Delist.ru

Определение параметров процесса и мобильного комплекса ультразвуковой очистки грунтовых сред от нефтяных загрязнений (16.11.2009)

Автор: Гаглоев Дмитрий Аликович

1. Обосновать возможность организации процесса очистки грунтовых сред от нефтяных загрязнений на основе применения ультразвукового воздействия на обрабатываемый материал.

2. Определить рациональные технологические параметры процесса ультразвуковой очистки грунтовых сред при различных условиях загрязнения.

3. Получить экспериментальные зависимости основных технологических параметров процесса ультразвуковой очистки от факторов, определяющих эти параметры:

- влияние амплитуды смещения излучателя на производительность и продолжительность процесса очистки;

- влияние формы излучателя и его расположения на производительность и продолжительность процесса очистки;

- влияние размера фракций очищаемого грунта на производительность, продолжительность процесса и расход рабочей жидкости, необходимый для обеспечения заданной степени очистки;

- влияние степени загрязнения и влажности грунта на производительность, продолжительность процесса и расход рабочей жидкости, необходимый для обеспечения заданной степени очистки.

4. Обосновать общую схему функционирования мобильного комплекса для непрерывной очистки грунтовых сред и разработать рекомендации по конструкции рабочего оборудования.

5. Разработать методику расчета основных параметров конструкции и рабочего оборудования мобильного комплекса и определить его рациональные параметры.

Методы исследований. Эмпирические зависимости основных технологических параметров процесса ультразвуковой очистки от факторов, определяющих эти параметры, получены в результате экспериментов проведенных в ультразвуковой лаборатории МАДИ (ГТУ) на кафедре Технологии конструкционных материалов. В экспериментах использованы реальные образцы грунтовых материалов с моделируемым нефтяным загрязнением.

Для обоснования конструкции и общего принципа работы мобильного комплекса ультразвуковой очистки грунтовых сред от нефтяных загрязнений применен метод автоматизированного поиска рациональных технических решений.

Научная новизна работы.

1. Обоснована возможность эффективного применения ультразвукового воздействия при очистке грунтовых сред от нефтяных загрязнений.

2. Определены рациональные параметры процесса ультразвуковой очистки сыпучих сред от нефтяных загрязнений на основе полученных зависимостей основных параметров очистки от факторов, определяющих свойства грунтовой среды, характера загрязнения и параметров ультразвуковой колебательной системы.

3. Сформулированы рекомендации по параметрам рабочего оборудования и общей концепции мобильного комплекса для очистки грунта.

4. Разработана методика расчета основных параметров конструкции и рабочего оборудования мобильного комплекса.

Практическая ценность заключается в возможности применения принципиального нового процесса очистки грунтовых сред от нефтяных загрязнений и определении его рациональных параметров, необходимых для создания мобильного комплекса, выполняющего данный процесс с высокой производительностью при различных условиях загрязнения.

Реализация работы. Разработанная методика расчета основных параметров и общий принцип работы мобильного комплекса ультразвуковой очистки грунтовых сред от нефтяных загрязнений передана к рассмотрению предприятием ЗАО «Бецема» для возможного внедрения в процесс производства существующих конструкций илососных машин.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на двенадцатой и тринадцатой международных межвузовских научно-технической конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых в 2008 и 2009 году; на 65, 66 и 67 научно-методической и научно-исследовательской конференции Московского автомобильно-дорожного института в 2007, 2008 и 2009 году; на научных конференциях в БГТУ им. В.И. Шухова в 2006 и 2007 годах.

Публикации. По теме диссертации опубликовано пять научных тезисов и три статьи, две из которых опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК. А также зарегистрировано два патента на полезные модели.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов по работе, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы составляет 148 страниц, включая 24 таблицы, 41 рисунок, список литературы из 123 наименований и 2 приложения.

На защиту выносятся:

- экспериментальные зависимости между технологическими параметрами процесса ультразвуковой очистки и основными факторами, определяющими свойства очищаемого грунтового материала, характер загрязнения и параметры ультразвуковой колебательной системы;

- результаты анализа и автоматизированного синтеза общей концепции мобильного комплекса очистки грунтов, полученные новые технические решения и рациональные параметры оборудования;

- методика расчета основных параметров конструкции и рабочего процесса мобильного комплекса.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложены актуальность, практическая ценность работы.

В первой главе произведен обзор существующей проблемы загрязнения грунтовых сред нефтью и нефтепродуктами, а также обзор методов и технических средств снижения и ликвидации нефтяных загрязнений грунта. Рассмотрен ультразвуковой метод очистки.

Нефть представляет собой сложную смесь различных углеводородов, их гибридов и соединений, содержащих помимо С и Н, О, S, N и другие элементы.

Нефтепродукты - смеси углеводородов и некоторых их производных, а также индивидуальные химические соединения, получаемые при переработке нефти и используемые в качестве топлив, смазочных материалов, растворителей, дорожных покрытий, нефтехимического сырья.

Наибольшая доля загрязнений грунтов приходится на отработанные масла и мазуты. Данные нефтепродукты являются трудно окисляемыми, что делает их весьма устойчивыми к большинству средств и методов ликвидации углеводородных загрязнений, основанных на естественном разложении.

Анализ научных работ и патентно-технической информации в области очистки грунтов от нефтяных загрязнений показал, что в настоящее время имеется значительное количество методов и технических средств, призванных решить данную проблему.

Но, несмотря на разнообразие методов, нет возможности выделить универсальный подход к проблеме очистки, на который не оказывают влияние такие факторы как характер загрязнения (его давность, углеводородной состав), а также климатические условия данной местности и характеристики грунта.

Как правило, для полного удаления нефтяных загрязнений необходимо применение комплекса методов.

Анализ также показал, что среди технических средств, предназначенных для очистки грунтов, преобладают стационарные установки, располагающиеся, как правило, в местах нефтедобычи и выполняющие строго определенную роль в промышленном процессе, что в свою очередь накладывает дополнительные сложности при необходимости проведения очистительных мероприятий на территориях, удаленных от промышленных районов. Существующие мобильные технические средства, в свою очередь, не отвечают требованиям по качеству очистки, весьма энергозатратны и при проведении очистительных работ предполагают дополнительное привлечение бульдозеров, экскаваторов и погрузчиков для сбора нефтезагрязненного грунта.

В связи с этим актуальным становится вопрос создания принципиального нового мобильного технического средства, выполняющего процесс очистки непрерывно, с возможностью варьировать параметры рабочего оборудования в зависимости от материала почвы и условий загрязнения с целью достижения максимального эффекта. Для создания такого рабочего органа необходимо разработать принципиально новый метод очистки грунта. С этой целью был проведен обзор и анализ информации о научных исследованиях и патентных решениях в области очистки различных поверхностей от углеводородных загрязнений, на основании которого наиболее перспективным из рассмотренных представляется ультразвуковой метод очистки. Данный метод показал высокую эффективность на ремонтных предприятиях при очистке деталей двигателей от технологических и эксплуатационных загрязнений органической природы, а также при очистке сточных вод промышленных предприятий.

Ультразвуковая очистка – сложный физико-химический процесс, основанный на использовании ряда эффектов, возникающих в жидкой среде при введении в нее мощных ультразвуковых колебаний.

Решающее значение при ультразвуковой очистке играет кавитация, которая сопровождается захлопыванием кавитационных пузырьков и образованием интенсивных ударных (кумулятивных) воздействий.

Захлопывание кавитационного пузырька приводит к генерации ударной волны, мгновенное значение давления в которой достигает нескольких тысяч атмосфер. Локальное давление такой силы влечет за собой механическое разрушение (эрозию) близлежащих твердых поверхностей и сообщает значительные ускорения частицам, взвешенным в жидкости.

Также на процесс ультразвуковой очистки оказывает существенное влияние воздействия акустических течений, которые сводятся к ускорению растворения удаляемых загрязнений в моющей жидкости и эвакуации отделенной массы загрязнений из труднодоступных мест. Акустические и гидродинамические потоки, возникающие на границе «жидкость - твердое тело», ускоряют процесс растворения пленок загрязнения и способствуют перемешиванию компонентов в жидкой среде.

загрузка...