автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.09, диссертация на тему:Разработка гидродинамического кавитационного аппарата для смешения систем жидкость-жидкость

- НА ПРАВАХ РУКОПИСИ

о® елСреЦ-^Ь

АБДРАХМАНОВ НАИЛЬ ХАДИГОВИЧ

РАЗРАБОТКА ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО КАВИТАЦИОННОГО АППАРАТА ДЛЯ СМЕШЕНИЯ СИСТЕМ ЖИДКОСТЬ-ЖИДКОСТЬ

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 05.04.09 - МАШИНЫ И АГРЕГАТЫ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ И ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

АВТОРЕФЕРАТ

ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЁНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

УФА - 2000

Работа выполнена на кафедре «Машины и аппараты химических производств» Уфимского государственного нефтяного технического университета

Научный руководитель: доктор технических наук

Хафизов Ф.Ш.

Официальные оппоненты: - доктор технических наук,

профессор Панов А.К. - кандидат технических наук, доцент Бакиров М.С. Ведущее предприятие - АО «Салаватнефтеоргсшггез»

Защита состоится «10» марта 2000 г., в 16 часов на заседании диссертационного совета Д.063.04.09 в Уфимском государственном нефтяиом техническом университете (УГНТУ) по адресу: 450062, г. Уфа, Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УГНТУ. Автореферат разослан « 10 » февраля 2000 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

^ч-б'-огр

А I I / -> / /— П /~\

И.Г. Ибрагимов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

В новых экономических условиях, продиктованных переходом экономики страны на рыночные отношения, важное значение приобретают исследования, направленные на разработку эффективных методов интенсификации нефтехимических процессов, а также на создание технико-экономических методов расчёта и оптимального выбора нефтехимической аппаратуры, которая должна обеспечить высокую экономическую эффективность производства при высоком качестве продукции.

Во всех химико-технологических производствах имеются процессы, связанные с подготовкой сырья, химического превращения, процессов разделения, смешения, фазовых переходов, процессов переноса вещества, тепла, импульса и т.д. Для решения этих задач в различных производствах, связанных с нефтехимией, широко используются различные аппараты, в которых осуществляются гидродинамические, массообмешше процессы.

Волновые воздействия, если их применять в различных химико-технологических процессах, повышают её эффективность и дают возможность создавать более компактные аппараты. Энергия потока обрабатываемой жидкости бывает достаточной для создания эффективного кавитационного режима. Учитывая, что в последние годы стоимость энергии резко возрастает, разработка более экономичных конструкций и перспективных технологий на принципах кавитащтонно-волновых воздействий актуальна.

Основные направления исследований выполнены в соответствии с Государственной научно-технической программой Академии наук Республики Башкортостан (АН РБ) "Проблемы машиностроения, конструкционных материалов и технологий" по направлению 6.2. "Надёжность и безопасность технических систем в нефтегазохимическом комплексе" на 1996-2000 годы, утверждённой Постановлением Кабинета Министров РБ №204 от 26.06.96 г., а также по Федеральной целевой программе "Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 1997-2000 годы но

государственному контракту №28 "Создание совместного учебно-

научного центра «Механика многофазных систем в технологии добычи, транспорта, переработки нефти и газа»".

Автор выражает искреннюю благодарность к.т.н. Ланину И.II., научному консультанту и д.т.н. Теляшеву Г.Г. за оказание помощи при выполнении разделов диссертации по разработке технологических схем н реализации их на предприятиях.

Целью работы является разработка нового аппарата на принципах волнового воздействия для процессов смешения различных жидкостей.

Основные задачи исследования

Изучение влияния волновых воздействий на системы жидкость-жидкость, разработка методики расчёта гидродинамических аппаратов для реализации различных механизмов создания волнового поля и разработка технологических процессов с учётом кавитационно-волновых эффектов.

Научная новизна

1. Установлено, что если гидродинамический аппарат работает в узком диапазоне расходов (40-60 м3/ч), то ротор выбирают тихоходным, с коэффициентом быстроходности 50-80, при расширении диапазона расходов (до 200 м3/ч) ротор выбирают с коэффициентом быстроходности -80 - 150;

2. Показано, что использование волнового диспергатора в технологической схеме переработки отработанной серной кислоты, позволяет увеличить выход сернистого ангидрида на 15 - 20 %, при этом остаток данного производства по физико-химическим характеристикам соответствует качеству дорожного битума;

3. Установлены закономерности снижения времени перемешивания и расхода присадки для достижения оптимальной концентрации депрессорной присадки в дизельном топливе зимнем с применением разработанного гидродинамического аппарата. Показано, что время перемешивания сокращается на 60 %, расход присадки составляет 600 г на 1 тонну гидроочищенной дизельной фракции.

Практическая ценность

На Ново-Уфимском нефтеперерабатывающем заводе, на установке термовосстановлепия серной кислоты, был испытан и внедрён роторный гидродинамический аппарат. Аппарат изготовлен на базе серийного центробежного насоса.

На этом же заводе нами была разработана технологическая схема для приготовления дизельного топлива зимнего с депрессорной присадкой ДЗп, где для смешения и создания устойчивой мелкодисперсной системы дизельного топлива зимнего применяется роторный гидродинамический аппарат, работающий на принципах кавитационно-волпового эффекта. Апробация работы

Материалы диссертации докладывались и обсуждались на:

- первом международном симпозиуме "Наука и технология углеводородных дисперсных систем", Москва;1997.

- втором научно-техническом семинаре "Обеспечение промышленной безопасности производственных объектов топливно-энергетического комплекса республики Башкортостан", Уфа, 1999.

- конференции УГНТУ "Десять лет эксперимента на кафедре МАХП: "Некоторые результаты"".

Публикации

Содержание работы изложено в 8 опубликованных работах, в т.ч. 1 учебное пособие.

Объем работы

Диссертация состоит из введения, трёх глав, основных выводов, списка литературы и приложения, включает 18 рисунков, содержит 8 таблиц, 103 страниц печатного материала. Содержание работы

Введение раскрывает актуальность проблемы; в нём сформулированы цель работы и задачи исследований.

В первой главе рассмотрены различные типы гидродинамических аппаратов. Основное внимание уделено гидродинамическим кавитационным аппаратам, в которых кавитация достигается за счёт инерционного воздействия на жидкую среду и аппаратам, в которых кавитация образуется в зонах нестационарного замыкания суперкаверн, образующихся при обтекании различных кавитаторов.

Рассмотрены различные эффекты, вызываемые кавитацией, и приведён обзор применения кавитационных явлений в различных производствах нефтехимической промышленности, а также показано влияние кавитационных (волновых) воздействий на интенсификацию различных массообменных процессов.

В результате литературного анализа установлены пути интенсификации процессов смешения жидкостей с применением гидродинамических кавитационных аппаратов.

Вторая глава посвящена разработке методики расчёта навигационного гидродинамического аппарата.

Осуществление разнообразных процессов при переработке нефти и газа потребовало применения аппаратуры, работающей в широком интервале изменения рабочих параметров. Это предъявляет высокие требования к расчёту аппаратуры, конструированию и обоснованию рабочих параметров процесса.

В основу классификации основных процессов могут быть положены разные принципы, однако ввиду большого разнообразия этих процессов представляется наиболее целесообразным классифицировать их по способу создания движущей силы процесса. Поэтому основные процессы можно разделить на следующие классы: массообменные или диффузионные, гидродинамические (гидромеханические), механические, и т.д.

Все основные процессы могут протекать только под действием некоторой движущей силы, которая для гидромеханических процессов определяется разностью давлений.

Движущую силу массообменного или гидродинамического процессов и аппаратов можно выразить в следующем виде:

<»

где

А - движущая сила процесса;

М — количество перенесённого вещества;

А - рабочий объём, рабочая поверхность;

т — время воздействия движущей силы;

К - коэффициент скорости процесса (коэффициент теплопередачи, коэффициент массопередачи и т.д.)

А величину М/А*г называют интенсивностью процесса, поэтому можно записать:

т.е. интенсивность процесса всегда пропорциональна движущей силе А и обратно пропорциональна сопротивлению Я, которое является величиной, обратной коэффициенту скорости процесса.

А из уравнения:

Л-А-т „„.

Л/=— <3>

можно определить рабочую поверхность или рабочий объём аппарата по известным остальным величинам, входящим в уравнение.

Существующие теории процесса массопередачи утверждают, что для интенсификации процессов нужно создать возможно более высокую турбулизацию потоков. Турбулизация потока ведёт к смешиванию компонентов и диспергированию, на чём основана работа мешалок, гидродинамических аппаратов, что благоприятно оказывает влияпие на процесс массопередачи.

Значительные силы и течения возникают при кавитации жидкости. Теоретически при отсутствии ядер жидкость может выдержать отрицательное давление или напряжение порядка тысячи атмосфер. Но в жидкости всегда

присутствуют микровключения в виде растворённого газа или твёрдых частиц. Поэтому величина отрицательного давления, при котором возникает кавитация, исчисляется несколькими атмосферами. При достижении давления ниже давления насыщенных паров начинается расширение газа в зародыше или рост пузырька, а при падении его в зону с высоким давлением - схлопывание. При этом внутри него возникают высокие давления и температуры. Поэтому кавитация является мощным иитенсификатором процессов нефтехимической технологии.

Различают гидродинамическую и акустическую кавитацию. Акустическую кавитацию (возникает при прохождении звуковой волны большой интенсивности) называют ещё разрывной. Разрывная кавитация наиболее активна и для неё характерны такие эффекты, как сонолюминесцепция, химическая активность и т.д. Акустическая кавитация может воздействовать на интенсивность химико-технологических процессов не только через эффекты второго порядка (кавитация), но и через эффекты первого порядка - частоту, интенсивность и скорость колебаний или даже разрушение пограпичного слоя жидкости.

Гидродинамическая кавитация, обусловленная сильным локальным понижением давления в жидкости вследствие больших скоростей, вызывает турбулизацию и диспергирование потока жидкости, что в свою очередь ведёт к интенсификации технологических процессов.

Рассмотрим гидродинамические характеристики аппарата. Представим наш роторный гидродинамический аппарат как центробежный насос, т.е. уберём статор, а с ротора перфорированную оболочку (получим рабочее колесо центробежного насоса). Это рабочее колесо будет иметь собственную напорную характеристику. А напорную характеристику этого колеса в составе гидродинамического аппарата будем рассматривать как его дроссельную характеристику относительно самого аппарата.

Конструктивными признаками роторных аппаратов является наличие в них неподвижного статора и вращающегося ротора. На этих элементах имеются отверстия.

При вращении ротора (3000 об/мин) происходит периодическое совпадение отверстий, что вызывает пульсацию потока, а это приводит к кавитационным явлениям.

Жидкость подается в полость ротора, при совпадении отверстий ротора и статора она перетекает в полость статора, в момент перекрытия отверстий происходит разрыв сплошности жидкости, ведущий к образованию кавитационных пузырьков, к их схлопывшшто. Силы этих микровзрывов достаточны для получения мелкодисперсных систем, которые обычными мешалками получить очень трудно.

На рис.1, изображен испытательный стенд, на котором производились исследования по оптимизации волновых режимов и геометрических размеров аппарата.

В качестве пьезодатчика можно использовать гидрофон, помещённый в камеру или датчик, работающий в воздушной среде, закреплённый на камере. Пьезодатчик подключаем к импульсному вольтметру или осциллографу.

На испытательном стенде, при включенных насосе и испытываемом аппарате, поддерживая постоянным расход жидкости через аппарат, повышаем давление в камере аппарата/ начиная с нуля до значения около 4 кгс/см2. Для каждого значения давления в камере фиксируем величину электрического сигнала с пьезодатчика.

Можно считать, что в аппарате возбуждается кавитация в жидкости в том случае, если графическая зависимость величины электрического сигнала с пьезодатчика от давления в камере аппарата носит ярко выраженный экстремальный характер (при условии постоянства расхода жидкости через аппарат).

На рис.2 представлена графическая зависимость электрический сигнал-давление. Как видно, зависимость носит ярко выраженный экстремальный

1 - испытуемый аппарат ; 2 - пъезодатчик; 3 - импульсный вольтметр; 4 — осциллограф; 5,6,7 — вентили; 8 - насос; 9 - расходомер; 10 - емкость с водой, 11,12 — манометры.

Рисунок 1 — Принципиальная схема испытательного стенда.

Рь кгс/см

2

Рисунок 2 - Зависимость величины электрического сигнала с пьезодатчика от величины давления в камере аппарата

характер. Поэтому можно сделать вывод, что аппарат возбуждает в жидкости кавитацию.

Пропускная способность аппарата характеризуется напорно-расходной характеристикой и представляет графическую зависимость расхода от разности давлений в камере и на входе аппарата. Вместо величин давлений рекомендуется применять распространённые в гидравлике величины напора жидкости.

Для определения напорно-расходных характеристик используем тот же испытательный стенд (рис. 1).

Включаем электродвигатель, подаём на вход аппарата рабочую жидкость. С помощью вентилей, создавая различные значения давлений на входе в аппарат во всём диапазоне разрешённых давлений, фиксируем значения расхода жидкости по расходомеру, а давление в камере - по манометру.

По полученным значениям разности давлений (напоров) в камере и на входе в аппарат и расхода строим графическую зависимость.

Напорная теоретическая характеристика роторного аппарата является линейной, а фактическая напорная характеристика не является линейной. На её характер влияют закономерности потерь напора в аппарате, которые описываются нелинейными зависимостями.

На рис.3 кривая 1 представляет напор в полости ротора, у его отверстий, а кривая 2 - в камере аппарата. Поэтому если мы возьмём разность ординат этих двух кривых, то получим перепад напоров на модулирующих элементах. Из этого рисунка также видно, что аппарат будет работать самостоятельно, без внешнего источника давления только в пределах точки «А». При расходе, равном 0, т.е. закрыта запорная арматура на выходе из аппарата, ротор создаёт напор, равный точке «Б». Если же полностью открыть вентиль на выходе, т.е. напор будет равен О, то аппарат создаёт расход, соответствующий точке «А».

Если же нам необходимо создать большие расходы, то аппарату необходим внешний источник питания. И в этом случае напорно-расходные характеристики аппарата и внешнего источника суммируются.

Каждый роторный аппарат имеет строго определённую напорную характеристику для каждой частоты вращения. Отклонение напорной характеристики может служить диагностическим признаком раскрытия уплотнения или забивки каналов. С увеличением объёмных потерь наклон характеристики будет уменьшаться. При этом уменьшится напор нулевой подаче, а подача при нулевом напоре не изменится. С увеличением же гидравлического сопротивления наклон характеристики увеличится, напор при нулевой подаче не изменится, а подача при нулевом напоре уменьшится.

Под величиной характеристики будем иметь ввиду максимальный расход, который создаёт аппарат.

На рис.4 представлены напорные характеристики аппарата, работающего с питателем, имеющим характеристику значительно большую, чем исходное колесо.

Из этого рисунка видно, что при увеличении расхода более чем расход, соответствующий точке «А», происходит постепенная потеря напора. Такое явление в теории насосов называют турбинной реакцией насоса. Это явление связано с тем, что жидкость, воспринимая энергию от передних кромок лопаток и получая ускорение, воздействуют на задние кромки лопаток, которые препятствуют её прямолинейному движению в канале. В результате в рабочем колесе создаётся крутящий момент, совпадающий с приложенным крутящим моментом, вращающим рабочее колесо. Таким образом, при подаче жидкости рабочее колесо имеет как насосное, так и турбинное действия. Турбинное действие снижает удельную энергию, передаваемую жидкости.

Из этого следует, что применение питателей с указанными свойствами колеса не экономично.

Рассмотрим другой вариант, когда характеристика питателя приближённо равна характеристике исходного колеса.

На рис.5 видно, что максимальное значение характеристики питателя может быть равным характеристике исходного колеса. В этом случае нет потери напора, и вся энергия потока расходуется полезно.

20

1 К

1 е.

14

Я

12

Ю

К

Л

л

ч

Ч ►

■ч ч

\

V \ --2 „ 1

ч

\

\ \

\ \

\ 1

л.

Расход, л/с

1 - напорпые характеристики исходного колеса;

2 - собственная характеристика аппарата.

Рисунок 3 -Напорные характеристики роторного гидродинамического аппарата

Расход» л/с

1 - характеристика исходного колеса; 2 - то же питателя; 3 - собственная характеристика аппарата; 4 — суммарная характеристика питателя и исходного колеса; 5 - суммарная характеристика питателя и собственная характерис тика аппарата.

Рисунок 4 - Напорные характеристики аппарата работающего с питателем, имеющим характеристику значительно большую, чем исходное колесо

1 - характеристика исходного колеса; 2 - то же питателя; 3 - собственная характеристика аппарата; 4 - суммарная характеристика питателя и исходного колеса; 5 — суммарная характеристика питателя и самого аппарата

Рисунок 5 — Напорные характеристики аппарата, работающего с питателем, имеющим характеристику равную характеристике исходного колеса.

Исходя из вышеописанных характеристик аппаратов на разных режимах, были выработаны некоторые рекомендации по выбору технологической схемы работы аппарата или проектированию исходного рабочего колеса. При этом необходимо учесть, что:

1. Если аппарат предназначен для работы в определённом узком диапазоне расходов, необходимо исходное колесо выбирать тихоходное с коэффициентом быстроходности 50-80;

2. Для расширения диапазона расходов необходимо исходное колесо выбирать с коэффициентом быстроходности 80-150;

3. При конструировании аппаратов с неограниченным пределом расходов в полости ротора лопатки центробежного насоса не устанавливать. В этом случае расход будет ограничиваться только пропускной способностью патрубка.

К основным показателям, характеризующим работу любого аппарата, относят подачу (?, давление Р, напор Н, коэффициент полезного действия г/. Подача характеризует степень переноса вещества из одной фазы в другую в единицу времени. Коэффициент полезного действия является показателем, характеризующим любой аппарат с точки зрения экономичности его работы.

Для волновых аппаратов КПД можно представить как отношение энергии, затраченной на осуществление технологического процесса, к энергии жидкости, создаваемой лопатками ротора и питающим устройством.

п=!к (4) 1 = -^. (5)

где 5 - удельная энергия технологического процесса;

Н - напор жидкости, развиваемый в полости аппарата.

Энергия потока жидкости переходит в энергию движения технологического процесса не прямо, а как бы через составляющие:

- гидромеханические; при этом организуется нестационарное истечение на моделирующих элементах, и создаются растягивающие напряжения в жидкости.

- механико-кавитационные; создание в жидкости напряжения растяжения является необходимым, но недостаточным для создания кавитации. Это зависит во многом от прочностных характеристик жидкости. Кроме того, кавитация определяется статическим давлением жидкости;

- кавитационно-технологический; этот процесс определяется эффективностью использования кавитационных явлений. Кроме того, сюда входит вторичная кавитация, чисто механические эффекты - возникновение вихрей, столкновение частиц и т.д.

Таким образом, удельную энергию технологического процесса можно записать как сумму вышеперечисленных составляющих:

3 = Н{г],м.+г1м.1,.+г1кж) (6)

Предполагается оценивать гидромеханические свойства аппарата через гидромеханический «модуль аппарата», предложенный Хафизовым Ф.Ш. и Шаяхметовым Ф.Г.

1 ЛЯ

М =----(7)

2 р< \ '

Среднее проходное сечение отверстий при прямоугольной их форме предлагается определять для ротора и статора из выражения

а, - а, -г„ - г, -И

1 2 р с (8) цЦ ' У '

где о, - наименьшая ширина отверстий ротора и статора, м; а2- наибольшая ширина отверстий ротора и статора, м; :р — количество отверстий в роторе; г,. - количество отверстий в статоре; А — высота отверстий ротора и статора; Д - диаметр ротора. Преобразуя выражение ( 7 ) получаем

.у

м = (9)

где п — частота вращения ротора, с~;; с1жв - эквивалентный диаметр. Выражение ( 9 ) содержит основные гидродинамические факторы и конструктивные размеры.

«Гидромеханический модуль аппарата» можно также выразить:

1 АР

Сравнивая выражения (7)и( 10), можно сказать, что они качественно имеют одно и то же значение. А выражение ( 9 ) отражает гидромеханические

;войства аппарата и может быть припято для их качественной оценки. Гаким образом, под модулем будем погашать параметр, характеризующий ¡еличину растягивающих напряжений, возникающих в жидкостях при её трохожденни через модулирующие элементы аппарата.

Третья глава посвящена исследованию влияния волновых воздействий па гроцессы смешения.

Был проведен расчет основных узлов волнового смесителя для процесса ермовосстановления серной кислоты. Разработанный аппарат был испытан и недрен на установке термовосстановления серной кислоты на Ново - Уфимском ефтеиерерабатывающем заводе.

Аппарат изготовлен на базе серийного цетробежного насоса.

Для перекачивания высокосернистых коррозионных нефтепродуктов при емпературе 250 - 400 0 С выбираем материал рабочего колеса марки 2Х13-Л по пециальным технологическим условиям по ГОСТ 5632 - 74.

Определяем общий КПД аппарата т)=53%.

На основании проведенных расчетов выбран и рекомендован в качестве адродинамического смесителя центробежный насос в котором рабочее колесо сконструировано под ротор, а корпус насоса реконструирован под монтаж патора и акустическую камеру.

В основу термовосстановления отработанной серной кислоты в умышленности заложена реакция восстановления её до сернистого ангидрида юлистыми компонентами нефти.

Отработанная серная кислота предварительно диспергируется при помощи »торного гидродинамического кавитациошюго аппарата в прямогонном дроне, асфальте, мазуте и т.д. при температуре не более 130 0 С, далее »лученная смесь подвергается высокотемпературной обработке.

Использование гидродинамического аппарата позволяет проводить [егпение двух несмешиваемых жидкостей гудрона и серной кислоты с высокой

эффективностью. Это определялось визуально, под микроскопом. При пользовании гидродинамического аппарата образец смеси был однородным,

при обычном перемешивании однородность не достигается без разбавления серной кислоты водой. Однако разбавление серной кислоты водой резко усиливает коррозию оборудования.

Высокотемпературная обработка смеси исходных продуктов происходит за

реакции, являющимися одновременно теплоносителями. При этом происходит восстановление кислоты до сернистого ангидрида и образования сероводорода.

В соответствии с этим в технологической схеме переработки отработанной серной кислоты (рис.6.) предусмотрены следующие основные технологические операции:

1. Предварительное волновое диспергирование кислоты в углеводородном

2. Высокотемпературная обработка смеси кислоты и гудрона с циркулирующим продуктом в реакционной зоне вихревого газосепаратора;

3. Первая ступень отделения газов от жидкости в вихревом газосепараторе;

4. Вторая ступень отделения газов от жидкости в реакторе - сепараторе.

I — нефтяной остаток; II — отработанная кислота; III — серосодержащий газ на установку серополучсния;1 - печь;2 - волновой диспергатор;3 - вихревой реактор-газосепаратор; 4 - реактор-сеператор

счет контактирования её с перегретыми до 340°С циркулирующими продуктами

сырье;

Ж

Рисунок 6 - Принципиальная технологическая схема переработки отработанной кислоты

Газообразные продукты реакции состоят в основном из сернистого ангидрида в смеси с сероводородом и остатка. За счет побочных реакций в составе газа присутствует небольшое количество углекислого газа, углеводородных паров. Остаток можно применять как дорожный битум, так как он имеет большое содержание коксующих компонентов, увеличивается температура размягчения и застывания, вязкость (табл.1).

Таблица 1.

Результаты, полученные при переработке отработанной серной кислоты.

Продукты Показатели

Плотность, Э г/см3 КиШ (температура поц »ггрпрттттл^ ^ 1уичЗ:У|/11 пСипл 1, содержание серы, % концентрация, %

Серная кислота 1,664 - - 69-81

Гудрон 0,955 12,5 2,01 -

Остаток 1,03 31 2,14 -

Разработанный кавитациошшй гидродинамический аппарат может работать в широком диапазоне расходов. Нами рекомендован гидродинамический аппарат большой производительности на Ново-Уфимском НПЗ в цехе приготовления дизельного топлива зимнего с депрессорной присадкой.

Для улучшения низкотемпературных свойств и расширения ресурсов дизельных топлив зимних марок применяются высокоэффективные депрессорные присадки. На АО «НУНПЗ» производство зим них дизельных топлив базируется на использовании депрессорных присадок Керофлюкс - 5486, Додифлоу - 4273 и Додифлоу - 4134. проведенные исследования показали, что оптимальная концентрация депрессоров 600 г. присадки на 1 тонну смеси дизельных фракций.

На АО «НУНПЗ» существует технологическая схема приготовления дизельного топлива с депрессорной присадкой Додифлоу - 4134. Эта присадка проявила высокую эффективность действия в дизельном топливе и была закуплена предприятием для производства топлива ДЗп.

Додифлоу - 4134 характеризуется высокой растворимостью углеводородах при температуре окружающей среды. Присадка препятствуе росту кристаллов парафина, которые выделяются при температуре ниже точк помутнения. Так как на выделившиеся кристаллы больше нельзя влиял рекомендуется добавлять присадку при температуре на 10 - 15°С выше точк] помутнения.

На АО «НУНПЗ» была разработана следующая технологическая схема да приготовления дизельного топлива зимнего с депрессорной присадкой (рис. 7).

I - депрессорная присадка ;П - рабочий раствор (10-19 %);П1 - гидроочищенное дизельное топливо ;1У — дизельное топливо с депрессорной присадкой ; 1 - резервуар;2 - насос-дозатор; 3 - роторный гидродинамический аппарат

Рисунок 7 — Принципиальная технологическая схема подачи депрсссатора в гидроочищенное дизельное топливо

Имеются три резервуара вместимостью 650 м3 каждый. Один резервуар предназначен для принятия и хранения депрессатора. В двух других резервуарах готовится рабочий раствор (10 - 19 %) для добавления в гидроочищенное дизельное топливо. Подачу депрессатора также можно производить из автоцистерны непосредственно в трубопровод (диаметр 100мм) на приём насоса-дозатора Н-2. Все эти резервуары и трубопроводы слива депрессатора и подачи на насос Н-2 подогреваются.

В начале с помощью насосов - смесителей производится приготовление рабочего раствора. А для приготовления зимнего дизельного топлива необходимо гидроочищенное дизельное топливо смешать с рабочим раствором.

Рабочий раствор из резервуара по трубопроводу с помощью насосов -дозаторов подаётся на приём насосов (Н-9, 10), которые представляют собой гидродинамические кавитационные аппараты для смешения дизельного топлива, поступающего по трубопроводу и рабочего раствора. На основании исследований напорно-расходных характеристик и разработки методики расчета роторных аппаратов нами рекомендован аппарат, работающий в диапазоне больших расходов с коэффициентом быстроходности 80-150.

Данные анализов (табл. 2) показывают, что добавление депрсссорной присадки ведет к снижению температуры застывания, а температура помутнения и предельная температура фильтруемости не меняются. При смешивании гидроочнщенного дизельного топлива с присадкой, без гидродинамического аппарата, видно, что температура застывания повышается (минус 20° С). Поэтому для достижения температуры застывания (минус 30° С ), приходится увеличивать расход присадки с 600 г на 1 тонну дизельного топлива до 800-900 г на 1 тонну дизельного топлива.

Таблица 2.

Физико-химические свойства топлива дизельного зимнего ДЗп с депрессорной присадкой Додифлоу-4134

Наименование показателей Норны по ТУ 38.101889-81 Данные анализов

с применением гидродинамического аппарата без применения гидродинамического аппарата

1. Цетановое число не менее 45 48 47

2. Фракционный состав: 50% перегоняется при температуре, °С 96% перегоняется при температуре (конец перегонки), °С не выше 280 не выше 360 274 357 274 357

3. Кинематическая вязкость при 20иС, мм2/с 3,0-6,0 5,05 5,05

4. Температура застывания, иС не выше -30 -30 -20

5. Температура помутнения, "С не выше -5 -5 -5

6. Предельная температура фильтруемое™,0 С не выше -15 -15 -15

7. Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, °С не ниже 62 82 80

6. Коэффициент фильтруемости для топлива с присадкой не более 3 1,37 1,37

9. Плотность при 20иС, кг/м5 не более 860 838 836

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана конструкция роторного гидродинамического аппарата на базе центробежного насоса, позволяющая создать устойчивые мелкодисперсные системы в жидкости.

2. Предложена методика расчета кавитационно-волнового аппарата, позволяющая определить конструктивные размеры аппарата в зависимости от технологических и энергетических параметров.

3. Исследованы напорно-расходные характеристики аппарата на разных режимах и выработаны рекомендации по выбору технологической схемы работы аппарата и исходного рабочего колеса. Определено, что если аппарат

предназначен для работы в определенном узком диапазоне расходов, то необходимо исходное колесо выбирать тихоходное с коэффициентом быстроходности 50-80. Для расширения диапазона расходов необходимо выбирать исходное колесо с коэффициентом быстроходности 80-150, а для аппаратов с неограниченным пределом расхода в полости ротора лопатки центробежного насоса не устанавливают, т.е. расход будет ограничиваться только пропускной способностью патрубка. 4. Проведены опытно-промышленные испытания и внедрены гидродинамические аппарата на установках термовосстановления серной кислоты и приготовления дизельного топлива зимнего с депрессорной присадкой ДЗп, показавшие эффективность их применения в процессах смешения систем жидкость-жидкость.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Юминов И.П., Хафизов Ф.Ш., Фасхутдинов P.P., Абдрахманов Н.Х. Атмосферная перегонка нефти, предварительно подвергнутой ультразвуковому воздействию. Материалы первого международного симпозиума "Наука и технология углеводородных дисперсных систем". Москва, 1997 - с.42.

2. Юминов И.П., Хафизов Ф.Ш., Абдрахманов Н.Х. Опыт применения кавитационно-вихревых эффектов в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Десять лет эксперимента на кафедре МАХП: некоторые результаты. Сборник тезисов и научных статей. Уфа, 1998 - с.65.

3. Абдрахманов Н.Х., Жегалов В.В. Обеспечение войск горючим. Учебное пособие. УГНТУ, Уфа, 1999.

4. Абдрахманов Н.Х., Хафизов ФПГ, Ланин И.П., Шаяхметов Ф.Г.. Приготовление дизельного топлива зимних сортов с применением волновых аппаратов. Материалы второго научно-технического семинара "Обеспечение промышленной безопасности производственных объектов топливно-энергетического комплекса республики Башкортостан", Уфа, 1999, -с. 231.

5. Хафизов Ф.Ш., Юминов И.П., Абдрахманов Н.Х., Климин О.Н., Основные направления интенсификации тепломассообменных процессов. Материалы второго научно-технического семинара "Обеспечение промышленной безопасности производственных объектов топливно-энергетического комплекса республики Башкортостан", Уфа, 1999, -с. 227.

6. Хафизов Ф.Ш., Абдрахманов Н.Х., Климин О.Н., Ванчухин Н.П., Применение вихревых аппаратов в промышленности. Материалы второго научно-технического семинара "Обеспечение промышленной безопасности

производственных объектов топливно-энергетического комплекса республики Башкортостан", Уфа, 1999, -с. 225.

7. Хафизов Ф.Ш., Абдрахманов Н.Х., Климин О.Н., Ванчухин Н.П., Модель процесса течения в цилиндрическом канале вихревой трубы. Материалы второго научно-технического семинара "Обеспечение промышленной безопасности производственных объектов топливно-энергетического комплекса республики Башкортостан", Уфа, 1999, -с. 223.

8. Хафизов Ф.Ш., Абдрахманов Н.Х., Климин О.Н., Ванчухин Н.П., Исследование процесса конденсации и сепарации фаз в закрученном потоке. Материалы второго научно-технического семинара "Обеспечение промышленной безопасности производственных объектов топливно-энергетического комплекса республики Башкортостан", Уфа, 1999, -с. 222.

Соискатель

Н.Х. Абдрахманов.

Фонд содействия развитию научных исследований Лицснчия ЛР № 0Ш7Я 01 72 01.96 Подписано к печати 07.02.00. В)мага писчая. Тираж 100 жчЧпк. 169. Отпечатано по метод> ричографии

Введение

1. Литературный обзор ^ Применение дизельных топлив с депрессорными присадками в ^ условиях отрицательных температур

Влияние кавитационных (волновых) воздействий на интенсификацию массообменных процессов

1.3. Гидродинамические аппараты

1.3.1. Способы создания кавитации

1.3.2. Гидродинамические аппараты

2 Разработка методики расчёта кавитационных гидродинамических аппаратов

2.1. Кавитация - как интенсификатор в процессах нефтехимии

2.2. Определение гидродинамических характеристик аппарата

2.3. Методика расчёта гидродинамических роторных аппаратов Применение гидродинамических аппаратов в процессах смешения жидкостей ^ Разработка гидродинамического диспергатора для процесса ^ термовосстановления серной кислоты Разработка гидродинамического кавитационного аппарата для ^ смешения дизельного топлива с депрессорной присадкой

В новых экономических условиях значительно усложнились задачи, стоящие перед отечественной нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленностями, практически по всем направлениям её развития, и кроме того, возникли новые задачи, продиктованные переходом экономики страны на рыночные отношения, а также геополитическими изменениями территории страны, коммерциализацией топливно-энергетического комплекса.

Несмотря на трудности переходного периода, обеспечение экономической безопасности России требует дальнейшего научно-технического прогресса во всех отраслях промышленности, что во многом зависит и от решения вопросов интенсификации производства и повышения качества продукции в нефтехимических отраслях её. Важное значение приобретают исследования, направленные на разработку эффективных методов интенсификации нефтехимических процессов, а также на создание технико-экономических методов расчёта и оптимального выбора нефтехимической аппаратуры, которая должна обеспечить высокую экономическую эффективность производства при высоком качестве продукции.

Во всех химико-технологических производствах имеются процессы, связанные с подготовкой сырья, химического превращения, процессов разделения, смешения, фазовых переходов, процессов переноса вещества, тепла, импульса и т.д. Для решения этих задач в различных производствах, связанных с нефтехимией, широко используются различные аппараты (абсорберы, ректификационные колонны, смесители и т.д.), в которых осуществляются гидродинамические, массообменные, тепловые и химические процессы. Это оборудование достаточно сложно в изготовлении, имеет большую металлоёмкость, а протекающие в нём процессы требуют больших затрат электрической, тепловой и механической энергии.

Волновые воздействия, если их применять в различных^ химико-технологических процессах, повышают её эффективность и дают возможность создавать более компактные аппараты. Энергия потока обрабатываемой жидкости бывает достаточной для создания эффективного кавитационного режима. Учитывая, что последние годы стоимость энергии резко возрастает, разработка более экономичных конструкций и перспективных технологий на принципах кавитационно-волновых воздействий очень актуальна.

Работа выполнена в соответствии с Координационным планом АН СССР по направлению «Теоретические основы химической технологии», Координационным планом Проблемною Совета АТН РФ «Интенсификация массообменного оборудования в процессах нефтепереработки и нефтехимии», Комплексной научно-технической программой МинВУЗа РСФСР п.599 от 15.10.81 г.

Основной целью диссертационной работы является разработка энергосберегающих технологий и аппаратов на принципах волнового воздействия для процессов смешения различных систем.

Цель достигается изучением влияния волновых воздействий на системы жидкость - жидкость, разработкой методики расчёта гидродинамических аппаратов, созданием новых аппаратов для реализации различных механизмов создания волнового поля и разработкой технологических процессов с учётом кавитационно-волновых эффектов.

Автор выражает искреннюю благодарность к.т.н. Ланину И.П., научному консультанту, и д.т.н. Теляшеву Г.Г. за оказание помощи при выполнении разделов диссертации по разработке технологических схем и реализации их на предприятиях.

1.Литературный обзор.

1.1. Применение дизельных топлив с депрессорными присадками в условиях отрицательных температур.

Дизельное топливо предназначается для быстроходных дизельных и газотурбинных двигателей наземной и судовой техники. Условия смесеобразования и воспламенения топлива в дизелях отличаются от таковых в карбюраторных двигателях. Преимуществом первых является возможность осуществления высокой степени сжатия (до 18 в быстроходных дизелях), вследствие чего удельный расход топлива в них на 25-30% ниже, чем в карбюраторных двигателях. В то же время дизели отличаются большей сложностью в изготовлении, большими габаритами, меньшей мощностью. Исходя из более экономичной и надёжной работы, дизели успешно конкурируют с карбюраторными двигателями.

Основные требования, предъявляемые потребителями к дизельному топливу, следующие:

- цетановое число, определяющее высокие мощностные и экономические показатели работы двигателя;

- фракционный состав, определяющий полноту сгорания, дымность и токсичность отработанных газов двигателя;

- вязкость и плотность, обеспечивающие нормальную подачу топлива, распыливания в камере сгорания и работоспособность системы фильтрования;

- низкотемпературные свойства, определяющие функционирование системы питания при отрицательных температурах окружающей среды;

- степень чистоты, характеризующая надёжность и долговечность работы системы фильтрования топливной аппаратуры и цилиндропоршневой группы двигателя;

- температура вспышки, определяющая условия безопасности применения топлива на дизелях;

- наличие сернистых соединений, непредельных углеводородов и металлов, характеризующее нагарообразование, коррозию и износы.

1.1.1. Свойства дизельных топлив. Цетановое число.

Цетановое число - основной показатель воспламеняехмости дизельного топлива. Оно определяет запуск двигателя, жёсткость рабочего процесса (скорость нарастания давления), расход топлива и дымность отработанных газов. Чем выше цетановое число топливо, тем ниже скорость нарастания давления и тем менее жёстко работает двигатель. Однако с повышением цетанового числа топлива сверх оптимального, обеспечивающего работу двигателя с допустимой жёсткостью, ухудшается его экономичность в среднем на 0,2-0,3% и дымность отработанных газов на единицу цетанового числа повышается на 1-1,5 единицу Хартриджа. [1]

Цетановое число топлив зависит от их углеводородного состава. Наиболее высокими цетановыми числами обладают нормальные парафиновые углеводороды, причём с повышением их молекулярной массы оно повышается, а по мере разветвления - снижается. Самые низкие цетановые числа у ароматических углеводородов, не имеющих боковых цепей; ароматические углеводороды с боковыми цепями имеют более высокие цетановые числа и тем больше, чем длиннее боковая парафиновая цепь. Непредельные углеводороды характеризуются более низкими цетановыми числами, чем соответствующие им по строению парафиновые углеводороды. Нафтеновые углеводороды обладают невысокими цетановыми числами, но лучшими, чем ароматические углеводороды. Чем выше температура кипения топлива, тем выше цетановое число, и эта зависимость носит почти линейный характер; лишь для отдельных фракций цетановое число М0Ж|Т! унижаться, что объясняется их углеводородным составом.

Цетановые числа дизельных топлив различных марок, вырабатываемых отечественной промышленностью, характеризуются следующими значениями:

Марка дизельного топлива Л 3 (-35°С) 3 (-45 °С) А

Цетановое число 47-51 45-49 40-42 38-40

Оптимальным цетановым числом дизельных топлив является 40-50. Применение топлив с цетановым числом < 40 приводит к жёсткой работе двигателя, а > 50 - к увеличению удельного расхода топлива за счёт уменьшения полноты сгорания. Летом можно успешно применять топлива с цетановым числом, равным 40, а зимой для обеспечения холодного пуска двигателя требуется цетановое число >45. В то же время топлива с температурой застывания ниже -45 °С характеризуются цетановым числом ~40. Хорошие низкотемпературные свойства достигаются несколькими способами: за счёт существенного облегчения фракционного состава (температура конца кипения 300-320°С вместо 360°С), проведения депарафинизации топлива (извлечения Н-парафиновых углеводородов), переработкой нафтено-ароматических нефтей с малым содержанием Н-парафиновых углеводородов, при этом во всех случаях снижается цетановое число.

Известны присадки для повышения цетанового числа дизельных топлив -изопропил - или циклогексилнитраты. Они допущены к применению, но их вводят (в частности, изопропилнитрат) в крайне ограниченных количествах для повышения цетанового числа с 38 до 40, так как при этом понижается температура вспышки и повышается коксуемость топлива.

Установление оптимальных цетановых чисел имеет большое практическое значение, поскольку с углублением переработки нефти в состав дизельного топлива будут вовлекаться лёгкие газойли каталитического крекинга, коксования и фракции, обладающие относительно низкими цетановыми числами. Бензиновые фракции также имеют низкие цетановые числа, и добавление их в дизельное топливо всегда заметно снижает цетановое число последнего.

Цетановое число определяют по ГОСТ 3122-67, сравнивая воспламеняемость испытуемого топлива с эталонным (смеси цетана с а-метилнафталином в разных соотношениях).

За рубежом для характеристики воспламеняемости топлива наряду с цетановым числом используют дизельный индекс. Этот показатель нормируется и в отечественной технической документации на дизельное топливо, поставляемое на экспорт, - ТУ 38001162-85.

Между дизельным индексом и цетановым числом топлива существует такая зависимость:

Дизельный индекс 20 30 40 50 62 70 80

Цетановое число 30 35 40 45 55 60 80

Фракционный состав

Характер процесса горения в двигателе определяется двумя основными показателями - фракционным составом и цетановым числом. На сгорание топлива более лёгкого фракционного состава расходуется меньше воздуха, при этом за счёт уменьшения времени, необходимого для образования топливовоздушной смеси, более полно протекают процессы смесеобразования. Влияние фракционного состава топлива для различных типов двигателей неодинаково. Двигатели с предкамерным и вихрекамерным смесеобразованием вследствие наличия разогретых до высокой температуры стенок предкамеры и более благоприятных условий сгорания менее чувствительны к фракционному составу топлива, чем двигателя с непосредственным впрыском.

Время прокручивания двигателя при запуске его на топливе со средней температурой кипения 200-225°С в девять раз меньше, чем на топливе со средней температурой кипения, равной 285°С.

Вязкость и плотность

Вязкость и плотность определяют процессы испарения и смесеобразования в дизеле. Более низкая плотность и вязкость обеспечивают лучшее распыливание топлива; с повышением указанных показателей качества увеличивается диаметр капель и уменьшается полное их сгорание, в результате увеличивается удельный расход топлива, растёт дымность отработанных газов. С увеличением вязкости топлива возрастает сопротивление топливной системы, уменьшается наполнение насоса, что может привести к перебоям в его работе. При уменьшении вязкости дизельного топлива количество его, просачивающееся между плунжером и втулкой, возрастает по сравнению с работой на более вязком топливе, в результате снижается производительность насоса. От вязкости зависит износ плунжерных пар. Вязкость топлива в пределах 1,8-7,0 мм /с практически не влияет на износ плунжеров топливной аппаратуры современных быстроходных дизелей.

Вязкость топлива зависит от его водородного состава. Летнее дизельное топливо, получаемое из западно-сибирской нефти, в которой преобладают парафино-нафтеновые углеводороды, имеет вязкость при 20°С 3,5-4,0 мм2/с; такое же по фракционному составу топливо из сахалинских нефтей, в котором преобладают нафтено-ароматические углеводороды, - 5,5-6,0 мм2/с. Стандартом на дизельное топливо вязкость нормируется в достаточно широких пределах, что обусловлено различием углеводородного состава перерабатываемых нефтей. Попытки ограничить вязкость топлива в узких пределах приведут к сокращению ресурсов его производств а, т.к. потребуют снижения конца кипения топлива. [2]

Степень чистоты дизельных топлив.

Этот показатель определяет эффективность и надёжность работы двигателя, особенно его топливной аппаратуры.

Чистоту топлива оценивают коэффициентом фильтруемости, который представляет собой отношение времени фильтрования через фильтр из бумаги БФДТ при атмосферном давлении десятой порции фильтруемого топлива к первой. На фильтруемость топлив влияет наличие воды, механических примесей, смолистых веществ, мыл нафтеновых кислот. В товарных дизельных топливах содержится в основном растворённая вода от 0,002 до 0,008%, которая не влияет на коэффициент фильтруемости. Нерастворённая в топливе вода -0,01% и более - приводит к повышению коэффициента. Присутствие в топливе поверхностно-активных веществ - мыл нафтеновых кислот, смолистых и серо-органических соединений - усугубляет отрицательное влияние эмульсионной воды на фильтруемость топлив.

Содержание механических примесей в товарных дизельных топливах, выпускаемых НПЗ, составляет 0,002-0,004%. Это количество не отражается на коэффициенте фильтруемости при исключении других отрицательных факторов. Коэффициент фильтруемости дизельных топлив, отправляемых с предприятий, находится в пределах 1,5-2,5.

Температура вспышки.

Температура вспышки определяет пожароопасность топлива. Согласно ГОСТ 305-82 предусматривается выпуск топлива с температурой вспышки не ниже 40°С - для дизелей общего назначения и не ниже 62°С - для тепловозных и судовых дизелей. Температура вспышки является функцией содержащихся в топливе низкокипящих фракций. Поднять температуру вспышки дизельного топлива можно, повысив температуру начала кипения, а следовательно, снизив отбор топлива от нефти.

Сернистые соединения, непредельные углеводороды и металлы.

Все эти соединения влияют на нагарообразование в дизелях, они являются причиной повышенной коррозии и износов. При сгорании топлив, содержащих непредельные углеводороды, вследствие окисления в цилиндре двигателя образуются смолистые вещества, а затем нагар. В результате этого падает мощность и повышается износ деталей двигателя.

Содержание непредельных углеводородов определяют по йодному числу и нормируют стандартом - <6212/100 Г.

Соединения серы при сгорании образуют 8С>2 и БОз (последний сильнее влияет на нагарообразование, износ и коррозию в двигателе, на изменение качества масла), что повышает точку росы водяного пара, усиливая этим процесс образования серной кислоты. Продукты взаимодействия кислоты с маслом - смолистые вещества, нагар, - способствуют износу деталей двигателя.

Причиной повышенной коррозии и износа является присутствие в топливе металлов. Считают, что при содержании У>5«10>о и №>20*10^% срок службы лопаток газовых турбин снижается в 2-3 раза.

Низкотемпературные свойства.

Низкотемпературные свойства характеризуются такими показателями, как температура застывания ^ст) и помутнения (1п), предельная температура фильтруемости (^.ф ); Ь^ определяет условия складского хранения топлива, {п и Ц.ф. - условия применения топлива. Для большинства дизельных топлив разница между ^ и tзacт составляет 5-7°С.

Для обеспечения требуемых температур помутнения и застывания зимние дизельные топлива получают в основном (88%) облегчением фракционного состава с 360 до 320°С для топлива с 1заСТ=-35°С и до 280-300°С для топлива с

1заст

Ресурсы дизельного топлива тесно связаны с его фракционным составом. Для получения дизельного топлива с 1заст=-35°С и 1П=-25°С требуется понизить температуру конца кипения топлива с 360 до 320°С, а для топлива с 1заст=-450С и ^=-35°С - до 280°С, что приводит к снижению отбора дизельного топлива от нефти с 42,0 до 30,5 и 22,4% соответственно (табл. №1). [1]

Сократить потери при производстве зимнего дизельного топлива можно введением в топливо депрессорных присадок (в сотых долях процента). Депрессорные присадки, достаточно эффективно понижая температуру застывания 1заСт, практически не влияют на температуру помутнения топлива 1П, что в значительной мере ограничивает температуру его применения.

Таблица №1.

Фракции, °С

Показатели 160- 160- 160- 160- 160- 180- 180

280 320 350 370 390 350 370

1.Выход на нефть, % (масс.) 22,4 30,5 35,9 39,2 42,0 32,2 35,5

2.Фракционный состав, °С: н.к. 188 190 192 194 197 210 211

10% (об.) 198 201 203 205 211 228 227

50% (об.) 226 245 258 265 274 272 275

90% (об.) 260 295 320 336 354 327 340

96% (об.) 267 305 330 346 358 337 345

98% (об.) 273 306 332 347 362 338 347

Плотность при 20°С, кг/м3 823 832 837 841 844 842 846

Вязкость кинематическая при 20°С, мм2/с 1,47 3,02 3,77 4,31 4,73 4,35 5,06

5. Температура, °С

- застывания -47 -35 -30 -19 -13 -22 -14

- помутнения -38 -28 -17 -11 -6 -13 -50

6. Топливо 3 (-45°С) 3 (-35°С) л л л л л

В связи с этим низкотемпературные свойства дизельных топлив с депрессором спецификациями всех стран оценивают по и ^р.ф. в отличие от топлив без депрессора, низкотемпературные свойства которых по ГОСТ 305-82 регламентируют по 1заст и 1П. Разность между 1П и 1пр.ф. не должна превышать 10°С.

При снижении температуры топлива ниже его предельной фильтруемости или в случае, когда ^ - ^.ф. >10°С, в топливе накапливается такое количество кристаллов парафинов, что они не могут находиться длительное время во взвешенном состоянии. Значительная часть их оседает на дно ёмкости, что затрудняет использование такого топлива.

Нередки случаи, когда для снижения температуры застывания на местах применения используют смеси летних сортов дизельных топлив с реактивным топливом и бензином.

Неквалифицированное разбавление летнего, топлива керосином, а в ряде случаев бензином приводит к резкому увеличению износа двигателей и повышению пожаровзрывоопасности транспортных средств. В этих условиях практически единственным технически и экономически правильным решением, позволяющим эффективно и надёжно эксплуатировать автотракторную технику в осенне-зимний период, является увеличение выпуска топлив с депрессорными присадками. Правильность выбора данного направления подтверждается и мировой практикой (в странах Западной Европы низкозастывающие топлива с депрессорными присадками широко используются на транспорте с середины 60-х годов).

Применение депрессорных присадок с целью улучшения низкотемпературных свойств дизельных топлив намного экономичнее получения зимних топлив по классической схеме на основе керосино-газойлевых дистиллятов, так как в последнем случае снижается общий выход дизельных топлив на нефть в среднем с 30% до 16%, а в состав таких топлив приходится вовлекать до 70% дефицитных керосиновых фракций. [3]

В настоящее время испытаны и допущены к применению дизельные топлива с зарубежными депрессорными присадками «Керофлюкс-5486», «ЕСА

5920», «Любрани Р-448», «Додифлоу У-3905» и с отечественными присадками «Полипрен» и «ПДП». Указанные топлива должны вырабатываться (ТУ 38.101889-81) и маркироваться как ДЗп (топливо дизельное зимнее с депрессорной присадкой). В таблице №2 представлены требования к низкотемпературным свойствам топлива ДЗп в сравнении с требованиями к зимним и арктическим топливу (ГОСТ 305-82). [4]

Таблица Nq2.

Требования к низкотемпературным свойствам низкозастывающих дизельных топлив.

Марка топлива Температура, °С не выше применения (окружающего воздуха) помутнения фильтруемости застывания

1. 3 минус 35 по ГОСТ 305-82 -20 -25 — -35

2. 3 минус 45 по ГОСТ 305-82 -30 -35 — -45

3. Ano ГОСТ 305-82 -50 — -55

4. ДЗп -5/-15 по ТУ 38.101889-81 -15 -5 -15 -30

5. ДЗп -15/-25 -25 -15 -25 -35

6. ДЗп -25/-35 -35 -25 -35 -45

7. ДЗп -35/-50 -50 -35 -55

Из данных таблицы №2 видно, что промышленностью планируется выработка четырёх модификаций зимнего топлива с различным уровнем низкотемпературных свойств и предназначенного для применения в зимнее время как в районах с умеренным, так и с холодным климатом. Такое количество марок топлива ДЗп значительно усложняет систему обеспечения потребителей топливом в осенне-зимний период, но позволяет экономить при производстве топлив керосиновые фракции. Например, в топливе ДЗп -5/-15 содержание этих фракций на 40% меньше по сравнению с топливом ДЗп -35/-50.

4]

Большой опыт, накопленный при проведении испытаний топлив с депрессорными присадками, позволил выявить при их применении ряд особенностей, учёт которых необходим для обеспечения безотказной, высокопроизводительной и долговечной работы автотракторной техники.

Нижний температурный предел применения топлив ДЗп во многом определяется тонкостью фильтрации топливных фильтров тонкой очистки (ФТО) дизельных двигателей различных марок. При этом основным фактором является то обстоятельство, что депрессорные присадки, значительно понижая температуру фильтруемости и застывания топлива, практически не оказывают влияния на температуру его помутнения (т.е. температуру начала образования в топливе кристаллов парафиновых углеводородов). [5]

В результате исследований установлено, что введение в летнее топливо депрессорной присадки обеспечивает более качественный пуск дизелей без средств подогрева при более низкой температуре воздуха. Применение депрессорной присадки позволяет значительно (до 15%) сократить эксплуатационный расход топлива, так как отпадает необходимость прогрева двигателей. [4]

В процессе испытаний топлив с депрессорными присадками доказано, что после 12-15 дней эксплуатации техники на таком топливе заметно (на 10-15%) снижается часовой расход топлива и уменьшается дымность отработавших газов двигателей вследствие раскоксовывания распылителей форсунок и как результат - улучшается тонкость распыла топлива. Происходит это вследствие того, что, обладая высокими поверхностно-активными свойствами, депрессорная присадка значительно улучшает моющие свойства топлива, а это обеспечивает удаление высокотемпературных отложений с деталей узлов и агрегатов топливной аппаратуры двигателя. [4]

Результаты испытаний и опыт применения дизельных топлив с депрессорными присадками позволили выявить, кроме перечисленных, ряд других особенностей таких топлив в условиях транспортирования, хранения, применения на технике и при контроле их качества. К таким особенностям, которые необходимо учитывать при эксплуатации техники в условиях низких температур, следует отнести: различие между зимними марками дизельного топлива (ГОСТ 30582) и топливом ДЗп в предельных температурах применения (для топлива 3 минус 35 предельная температура воздуха для применения в соответствии с требованиями ГОСТ 305-82 составляет -20°С, для топлива 3 минус 45 - -30°С, для топлива ДЗп -5/-15 - -15°С); при смешении зимнего топлива ГОСТ 305-82 с топливом ДЗп топливную смесь необходимо маркировать как топливо ДЗп; при длительном хранении ДЗп в наземных резервуарах при температурах атмосферного воздуха ниже температуры помутнения топлива на 10-15°С на дно резервуара осаждаются образовавшиеся в топливе кристаллы парафина в виде кристаллогидратов или комплексов с депрессорной присадкой, из-за чего становится затруднён нижний забор топлива, а качество верхнего слоя топлива характеризуется снижением цетанового числа за пределы установленных требований; растворение указанных кристаллогидратов в топливе возможно только при нагревании топлива до положительных температур и является очень длительным процессом); добавление и растворение депрессорных присадок в топливах возможно только при температурах топлива выше 5°С.

Специальными испытаниями доказана возможность приготовления топлива с депрессорными присадками не только в промышленных условиях, но и непосредственно на местах применения с использованием технических средств (автоцистерн, автотоплиромаслозаправщиков), что значительно расширяет возможность и повышает эффективность применения депрессорных присадок в случае отсутствия на местах эксплуатации техники необходимого количества зимнего дизельного топлива. [6]

1.1.2. Ассортимент, состав и качество дизельных топлив.

Нефтеперерабатывающей промышленностью вырабатывается дизельное топливо по ГОСТ 305-82 трёх марок: Л - летнее, применяемое при температурах окружающего воздуха 0°С и выше; 3 - зимнее, применяемое при температурах до -20°С (в этом случае зимнее дизельное топливо должно иметь 1заст<-35°С и 1П<-25°С), или зимнее, применяемое при температурах до -30°С (тогда топливо должно иметь 1заст=-450С и 1П=-35°С); марки А - арктическое, температура применения которого устанавливается до -50°С (таблица №3) [1].

Содержание серы в дизельном топливе марок Л и 3 не превышает 0,5%, а марок А - 0,4%; для топлив высшей категории качества оно не должно превышать 0,2%. В летний период с 1 апреля по 1 сентября, а для южных зон - с 1 марта по 1 октября для удовлетворения потребности в дизельном топливе разрешается выработка и применение топлива с температурой застывания 0°С без нормирования температуры помутнения. Установление менее жёстких требований к низкотемпературным свойствам дизельного топлива в летний период позволяет увеличить ресурсы его производства на 1,5-2,0%, считая на нефть.

В соответствии с ГОСТ 305-82 принято следующее условное обозначение дизельного топлива: летнее топливо заказывают с учётом содержания серы и температуры вспышки (Л-0,5-40), зимнее - с учётом содержания серы и 1заст (3-0,5 - минус 35). В условное обозначение на арктическое дизельное топливо входит только содержание серы: А-0,2.

Таблица №3.

Показатель Л 3 А

1. Цетановое число, не менее 45 45 45

2. Фракционный состав, °С, не выше

50% (об.) 280 280 255

96% (об.) 360 340 330

3. Вязкость кинематическая при 20°С, мм2/с 3,0-6,0 1,8-5,0 1,5-4,0

4. Температура, °С, не выше застывания -10 -35/-45 -55 помутнения -5 -25/-35 —

5. Температура вспышки в закрытом тигле, °С, не выше для дизелей общего назначения 40 35 30

6. Содержание меркантановой серы, %, не более 0,01 0,01 0,01

7. Испытание на медной пластине выдерживает

8. Содержание фактических смол, мг/100 см3, не более 40 30 40

9. Кислотность, мгКОН/ЮО см3, не более 5 5 5

10. Подное число, г 12/Ю0 Г, не более 6 6 6

И. Зольность, %, не более 0,01 0,01 0,01

12. Коэффициент фильтруемости, не более 3 3 3

13. Плотность при 20°С, кг/м3, не более 860 840 830

Дизельное топливо (ГОСТ 305-82) получают компаундированием прямогонных и гидроочищенных фракций в соотношениях, обеспечивающих требования стандарта по содержанию серы. В качестве сырья для гидроочистки нередко используют смесь среднедистиллятных фракций прямой перегонки и вторичных процессов, чаще прямогонного дизельного топлива и лёгкого газойля каталитического крекинга. Содержание серы в прямогонных фракциях в зависимости от перерабатываемой нефти колеблется в пределах 0,8-1,0% (для сернистых нефтей), а содержание серы в гидроочищенном компоненте - от 0,08 до 0,12%. [7]

Дизельное топливо утяжелённого фракционного состава (ТУ 38001355-86). Для применения в летний период вырабатывают дизельное топливо утяжелённого фракционного состава. Отличие его от стандартного дизельного топлива: более высокая (на 20-30°С) температура конца кипения - до 360°С перегоняется 90% (об.), вместо 96% (об.). Вследствие этого температура выкипания 50% (об.) его на 10°С выше. По фракционному составу и основным физико-химическим показателям это топливо приближается к топливам, вырабатываемым за рубежом. Технология производства дизельного топлива утяжелённого фракционного состава аналогична технологии получения топлива по ГОСТ 305-82.[8]

Дизельное топливо экспортное (ТУ 38 001162-85) - вырабатывают для поставок на экспорт с содержанием серы до 0,2%. Исходя из жёстких требований к содержанию серы, дизельное топливо экспортное получают гидроочисткой прямогонных дизельных фракций. Для оценки его качества, по требованию заказчиков, определяют дизельный индекс (а не цетановое число, как принято по ГОСТ 305-82). Кроме того, взамен определения содержания воды и коэффициента фильтруемости экспресс-методом устанавливают прозрачность топлива при температуре 10°С.

Перспективные дизельные топлива.

Оснащение народного хозяйства моторной техникой привело к росту потребности в дизельном топливе:

1970 г. 1975 г. 1980 г. 1985 г. 1990 г. 2000 г.

Выпуск, % 100 126 158 175 205 230

Возникает диспропорция между приростом добычи нефти и увеличением потребности в моторных топливах.

Потребность в дизельном топливе может быть обеспечена углублением переработки нефти, оптимизацией качества дизельных топлив и вовлечением в качестве компонентов или применением в чистом виде продуктов ненефтяного происхождения. Углубление переработки нефти позволяет за счёт использования вторичных процессов получать светлые продукты из остаточного сырья. При этом мазут подвергается вакуумной перегонке, вакуумный газойль направляется на каталитический крекинг, гидрокрекинг. Остаток от вакуумной перегонки является сырьём термического крекинга, замедленного коксования, термоконтактного крекинга и висбрекинга. Продукты вторичных процессов существенно отличаются от прямогонных по химическому составу и характеризуются повышенным содержанием ароматических и непредельных углеводородов, в связи с чем использование их в качестве компонентов дизельных топлив требует дополнительного облагораживания. Исключение составляют продукты гидрокрекинга, не уступающие по качеству гидроочищенным дизельным топливам. С углублением переработки нефти доля вторичных продуктов в составе дизельного топлива возрастает до 40-50%. В то время как сегодня оно составляет 5% и лишь на отдельных заводах 15%.

Оптимизация качества является не столь радикальным, как глубокая переработка, но достаточно эффективным способом увеличения ресурсов топлив. Значительное увеличение выхода дизельных топлив от перерабатываемой нефти может быть обеспечено оптимизацией их фракционного состава. Изменение выкипаемости фракций летнего дизельного топлива до 360°С с 96 до 90% (об.), т.е. некоторое утяжеление фракционного состава, позволит повысить их отбор на 2-3%, следовательно, увеличит ресурсы на 6-8%, считая на топливо. Не исключено, что при использовании дизельных топлив утяжелённого фракционного состава может наблюдаться некоторое увеличение их расхода. В связи с этим перед химмотологами и двигателестроителями стоит задача совершенствования двигателей с целью повышения полноты сгорания топлива с большей вязкостью и с более высокой, по сравнению со стандартным топливом марки Л, температурой конца кипения.

Расширение фракционного состава дизельных топлив возможно не только за счёт повышения температуры конца их кипения, но и вовлечения в их состав бензиновых фракций. Такая возможность появится при дальнейшей дизелизации автомобильного парка и уменьшении прироста потребления автомобильного бензина.

При этом такие показатели дизельных топлив, как вязкость и фракционный состав, в зависимости от отбора керосина могут изменяться в довольно широких пределах.

Наряду с фракционным составом предполагается оптимизировать воспламеняемость дизельных топлив, т.к. газойлевые фракции вторичных процессов, доля которых в составе топлива возрастает, имеют низкие цетановые числа (25-30). Исследования последних лет показали, что цетановое число 40 для летних дизельных топлив вполне отвечает требованиям многих существующих двигателей и полностью обеспечивает их мягкую работу на всех режимах.

В последнее время уделяют внимание использованию продуктов ненефтяного происхождения как компонентов дизельных топлив, в частности спиртов. Однако почти все исследователи отмечают недостатки метанола и этанола: гигроскопичность и возможность расслаивания с дизельным топливом, низкое цетановое число, пониженную температуру вспышки, растворяющее ') 1 действие их на резиновые технические изделия. Кроме того, спирты вызывают коррозию цветных металлов. Применение спиртов в дизелях в чистом виде потребует конструктивных изменений двигателя, обусловленной недостаточной воспламеняемостью спиртов. Смеси дизельного топлива с этанолом или метанолом менее стабильны, чем аналогичные смеси их с бензинами, и применение таких смесей требует дорогостоящих стабилизаторов. Всё это вряд ли позволит широко применять спирты в составе дизельных топлив в ближайшей перспективе.

1.2. Влияние кавитационных (волновых) воздействий на интенсификацию массообменных процессов.

Процессы массообмена (кристаллизация, экстрагирование, абсорбция, перегонка, сушка), занимающие важное место в нефтехимических производствах, характеризуются нередко большой продолжительностью. В связи с этим ускорение указанных процессов приобретает большое значение.

Установлено, что акустические колебания оказывают существенное влияние на интенсификацию процессов массообмена. [9].

Поиски нового, более эффективного метода физического воздействия на процесс перемешивания привели к использованию энергии акустических колебаний звукового и ультразвукового диапазона частот. Ультразвуковые гидроструйные смесители позволяют сократить расход реагентов без применения энергоёмких механических устройств. [10]. Гетерогенные процессы, протекающие в диффузной области, в поле акустических колебаний осуществляются значительно интенсивнее, чем в случае простого механического перемешивания.

В литературе имеются сведения о росте каталитической активности при ультразвуковом облучении, например при окислении ацетальдегида в уксусную кислоту или разложении перекиси водорода. [11,12].

В этих случаях активность катализатора увеличивается более чем в 2 раза. Процесс производства сульфофрезола, длившийся 10 - 12 часов, с помощью ультразвуковых колебаний осуществляется за 20-180 секунд. [13].

Метод акустического эмульгирования находит применение при производстве синтетических полимеров, в текстильной, бумажной и пищевой промышленности. В ряде случаев с помощью акустических колебаний удается во много раз увеличить скорость физико-химических процессов в нефтеперерабатывающей промышленности. Применение ультразвуковых форсунок позволяет снизить содержание сажи в отходящих газах при газификации мазута с 6 до 1 %.[10]; один час работы низкочастотного ультразвукового диспергатора по эффективности снижения вязкости масла за счет деструкции соответствует 150 часам работы стенда; ультразвуковое воздействие ускоряет процесс окисления гудрона примерно в 1,4 раза с улучшением низкотемпературных характеристик битума. [14].

При воздействии акустических колебаний на гетерогенные системы имеют место прямой (эмульгирование) и обратные (коагуляция, расслоение) процессы. В некоторых случаях воздействие ультразвуковых колебаний приводит к расслоению даже смеси газов, например углекислого газа, азота и водорода. Параметры акустического поля влияют как на направление, так и на эффективность процессов эмульгирования, суспендирования и диспергирования. [11].

При частоте, близкой к резонансным частотам атомов серы, и энергии, превышающей энергию связей атомов в молекулах сернистых соединений, воздействием ультразвуковых колебаний возможно провести очистку углеводородных фракций от примесей, содержащих серу. [15].

Интенсивность акустического воздействия чаще всего характеризуется произведением плотности акустической энергии на частоту акустических колебаний Е t (вт/м3 ).[16]. Эта величина показывает, какая акустическая мощность приходится на единицу объема, её можно достаточно просто измерить калориметрическим методом.

Влияние частоты акустических колебаний на интенсивность технологических процессов и на скорость химических реакций изучалось рядом исследователей, которые не обнаружили влияние частоты на эффективность осуществления химических реакций. В то же время некоторые реакции при очень высоких частотах (свыше 3 МГц) осуществить не удается, посколько в этих условиях затрудняется возникновение кавитации.[17,18].

Влияние интенсивности акустических колебаний на химико-технологические процессы весьма важно. Химические реакции в акустическом поле и сонолюминесценция обычно начинается лишь после достижения некоторой пороговой мощности, при которой возникает кавитация. При малых же интенсивностях скорость химической реакции и сонолюминесценция прямо пропорциональны удельной мощности акустических колебаний.[19]. При достижении очень больших интенсивностей наблюдается уменьшение скорости химических реакций.[62].

Эти эффекты автор [63] объяснил на основании формулы Релея: г+ 3 г2 + Рое - р„(г,0 = 0; 2 рж где Ро - давление газа в пузырьке; Роо - давление в жидкости; г - радиус кавитационного пузырька; рж - плотность жидкости;

I - время.

Для эффективного действия звуковой кавитации время рэлеевского схлопывания пузырька должно быть меньше полу периода Т/2), при значительном увеличении амплитуды звуковых колебаний возрастает максимальный радиус пузырька Го , и он не "успевает" схлопнуться за половину периода. Аналогичный эффект получается при очень высоких частотах (свыше 10 МГц), т.к. при этом весьма мал период колебаний.

Внешнее давление и температура реакционной массы оказывает существенное влияние на скорость звукохимических реакций, т.е. на химические реакции, возникающие под действием акустических колебаний в среде.[17]. Согласно работы [20],в поле ультразвуковых волн максимальный выход Н2О2 наблюдался при давлении 0,2 МПа, при дальнейшем повышении до 0,55 МПа или при понижении его до 13,1 КПа реакция практически не идет.

Изменение эффективности ультразвуковых волн в зависимости от статистического давления при определенных условиях объясняется тем, что время рэлеевского схлопывания и период акустических колебаний То оказываются близкими по величине.[21]. Повышение внешнего давления приводит к уменьшению 1р , однако при весьма высоких давлениях возможно подавление кавитации, если разность между звуковым давлением в отрицательной фазе и гидравлическим может оказаться недостаточной для образования новой фазы. [17].

Результаты экспериментов показывают, что температура оказывает гораздо большее влияние на кавитационные процессы, чем на кинетику самих звукохимических реакций. При повышении температуры возрастает скорость испарения и увеличивается парциальное давление её внутри кавитационного пузырька, что может привести к переходу от газовой к паровой кавитации.[17]. Хотя при этом обеспечивается возникновение кавитации, эффективность схлопывания пузырька резко падает. Так синтез Н2О2 и НЖ>з в поле ультразвуковых волн подавляется приблизительно при 67 °С.[22].

Влияние растворенных газов на возникновение кавитации является весьма сложным и своеобразным явлением. [22]. В полностью дегазированной жидкости, когда отсутствуют мельчайшие пузырьки "зародыши" кавитации, не наступает кавитация, а следовательно и звукохимическая реакция. Необходимое условие возникновения этих эффектов - присутствие растворенного газа.

В обычных условиях разрывы сплошности жидкости возникают при давлениях, лишь немного меньших давлениях насыщенного пара при данной температуре.

Использование акустических колебаний в процессах сорбции позволяет резко снизить продолжительность насыщения сорбента, а в некоторых случаях и увеличить его ёмкость.[23]. Наиболее характерным примером ускорения сорбции при воздействии акустических колебаний является процесс абсорбции газа жидкостью. Наиболее выгодно применять акустические колебания для интенсификации процесса абсорбции, когда механическая турбулизация жидкости невозможна. При этих условиях удалось снизить расход фосгена в 6 раз в процессе получения толуилендизацианата, чем при обычных условиях. [16].

Если жидкость обработать ультразвуком, то происходит процесс . дегазации. [24]. Процесс дегазации жидкости связан с изменением растворимости в ней газа. Повышение давления приводит к увеличению растворимости и препятствует процессу газовыделения. Уменьшение давления приводит к уменьшению растворимости и способствует дегазации жидкости. Ультразвуковая обработка существенно влияет на растворимость газа и кинетику газовыделения.

Процесс дегазации расплавленных металлов под действием ультразвука состоит из нескольких этапов.[25]. Первый этап - под действием ультразвука происходит разрыв сплошности и образование кавитационных пузырьков. Пульсация кавитационных пузырьков, т.е. расширение и сжатие их в такт колебаниям ультразвуковой волны, приводит к диффузии растворенного газа в кавитационные пузырьки. Таким образом, вторая стадия процесса дегазации под действием ультразвука состоит в насыщении кавитационных пузырьков газом и их росте.

Третий этап - коагуляция (укрупнение) маленьких пузырьков. Укрупнение пузырьков происходит под действием акустических и гидродинамических сил.

Движение пузырьков с большими размерами способствует их столкновению, сближение пузырьков разного радиуса, если они пульсируют в одной фазе, происходит также благодаря акустической силе, которая возникает вследствие различия в колебательной скорости пузырьков.

В настоящее время количество публикаций в области использования акустических колебаний для интенсификации химических реакций непрерывно возрастет.

Высокая эффективность использования акустического воздействия обнаружена при окислении альдегидов. [26]. Применение акустических колебаний позволяет увеличивать скорость инициирования цепей в 60 - 100 раз по сравнению с автоокислениями. Скорость окисления при этом увеличивается на порядок. Дополнительным источником свободных радикалов при окислении уксусного альдегида под действием ультразвука является их образование в кавитационном пузырьке и переходом радикалов в жидкую фазу. В этом же источнике показано, что окисление н-декана кислородом при акустическом воздействии дает примерно такое же увеличение избирательности по кислотам, как и применение катализатора в условиях барботажа.

Ультразвуковые волны также интенсифицируют гидролиз эфиров карбоновых кислот. Если метиловый эфир бензойной кислоты при перемешивании в течении 90 мин с 20%-ным водным раствором щелочи гидролизуется на 97 %, то воздействие ультразвука в течении 10 мин, в тех же условиях, позволяет осуществить гидролиз на 98 %. Ускорение реакции гидролиза авторы объясняют вторичным эффектом кавитации -эмальгированием.

Исследованием гидролиза эфиров паранитрофенола в гомогенной фазе было установлено, что ультразвуковое воздействие повышает скорость гидролиза на 14 - 15 %. По мнению авторов этих работ [26], повышение скорости гидролиза при воздействии ультразвуковых колебаний вызвано интенсивным и локальным повышением давления в захлопывающихся пузырьках.

Несколько иную физическую концепцию, касающуюся вопросов сонолюминесценции и инициирования химических процессов в кавитационной полости, выдвинул Френкель.[27]. По его представлениям, химические реакции возникают в результате электрохимических или фотохимических процессов, происходящих в кавитационной полости в первоначальной стадии её образования и развития. Для этой стадии характерно возникновение в полости больших электрических напряжений, наличие которых по мнению автора, может вызвать электрический пробой в ней. Это означает, что в первоначальной стадии образования кавитационной полости в ней появляются движущиеся электрические заряды. Автор подробно рассматривает физическое состояние полости в первоначальной стадии её развития. Рассматривается случай, когда ионы одного знака преобладают на одной стенке полости, а ионы другого знака - на другой, противоположной стенке. При таком распределение ионов в образовавшейся полости возникает электрическое поле, а саму полость можно рассматривать, как плоскопараллельный конденсатор, противоположные пластины которого заряжены разноименным электричеством.

Кавитационно-электрохимическая теория, как и теория локализованных в полостях высоких температур, значительно расширила возможности объяснения ряда явлений ультразвуковой химии. Согласно этим теориям, в условиях электрического разряда или высоких давлений и температур в кавитационной полости возникают богатые энергией частицы: ионизированные и возбужденные молекулы и ионы, свободные радикалы и т.д.

Основные выводы

1. Разработана конструкция гидродинамического кавитационного аппарата на базе центробежного насоса, позволяющая создать устойчивые высокодисперсные системы в жидкости.

2. Предложена методика расчета кавитационно-волнового аппарата.

3. Исследованы напорно-расходные характеристики аппарата на разных режимах и выработаны рекомендации по выбору технологической схемы работы аппарата и исходного рабочего колеса. Определено, что если аппарат предназначен для работы в определенном узком диапазоне расходов, то необходимо исходное колесо выбирать тихоходное с коэффициентом быстроходности 50-80. Для расширения диапазона расходов необходимо исходное колесо выбирать с коэффициентом быстроходности 80-150, и для аппаратов с неограниченным пределом расхода в полости ротора лопатки центробежного насоса не устанавливают, т.е. расход будет ограничиваться только пропускной способностью патрубка.

4. Проведены опытно- промышленные испытания и внедрение гидродинамических аппаратов на установках термовосстановления серной кислоты и приготовления дизельного топлива зимнего с депрессорной присадкой ДЗп, показавшие эффективность его применения в процессах смешения систем жидкость жидкость.

1. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Справочноеиздание /Под ред. Школьникова В.М., «Химия», М., 1989.

2. Гордеев И.Д. Горючее, смазочные материалы и специальные жидкости.

3. Учебник. Ленинград, Военная Академия тыла и транспорта, 1972.

4. Энглин Б.А., Митусова Т.Н. и др., Химия и технология топлив и масел,5, 1986.

5. Лебедев P.C., Макаров A.A. и др. Особенности применения дизельныхтоплив с депрессорными присадками в условиях отрицательных температур, Труды 25 ГОСНИИ МО РФ, №51, М., 1998.

6. Тертерян P.A., Башкатова С.Т. Депрессорные присадки к дизельнымтопливам. М. ЦНИИТЭНефтехим. 1987.

7. Гулин Е.И., Горенков А.Ф. и др. Применение горючего на военнойтехнике, М., Военное издательство, 1989.

8. Братков A.A. и др. Химмотология ракетных и реактивных топлив., М .1. Химия», 1987.

9. Гуреев A.A., Фукс И.Г., Лашхи В.Л. Химмотология, М., «Химия», 1986.

10. Хафизов Ф.Ш. Разработка технологии акустической регенерата щелочных поглотителей в процессах демеркаптанизации лёгких углеводородов. Дисс.канд.наук - Уфа: 1985.

11. Некрасов H.H., Конорюк Б.Н., Казанский В.Л. Применениеультразвуковых устройств при сжигании топлив и перемешивании жидкостей и газов. «Химия и технология топлива и масел». 1980, №2.

12. Гинстлинг А.М., Барам A.A. Ультразвук в процессах химической технологии. JL, «Госхимиздат», 1960.

13. Комаров B.C., Степанова Е.А. Влияние ультразвука на каталитические свойства алюмосиликатного катализатора. «Нефтехимия», 1978, №6.

14. Айзенштайн П.Г., Булатова H.H., Соболев A.M. Получение сульфофрезола с применением ультразвука. «Нефтепереработка и нефтехимия», 1965, №3.

15. Ишкильдин А.Ф., Хайрутдинов И.Р., Александрова С.А., Хафизов Ф.Ш. Интенсификация процесса окисления нефтяных остатков воздействием ультразвука. «Нефтепереработка и нефтехимия», 1986, №5.

16. Разработка новых методов очистки и стабилизации нефтепродуктов комплексными соединениями переходных металлов низшей валентности. Отчёт о НИР. «ИНХС АН СССР», № ГР 76039320, инв. № Б 925369.

17. Новицкий Б.Г. Применение акустических колебаний в химико-технологических процессах. М., «Химия», 1983.

18. Knapp R.T., Daily J.W., Hammitt F.G. Cavitation. New York. McGraw-Hill, 1970.

19. Галиахметов P.H. Реакции солей тиолкарбаминовых кислот и их интенсификация акустическим воздействием. Дисс. канд. хим. наук. Уфа, 1984.

20. Бергман JI. Ультразвук и его применения в науке и технике. М., ИЛ, 1957.

21. Полецкий И.Г. Химические действия кавитации. Ж.об. х., 1947, №17.

22. Сиротюк М.Г. О поведении кавитационных пузырьков при больших интенсивностях ультразвука. Акуст. ж. 1961, №4.

23. Эльпинет И.Е. Биофизика ультразвука. М., «Наука», 1973.

24. Экнадесянц С.К. Физические основы ультразвуковой технологии. М., «Наука», 1970.

25. Эскин Г.Н. Ультразвуковая обработка расплавленного алюминия. М., «Металлургия», 1965.

26. Эскин Г.Н. Ультразвук шагнул в металлургию. М., «Металлургия», 1975.

27. Старчевский В.Л., Брезгин Ю.Б., Реутский В.В., Мокрый E.H. Акустическая кавитация и применение ультразвука в химической технологии. Славское, 1985.

28. Френкель Я.И. Журнал физическая химия. 1940, №4.

29. Арзуманов Э.С. Кавитация в местных гидравлических сопротивлениях. М., «Энергия», 1978.

30. Перник А.Д. Проблемы кавитации. Л., «Судостроение», 1966.

31. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа.

32. Маргулис М.А. Основы звукохимии. М., «Высшая школа», 1984.

33. Фридман В.М. Ультразвуковая химическая аппаратура. М., «Машиностроение», 1967.

34. Голямина И.П. Ультразвук. Маленькая энциклопедия. М., «Советскаяэнциклопедия», 1979.

35. Биркгоф Г., Сарантонелло Э. Струи, следы и каверны. М., «Мир», 1964.

36. Эпшнейн JI.A. Возникновение и развитие кавитации. Труды ЦАГИ, № 655, 1948.

37. Яныпин Б.И. Затворы и переходы трубопроводов. М., Машгиз, 1962.

38. Пылаев Н.И., Эдель Ю.У. Кавитация в гидротурбинах. Л., «Машиностроение», 1974.

39. Галин JI.A., Шальнев К.К. Прогнозирование щелевой кавитации -«Труды акустического института», 1969, вып. VII.

40. Горшков A.C., Русецкий A.A. Кавитационные трубы. Д., «Судостроение», 1972.

41. Горшков A.C., Гончаров Н.Т. Возникновение кавитации в жидкости. -«Труды акустического института», 1969, вып. VI.

42. Хуснияров М.Х. Разработка конструкции и метода расчёта газожидкостного аппарата для колонны получения битума и гидродинамического кавитационного эмульгатора. Дисс. канд.техн.наук -Уфа: 1992.42. A.C.129623443. A.C. 492123

43. Федоткин И М., Немчин А.Ф. Исследования кавитации в технологических процессах. Киев, «Высшая школа», 1945. A.C. 61089646. A.C. 112134047. A.C. 1571120

44. Скабло А.И., Трегубова И.А., Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей промышленности. М., «Химия», 1982.

45. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., «Химия», 1971.

46. Белкин А.П. Насосы и насосные агрегаты для перекачки и заправки ракетным топливом и горючим. М., Военное издательство, 1989.

47. Хафизов Ф.Ш., Шаяхметов Ф.Г., Кузеев И.Р. Оценка параметра массообменных волновых роторных аппаратов /Сб. Экстракция/, Уфа, 1994.

48. Хафизов Ф.Ш. Диссертация д.т.н., Уфа, 1996.

49. Алексеев В.Д., Булкин В.А. Гидродинамические характеристики аппарата вихревого типа с объёмным факелом распыла. (И Всесоюзная конференция «Химтехника-80»: Тезисы докладов, ч.И, Чимкент), 1980.

50. Гончаренко А.Д. и др. «Современное состояние и перспективы переработки сернокислотных отходов» Тематический обзор. М., ЦНИИТЭНефтехим. 1982.

51. Гимаев Р.Н. и др. «Современные методы утилизации сернокислотных отходов нефтепереработки и нефтехимии», М., ЦНИИТЭНефтехим. 1973.

52. Бочкарёв Ю.А. и др. «Нефтепереработка и нефтехимия», М., ЦНИИТЭНефтехим. 1979, №1.

53. Японский патент №47-32516.

54. Бриндзя МЛ. и др. «Нефтяная и газовая промышленность», Киев, 1979, №1.

55. Бодан А.И. и др. «Нефтепереработка и нефтехимия», М., ЦНИИТЭНефтехим. 1979, №3.

56. Рахимкулов М.Г. «Нефтепереработка и нефтехимия», М., ЦНИИТЭНефтехим. 1981, №6.

57. Ratajska "Chemik", 1975, №6.

58. Сиротюк М.Г. Мощные ультразвуковые поля. М., «Наука», 1968.

59. Розенберг Л.Д. Мощные ультразвуковые поля. М., «Наука», 1968.

60. Долгополов H.H., Фридман В.Н., Караваев Н.М., ДАН СССР, 1953,№1, 1993 ,№2.

61. Фридман В.М. Звуковые и ультразвуковые колебания и их применение в лёгкой промышленности. М., «Химия», 1956.

62. Резник Н.Е. Гидродинамическая кавитация и использование её разрушающего действия. «Труды ВИСХОМ», 1969, вып.59.

63. Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. М., «Химия», 1978.

64. Беззубов А.Д., Гарлинская Е.И., Фридман В.Д. Ультразвук и его применение в пищевой промышленности. М., Пищевая промышленность, 1964.

65. Григорьев И.С., Мейлихов Е.З. Справочник. Физические величины. М.,1. Энергоатомиздат», 1991.

66. Айзенштейн М.Д., Центробежные насосы для нефтяной промышленности. М., «Гостоптехиздат», 1957.

67. Михайлов А.К., Малюшенко В.В. Лопастные насосы. М., «Машиностроение», 1977.

68. Справочник нефтепереработчика. М., 1976.

69. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Детали машин. М., «Высшая школа», 1984.

70. Писаренко Г.С. и др. Сопротивление материалов. Киев, «Высшая школа», 1973.

71. Елисеев Б.М. Расчёт деталей центробежных насосов. Справочное пособие. М., «Машиностроение», 1975.

72. Есьман И.Г. Центробежные насосы для нефтяной промышленности. М., «Гостоптехиздат», 1951.