книги из ГПНТБ / Большаков Г.Ф. Восстановление и контроль качества нефтепродуктов

По сравнению со стоксовской скоростью оседания по уравнению (132) получаются отклонения в пределах ±10% . Показано, что уравнение (140) не полностью описывает особенности движения жидких капелек в среде второй жидкости [47]. Действительно, уравнение (140) учитывает лишь тормозящее действие, которое обусловлено подвижностью поверхности капельки, и не учитывает поляризации электрокапиллярных и других электрохимических эффектов. Предложенное А. Н. Фрумкиным и В. Г. Левичем видо­ изменение закона Стокса с учетом отмеченных явлений имеет сле­ дующий вид:

где е — величина поверхности заряда капли; %— электропровод­ ность суспензии; к = 1 + r/(2xz); z — величина, зависящая от природы электрохимического процесса; рв, т]в — плотность и вяз­ кость внутренней фазы эмульсии.

Когда

эффект торможения отсутствует. Если эта величина больше, то эффект торможения уже заметен. Уравнение (141) экспериментально проверено и подтверждается достаточно хорошо.

Аппаратура, применяемая при отстаивании

В настоящее время для восстановления качества нефтепродуктов отстаиванием применяют отстойники различной конструкции. От­ стойники целесообразно разделить на аппараты периодического и непрерывного действия. Наиболее рациональной конструкцией отстойников периодического действия являются вертикальные ци­ линдрические резервуары с коническим дном, которые удобны тем, что осевшие загрязнения концентрируются в конусе, откуда легко могут быть удалены через спускной кран. Для вязких тяжелых продуктов отстойники оборудуют нагревательными устройствами: паровыми змеевиками или электрообогревателями.

На рис. 40 показаны цилиндрические отстойники различного типа. По мере отстаивания из них через нижний сливной кран уда­ ляют загрязнения, а отстоявшийся продукт сливают через кран 3.

поскольку включенные подогреватели вызывают конвекционные потоки в жидкостях и затрудняют отстой. Масла обычно отстаивают

втечение 24—48 ч.

Вкачестве отстойных резервуаров периодического действия часто применяют обычные резервуары. В этом случае отстоявшийся

167

продукт забирают из верхних слоев с помощью плавающих устройств. Для отстоя тяжелых нефтепродуктов такие резервуары часто обо­ рудуют подогревательными устройствами (рис. 41).

Большую производительность имеют отстойники непрерывного действия, которые могут быть горизонтальными и вертикальными. Вполне очевидно, что время прохождения нефтепродукта через отстойник тпр должно быть больше или равно времени оседания

Рис. 40. Цилиндрические отстойники периодического действия.

1 ■— корпус отстойника; 2 — воронка с сеткой; 3 — кран для слива отсто­ явшегося масла; 4 — кран для удаления отстоя; 5 — датчик температуры; в — электрообогрев; 7 — паровой змеевик; 8 , 9 — паровые краны.

Объем нефтепродукта, прошедшего через горизонтальный ци­

168

Таким образом, объем прошедшего через отстойники нефтепро­ дукта зависит от скорости оседания загрязнений, диаметра и длины горизонтального отстойника и квадрата диаметра вертикального отстойника.

Рис. 41. Резервуар для отстоя масел.

Для того, чтобы эффективнее удалять загрязнения из отстойников, их днища делают коническими. Несколько таких конических поверх­ ностей, расположенных параллельно, увеличивают эффективность отстаивания (рис. 42).

169

Эмульгированная вода из нефтепродуктов может быть в значи­ тельной степени удалена с помощью отстойников и топливозаборников с набором конических тарелок (рис. 43, 44).

Рассмотрим подробнее процесс отделения воды в тарельчатом коническом отстойнике (рис. 45). Предположим, что капля эмуль­ гированной воды проходит между тарелками отстойника. На каплю действует составляющая сила потока нефтепродукта Fn и сила

6

Рис. 42. Многоярусный отстойник с промывкой осадка.

1 — корпус; 2 — трубопровод жидкости после отстоя; 3 — ловушка;

4, 5 — бачки для промывочной жидкости; в — бачок для свежей про­ мывочной жидкости; 7 — трубопроводы; 8 — патрубок для удаления осадка.

тяжести Fg, составляющая которой F направлена против силы по­

капля будет двигаться по кривой 3 в направлении к поверхности и противоположном движению потока. Когда капля коснется по­ верхности тарелки, то на нее будет дополнительно действовать сила сцепления Fc, которая будет препятствовать «скатывающей» силе F. Совершенно ясно, что сила Fa возрастает с увеличением скорости потока. Сила F возрастает с увеличением массы капель и с уменьше­ нием плотности нефтепродукта.

На поверхности тарелки капли обычно укрепляются, и сила F возрастает. Во всех случаях, когда F > Fn + Fc, происходит отде­

170

ление воды от нефтепродукта. Капли воды, двигающиеся по кривой 3, будут отделены от нефтепродукта даже при отсутствии процесса укрупнения на поверхности. Капли, двигающиеся по прямой 2, будут

Рис. 43. Отстойник тарельчатого типа.

1 — сливной кран; 2 — корпус; з — поплавок; 4 — шток; S — кожух тарелок; 6 — тарелки; 7 — вставка; 8 — шпильки; ѳ — отражатель; го —направляющие; 11 — стакан; 12 — кожух отсечного клапана; 13 — воздушный кран; 14 — пробка; 16 — выходной патрубок; 16 — крышка; 17 — смотровое окно.

отделены от нефтепродукта при условии их ассоциации в более круп­ ные капли. Наконец, капли, двигающиеся по кривой 1, будут отде­ лены от нефтепродукта при условии, если они успеют ассоциировать

171

на поверхности тарелки в более крупные капли, у которых F > Fn + Fc. Если процесс укрупнения капель не успеет пройти до верхнего среза тарелки, то капли будут унесены с потоком нефте­ продукта. Следует иметь в виду, что сила Fn возрастает при движении капли вверх, поскольку скорость потока увеличивается от нижнего к верхнему срезу тарелок.

Найдем пропускную способность отстойника. Предположим, что весь объем топлива V, находящегося в межтарелочном про­ странстве, пройдет его за время т. Предположим также, что это же

Рис. 44. Тарельчатый тошшвозаборник с использованием отстой­ ного эффекта.

время необходимо, чтобы частицы воды осели на поверхность тарелки и скатились вниз. Это время складывается из времени осаждения, укрупнения и скатывания:

Время скатывания нас не интересует, поэтому мы принимаем, что

Время осаждения с известным приближением находим из уравнения

172

Е с л и п р е н е б р е ч ь р а з м е р о м к а п е л ь , т о

Рис. 45. Схема оседания капель воды в тарельчатом отстойнике.

Ясно, что тх будет уменьшаться с увеличением скорости осаждения и уменьшением Нх. Таким образом, уменьшение расстояния Н х между тарелками будет уменьшать время хѵ

173

а (“іІѴ'^" + Тк)

Из (156) видно, что пропускная способность отстойника будет возрастать с увеличением длины тарелок, их радиуса, числа, ско­ рости осаждения и уменьшаться с увеличением угла наклона и вре­ мени коагуляции капель.

Поскольку пропускная способность отстойника равна скорости прохождения нефтепродукта через определенное сечение, то можно

написать

где vv ѵ2 — скорости потока неф­ тепродукта при входе в отстойник и выходе из тарелок, м/сек.

Из (156) и (157) можно опре-

гделить критические скорости про­ хождения нефтепродукта в на­ чале и конце тарелок отстойника:

сифонные краны, плавающие за­ борные устройства, подъемные трубы, автоматические устройства для удаления скопившихся загрязнений. Оригинальная схема автоматического сливного устройства показана на рис. 46. Плот­ ность скапливающегося на дне отстоя больше, чем плотность нефте­ продукта. После накопления определенного количества отстоя клапан приподнимается, преодолевая сопротивление мембраны,

174

отстой сливается и клапан закрывается. Работой клапана можно управлять созданием определенного давления через воздушную магистраль 2, связанную с автоматическим устройством, контро­ лирующим количество отстоя.

Восстановление качества нефтепродуктов отстаиванием

Путем отстаивания из топлив можно удалить частицы размером более 2—5 мкм. В вязких нефтепродуктах (маслах, мазутах) частицы такого размера оседают очень медленно, настолько медленно, что удалить их путем отстаивания практически не удается. Отстоем достаточно эффективно из масел и мазутов можно удалить частицы размером 50—100 мкм. Таким образом, с увеличением вязкости нижний предел (по размерам) удаляемых частиц увеличивается.

Частицы менее 1 мкм из нефтепродуктов удалить практически невозможно. Это объясняется тем, что с уменьшением размеров частиц, их масса уменьшается гораздо быстрее, чем сила трения, поскольку сила тяжести для сферических частиц пропорциональна третьей степени их диаметра, а сила трения — только первой степени. Кроме того, мелкие частицы характеризуются броуновским движе­ нием. Они легко перемещаются в среде нефтепродукта, в котором наблюдаются конвекционные потоки, обусловленные перепадом температур, вибрацией, толчками и другими причинами. В результате этого мелкие частицы оседают либо чрезвычайно медленно, либо совсем не оседают.

В качестве примера в табл. 84 приведены полученные автором экспериментально-теоретические данные по скорости оседания сфе­ рических частиц кварца в топливе Т-7. Из этих данных видно, что изменение размеров частиц на один порядок приводит к изменению

175

На рис. 47—49 приведены экспериментальные данные по ско­ рости отстаивания частиц загрязнений в топливах, полученные методом светорассеяния непосредственно в процессе отстаивания. Из рисунков видно, что скорость отстаивания частиц естественных загрязнений сильно зависит от свойств топлив и размеров частиц. Частицы размером 30—40 мкм оседают довольно быстро. В бензине

Рис. 47. Скорость отстаивания частиц загрязнений в бен­ зине А-72 при 20° С.

А-72 они оседают полностью почти за 1 ч, в топливах Т-7 и Т-1 — через 1,5—2,5 ч и в топливе Д Л — через 8 ч. Частицы меньшего размера оседают со значительно меньшей скоростью. Например, частицы размером 8—10 мкм в бензине А-72 оседают наполовину через 4—5 ч и полностью — лишь через 18—20 ч. Отстой таких же частиц в дизельном топливе протекает многие десятки часов. Через 4 суток они оседают лишь на 25—30%. Частицы размером 5—7 мкм

176