Исследование эксплуатационных характеристик полимерных сорбентов, используемых в природоохранных технологиях

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛИМЕРНЫХ СОРБЕНТОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ПРИРОДООХРАННЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ

Вельп А.Я.

Мелкозеров В.М., Васильев В.С.

ОАО «Красноярскнефтепродукт», Красноярск, Россия

ФГОУ ВПО Сибирский федеральный университет, Красноярск, Россия

In time of experimental research the regression equations are obtained. They show how surface-active materials and synthesized polymer tar influence the multiplicity of foaming, volumetric mass and petroleum capacity of polymer sorbents.

В целях стабилизации экологической обстановки, определения стратегических задач и экологической политики Красноярского края на 2007-2010 гг. разработана в рамках СУОС комплексная программа «Экология и охрана окружающей природной среды», включающая решение вопросов по устройствам, средствам и способам очистки нефтезагрязненных объектов сельского хозяйства в зоне действующих и проектируемых промысловых и магистральных нефтепроводов.

С учетом предъявляемых современных требований и международных стандартов Красноярским РНУ в рамках программы «Экология и охрана окружающей среды» был проведен комплекс научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию и внедрению в производство высокоэффективных нефтепоглощающих полимерных сорбентов серий «Униполимер-М», «Униполимер-Био», а также композиционного многофункционального препарата «Меном» [1]. В настоящее время разработана технология и оборудование для производства полимерных сорбентов, а также полный комплект конструкторско-технологической, методической и нормативно-регламентирующей документации, освоено промышленное производство полимерных сорбентов. В задачу исследований входят следующие стадии: составление композиций (полимерных матриц), их вспенивание, отверждение, формирование и сушка.

Поэтому первым этапом работы было проведение предварительных исследований по оценке влияния составов композиций на сорбционные свойства (нефтеёмкость, кратность вспенивания и влажность) сорбентов, чтобы на основании этих результатов установить оптимальные составы рецептур полимерных композиций.

Полученные образцы, в двух параллельно проведенных лабораторных исследованиях, были взвешены сразу после получения, через пять и десять дней. Были измерены их линейные размеры (длина и диаметр). В качестве выходных параметров были приняты:

1) у1 - кратность вспенивания, %;

2) у2 - объемная масса, г/см;

3) у3 - нефтеёмкость сорбента, г/г.

Математическая обработка результатов экспериментов показала, что уравнения регрессии, адекватно отражающие процесс синтеза полимерных сорбентов имеют вид:

ух = 4,31 - 0,3*1+ 2*2 + 0,43*3 - 0,35*12 - 0,005*22 + 0,39*32 - 0,07*1*2 + 0,45*2*3 - 0,07*1*3;

Объемная масса очистка нефтезагрязненный магистральный стандарт

ух = 0,0858 + 0,0374*1 - 0,0444*2 - 0,013*3 + 0,0215*12 + 0,02*22 - 0,016*32- 0,02*1*2 -0,001*2*3-0,0015*1*3.

Нефтеёмкость сорбента

ух = 5,7 - 3,2*1 - 0,8*2 - 0,03*3 + 2,7*12 - 1,7*22-1,9*32 + 0,08*1*2 - 1,4*2*3 + 0,2*1*3.

Разработка оптимальных режимов получения сорбентов «Униполимер-М», «Униполимер-Био» и композиционного многофункционального препарата «Меном» в этой последовательности и исследование свойств полученных образцов проводились с использованием математических методов планирования эксперимента, в основу которого был положен ортогональный план бокса главных эффектов. После проверки коэффициентов на значимость уравнения регрессии принимают вид:

у1 = 0,2717*12 + 0,015*22 - 0,3 8*32 - 0,165*42 --0,015*1 + 0,0475*2 + 0,3742*3 + 0,2233*4 + 3,135;

у2 = 0,0006*12 + 0,0052*22 + 0,0054*32 + 0,0164*42 + 0,0023*1 + 0,0037*2 + 0,0003*3 + 0,0009*4 + 0,0945;

у3 = - 1*12 - 0,5*22 + 1*32 - 0,5*42 -1,1667*1 + 1,1667*2-1*3-0,3333*4+ 7,1667.

В уравнениях регрессии в качестве входных параметров приняты: *1 - содержание СПС (синтезированная полимерная смола), *2 - содержание ПАВ (поверхностно-активное вещество), *3 - содержание КО (катализатор отверждения), *4 - концентрация КО.

Уровни переменных приведены в таблице.

Из результатов эксперимента видно, что состав компонентов композиции на различные свойства сорбентов неодинаков. На кратность вспенивания существенное влияние оказывает количество ПАВ (Рис.1), в частности с увеличением его более чем 50,0 мас.ч кратность вспенивания растет.

С увеличением количества СПС кратность вспенивания снижается (рис. 2). При добавлении количества от 5 до 5,5 мас.ч. кратность вспенивания немного увеличивается, а от 5,5 до 9 мас.ч. -уменьшается до 3,8 %.

На нефтеемкость сорбента существенно влияет количество СПС. С ее увеличением (рис.3) резко возрастает показатель нефтеемкости.

Нефтеёмкость сорбента с увеличением доли ПАВ имеет параболический закон изменения. Добавление ПАВ от 31 до 41,5 мас.ч. увеличивает, а при дальнейшем увеличении до 51 мас.ч. уменьшает нефтеёмкость (рис. 4).

Уровни факторов и переменных

По полученным результатам видно, что независимо от порядка внесения компонентов, сорбенты получались с более развитой поверхностной структурой и имели объемную массу от 6 до 14 кг/м3, у них в 1,5...2 раза увеличился объем переходных пор и в 5 раз увеличился объем микропор. При этом высокая развитость пористой структуры приводит к увеличению нефтеёмкости. Однако, нефтеёмкость сорбентов, зависит не только от его пористой структуры, но и от влажности, т.е. чем заполнены поры - водой или воздухом. Экспериментальные данные по влиянию технологических факторов на кратность вспенивания, нефтеёмкость сорбентов и их зависимость представлены функциональной зависимостью на рис. 1, 2 и эмпирической формулой:

у = 1400ДГ1,2925.

Таким образом, оптимизация технологического процесса получения полимерных сорбентов, их рецептур показали, что, изменяя способы и режим получения сорбентов и составляющих компонентов СПС, ПАВ, модифицирующих добавок и наполнителей, можно получить модифицированные, полимерные и полимикробные сорбенты серии «Униполимер-М», «Униполимер-Био», а также композиционный препарат «Меном» с широким диапазоном многофункциональных технологических возможностей и перспективностью их применения в России и за рубежом.

Рис.1 Влияние поверхностно-активных веществ на кратность вспенивания сорбента

Анализ многолетних проведенных исследований и апробирование технологии биоремедиации позволил разработать способ и внедрить в производство новую технологию биорекультивации с применением состава композиционного многофункционального препарата «Меном», выполняющего роль одновременно сорбента, мелиоранта-аэранта, структуропочвообразователя и агрохимиката - медленно действующего азотного удобрения.

Технология предлагаемой очистки с использованием биоконвеера основана на применении комбинированного способа, включающего в себя установку вдоль реки, ручья, берега, несколько мини-сорбирующих бон, где активными сорбирующими элементами этих бон могут являться сорбент «Униполимер-М» и полимикробный сорбент серии «Униполимер-Био». Используемые сорбенты получены путем иммобилизации ассоциированных нефтеокисляющих микроорганизмов и адаптированных биокультур на полимерном мезапористом, олеофильном носителе - высоко кратном олигомере, относящимся к классу поро-аминопластов.

При увеличении удельного давления измельчения сорбентов до 175 МПа происходит наиболее интенсивное изменение выходных показателей плотности, средневзвешенного размера частиц материала, коэффициента уплотнения и соответственно удельной поверхности.

Рис.2 Влияние синтезированной полимерной смолы на кратность вспенивания сорбента

Рис.3 Влияние синтезированной полимерной смолы на нефтеемкость сорбента

Рис. 4. Влияние поверхностно-активных веществ на нефтеёмкость сорбента

Таким образом на данном этапе исследований установлены рациональные параметры поверхностно-активных веществ и синтезированной полимерной смолы для получения полимерного сорбента наибольшей нефтеемкости, наибольшей кратности вспенивания при наименьших экономических затратах. На следующих этапах исследований, стоит задача оптимизации температурного режима отдельных частей производственного процесса изготовления полимерного сорбента и определения рационального значения давления измельчения готового сорбента перед его использованием.

Литература

1. Гридчин, A.M. Исследование процесса измельчения анизотропных материалов в пресс-валковых агрегатах. Статья. ISSN 0536-1052. Изв. вузов / А.М. Гридчин, B.C. Севостьянов, B.C. Лесовик и др. // Строительство. - 2007. - № 9.

2. Севостьянов, B.C. Энергосберегающие помольные комплексы для измельчения мелкозернистых материалов / B.C. Севостьянов, СИ. Ханин, А.А. Романович и др. // Сб. докл. межд. конф. «Промышленность стройматериалов и стройиндустрия, энерго- и ресурсосбережение в условиях рыночных отношений». - Белгород: Изд. БелГТАСМ. 1997. - 4.4. - С. 259-262.

3. Романович, А.А. Некоторые вопросы измельчения материалов в пресс-валковом измельчителе. Современные проблемы строительного машиностроения; Материалы седьмых академических чтений РААСН / А.А. Романович. - Белгород: Гос. техн. акад. строит, мат. - 2001. - 4.2. - С. 2-465.

4. Романович, А.А. Повышение эффективности работы оборудования для измельчения материалов / А.А. Романович. - М: Строительные материалы, 2005, - № 5. - С. 7-8.

Размещено на Allbest.ru