліджень дозволив встановити, що для забезпечення робочих сорбирующих властивостей гуминовой кислоти необхідно провести її структурні зміни на макро молекулярному рівні, шляхом її попереднього розчинення у водних розчинах лугу.

    Проби масел оброблялися лужними розчинами гумінових кислот різної концентрації: 1, 3 і 5% (мас) гумінових кислот в лугу з концентрацією 0,25, 0,5 і 1% (мас), потім проби перемішувалися від 5 до 30 хв, а також піддавалися термостатування при температурі від 30 до 70 ° С. Досліди проводилися в відношенні відпрацьованого індустріального масла И20А, турбінного і суміші індустріальних масел И20А і І40А. В результаті було проведено 135 дослідів при різних поєднаннях вищевказаних чинників. Вимірювалося значення кислотного числа після очищення в мг КОН / г (або ступінь очищення в%).

    Для прикладу розглянемо суміш відпрацьованого індустріального масла марок И20А і І40А. Так як кількість експериментальних даних досить велика, то для наочності представимо лише частина, при яких отримано найкращий результат очищення (табл.1). Це концентрація лугу 1%, концентрація гуминовой кислоти 3%, значення кислотного числа до очищення 0,84 мг КОН / г.

    Для опису отриманих експериментальних даних була складена регрессионная математична модель першого порядку. Для оцінки точності регресійних моделей розглядався показник Б2 -

    відношення суми квадратів відхилень, обумовлених регресією до суми квадратів відхилень відносно середнього спостережень.

    Регресійна модель першого порядку задавалася рівнянням:

    У = До + КХ + К2Х2 + К3Х3 + К4Х4, (1)

    де У - ступінь очищення, а Ко, К \, К2, К3, К4 - коефіцієнти, які

    необхідно знайти. При цьому значення параметрів змінювалися наступним чином:

    Х1 (температура суміші в реакторі, ° С): 30; 50; 70;

    Х2 (час перемішування, хв.): 5; 10; 15; 20; 30;

    Х3 (концентрація гуминовой кислоти,%): 1; 3; 5;

    Х4 (концентрація лугу,%): 0,25; 0,5; 1.

    За допомогою програми БРЯБ були визначені коефіцієнти

    регресійній моделі: К0 = -39, 338, К1 = 0, 899, К2 = 0, 23, К3 = 5, 213, К4 = 63, 534.

    У табл. 1 дано порівняння експериментальних і розрахункових значень ступеня очищення.

    Таблиця 1

    Експериментальні та розрахункові значення ступеня очищення відпрацьованого

    масла

    Час перемішування, хв Температура, С Кислотне число після відстоювання Ступінь очищення, У% експ / і Ступінь очищення, У% розр / і Величина відхилення | Уексп Урасч |,%

    15 30 0,42 50 52,35 4,7

    20 0,38 55 54,63 0,68

    30 0.36 57 59,18 3,82

    15 50 0,36 57 56,93 0,12

    20 0,30 64 59,21 7,49

    30 0,27 69 63,76 7,6

    15 70 0,27 68 61,51 9,54

    20 0,27 68 63,79 6,2

    30 0,25 70 68,34 2,38

    Крім того, в роботі були отримані коефіцієнти лінійної регресійної моделі першого порядку для турбінного масла з кислотним числом до очищення 0,56 мг КОН / г і для індустріального И20А з кислотним числом 0,2 і 0,84 мг КОН / г (див. Табл . 2).

    Встановлено, що коефіцієнти регресійної моделі залежать від величини кислотного числа до очищення масла. На основі цього були отримані залежності, які з достатньою для початкового аналізу ступенем точності апроксимують коефіцієнти моделі в діапазоні

    Таблиця 2

    Значення коефіцієнтів регресійної моделі

    Кислотне число до очищення, мг КОН / г До К1 К2 Кз К4 Я2

    0,20 1,956 0,455 0,229 2,417 29,450 0,76

    0,56 -33,347 0,752 0,237 4,667 69,312 0,90

    0,84 -39,338 0,899 0,230 5,213 63,534 0,86

    зміни кислотного числа? від 0,2 до 1,0.

    Ко = 171? 2 - 113,3? - 23, 51,

    К1 = -0, 82? 2 + 0,16? + 0, 899,

    К2 = -0,075? 2 + 0,076? + 0,217, (2)

    Кз = -10,18? 2 + 6, 224? + 4, 375,

    К4 = -247, 5? 2 + 204,1? + 32, 6.

    Таким чином, узагальнена регресійна модель першого порядку для відпрацьованих масел виглядає наступним чином

    У = Ко (?) + К1 (?) Х1 + К2 (?) Х2 + Кз (?) Хз + ШХ (3)

    де У - узагальнена оцінка, а К0 (?), К1 (?), К2 (?), К3 (?), К4 (?) - коефіцієнти з (2).

    Наприклад, при? = 0, 97 мг КОН / г значення за моделлю виходить 38%, а фактичне значення склало 31% (при часу перемішування 15 хвилин, температурі 25 ° С, концентрації гуминовой кислоти 3% і концентрації лугу 1%).

    Таким чином, в роботі наведено методику побудови математичних моделей для опису процесів очищення відпрацьованих масел. Отримано регресійні моделі, які дають високу точність результатів і мають високу кореляцію з фактичними даними. Використовуючи наведену в статті модель можна провести попередню оцінку ступеня очищення відпрацьованих масел без проведення натурних експериментів.

    Список літератури

    1. Каменчук Я.С. Відпрацьовані нафтові масла і їх регенерація (на прикладі трансформаторних і індустріальних масел). Автореферат дисертації. Томськ, 2007.

    2. Євдокимов А.Ю., Фукс І.Г. Утилізація відпрацьованих мастильних матеріалів: технології і проблеми // Захист довкілля в нафтогазовому комплексі. 2004. №2. С.9-11.

    Демічева Юлія Львівна (Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.), асистент, кафедра аерології, охорони праці та навколишнього середовища, Тульський державний університет.

    Пузирьова Віра Михайлівна (Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.), к.т.н., доцент, кафедра аерології, охорони праці та навколишнього середовища, Тульський державний університет.

    Пученков Микола Валентинович (Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.), к.т.н., експерт ТОВ «Бізнес перспектива», Тула.

    The simulation of the purification of waste oil by solutions of

    humic acids

    J.L. Demicheva, V. M. Puzyreva, N.V. Puchenkov

    Abstract. For the purpose of purification of waste oil from aging products it is presented a method based on the sorption of pollutants with help of sodium humate. The model of linear regression is created to describe the experimental data.

    Keywords: waste oil, humic acid.

    Demicheva Julia (Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.), assistant, department of physics of atmosphere, labour and environmental protection, Tula State University.

    Puzyreva Vera (Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.), candidate of technical sciences, associate professor, department of physics of atmosphere, labour and environmental protection, Tula State University.

    Puchenkov Nikolay (Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.), candidate of technical sciences, expert, «Business Outlook», Tula.

    надійшла 12.09.2011


    Ключові слова: ВІДПРАЦЬОВАНИЙ МАСЛО /гумінових кислот

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити