Разработка коалесцентно-мембранного метода разделения водо-масляных эмульсий - Дипломная работа

С каждым годом потребность в водных ресурсах увеличивается, что приводит к значительной роли очистки вод от загрязнений. По нормативам предельно допустимая концентрация (ПДК) нефти и нефтепродуктов в воде должна составлять от 0,05 мг/дм3, поэтому для более глубокой очистки от нефтепродуктов необходимо проводить процесс в две стадии, тем самым совмещая в себе грубодисперсную и тонкодисперсную степень очистки.На сегодняшний день загрязнения вод нефтью и нефтепродуктами достигло колоссальных размеров и требует должного внимания, поскольку является продуктом техногенного происхождения. Технические нефтепродукты - это товарные сырые нефти, прошедшие первичную подготовку на промысле, и продукты переработки нефти, используемые в различных видах хозяйственной деятельности: Основные компоненты этих нефтепродуктов - углеводороды и содержатся соединения с атомами S, N и О. Нефтепродукты в сточных водах чаще всего находятся в трех основных состояниях: в молекулярно-растворенном, с крупностью частиц 105>d>107м; эмульгированном, с крупностью частиц 103>d>105 м; дисперсном, с крупностью частиц d>103 м [2]. Давно известно, что всего лишь 12 г нефти делают непригодной для употребления тонну воды, а со сточными водами в окружающую среду попадает около 2500 т нефтепродуктов и объемы стоков увеличиваются, что происходит в результате сброса неочищенных нефтесодержащих сточных вод, неорганизованного отвода ливневых и талых вод с территории, содержащей различные масла и нефтепродукты. В крупных городах загрязнению способствует производственные стоки предприятий нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, металлургии, машиностроения, ливневые стоки, автомойки, автозаправочные станции, а так же свыше 75% нефтяных загрязнений попадают в гидросферу в следствии технологического несовершенства используемых технологий при нормальной работе и это лишь часть причин загрязнения.Устойчивость эмульсий - это способность их не разрушаться и не разделяться на дисперсную фазу и дисперсионную среду в течение определенного промежутка времени. Для оценки стойкости эмульсий следует различать три понятия: Кинетическая (седиментационная) устойчивость определяет устойчивость дисперсной системы против осаждения. Поэтому при малом содержании в эмульсии эмульгированной фазы для получения устойчивых разбавленных эмульсий достаточно просто интенсивного перемешивания [7] Кинетическая устойчивость определяется в основном массой капелек дисперсной фазы и определяется скоростью седиментации в гравитационном поле, которая выражается из Архимедовой силы и уравнения Стокса[8]: , (3) где g-ускорение свободного падения, м/сек2, r - радиус частиц, м, ?1-плотность дисперсной фазы, кг/м3, р0 - плотность дисперсионной среды, кг/м3, ?-вязкость дисперсионной среды, Па?с. ДЭС основывается на уравнении энергии отталкивания двух капель масла[9]: , (5) где и - концентрации одновалентных электролитов в масле и воде, и - диэлектрическая постоянная масла и воды, и - падение потенциала в масляной фазе и водной фазе, r-радиус. Как правило деэмульгирование происходит, когда действие стабилизаторов эмульсий перестает быть эффективным, то есть образуемые ими на поверхности капель защитные оболочки разрушаются, в результате капли эмульсии укрупняются вследствие коалесценции (слияния) в процессе броуновского движения, седиментации (оседания) или перемешивания.Коалесценция - это укрупление мелких капель при их слипании, вплоть до образования сплошной пленки, что приводит к расслоению фаз. Благодаря коалесценсии дисперсная система становится седиментационно неустойчивой, стремясь уменьшить свою межфазную поверхность. Скорость капель определяется коэффициентом диффузии сферической дисперсной частицы и радиусом r, определяется уравнением Эйнштейна: , (9) где - постоянная Больцмана, равная 1,38*1023 Дж/К, Т-температура, К, - вязкость дисперсионной среды, Па*с. Третья стадия - перетекание жидкости из одной капли в другую, благодаря разности капиллярных давлений и зависит от радиусов капель. Капля с меньшим радиусом перетекает в каплю с большим радиусом, всвязи с большим каппилярным давлением.Принципиальное отличие коалесцирующих фильтров состоит в осаждении и коалесценции дисперсной фазы на поверхности и в зазорах загрузки фильтра, где образуют непрерывную фазу, способную удаляться из объема фильтра под действием гравитационных сил. Принудительное движение эмульсии через загрузку в зависимости от направления осредненного движения может как способствовать так и препятствовать удалению дисперсной фазы из фильтра. Так же отличие и в гидродинамическом факторе, заключается в перемещении частиц из потока на поверхность покрывающей их дисперсной фазы. [32] В результате вышеизложенного можно сделать вывод о работе коалесцирующего фильтра в три стадии:-изменение дисперсного состава капель в результате их коалесценции в неоднородном гидродинамическом поле в поровом пространстве фильтра,-осаждение капель из потока на поверхность гранулфильтрующей загрузки, покрытой масляной п

Оглавление

1. Введение

2. Литературный обзор

2.1 Загрязнение вод нефтепродуктами

2.2 Общие сведения о эмульсиях

2.2.1 Виды и классификация эмульсий

2.2.2 Устойчивость эмульсий

2.2.3 Деэмульгирование

2.3 Коалесцентный метод

2.3.1 Механизм протекания коалесценции

2.3.2 Математическая модель коалесценции

2.3.3 Сорбционно-коалисцирующий материал

2.2.4 Мембранный метод

2.4.1 Мембранные методы: достоинства и недостатки

2.4.2 Ультрафильтрация для удаления нефтепродуктов

2.4.3 Природа мембраны и среды для ультрафильтрации

2.4.4 Коалесценция на мембране

2.5 Вывод

3. Методическая часть

3.1 Описание экспериментальной установки

3.1.1 Общая схема установки

3.1.2 Мембранно-коалесцентный установка

3.2 Используемые материалы и рективы

3.2.2 Моторное масло

3.2.3 Мембраны

3.2.4 Сорбционно - коалесцирующий материал

3.3 Методика экспериментальной работы

3.3.1 Методика приготовления стабильной эмульсии

3.3.2 Методика определения концентрации нефтепродуктов в воде

3.4 Методика расчетов

4. Экспериментальная часть

4.1 Основные параметры процесса

4.2 Устойчивость эмульсии

4.3 Разделение эмульсии при комбинации "Мегасорба" и мембран в "Мегасорбе"

4.4 Разделение эмульсии на мембранах

4.5 Сравнение производительности установок

5. Выводы

6. Список используемой литературы

1.

С каждым годом потребность в водных ресурсах увеличивается, что приводит к значительной роли очистки вод от загрязнений. Основными источниками загрязнения и засорения водоемов являются недостаточно очищенные сточные воды промышленных нефтеперерабатывающих, нефтехимических, металлургических, машиностроительных и многих других предприятий. По данным ЮНЕСКО нефть входит в десятку наиболее опасных для окружающей среды веществ.

Для решения проблемы очистки вод от нефтепродуктов в настоящее время принимают массу традиционных методов (отстаивание, механическая чистка и т.д.), но они, ориентируясь на более грубоэмульгированные нефтепродукты, оставляют после себя малоконцентрированные стабилизированные эмульсии. По нормативам предельно допустимая концентрация (ПДК) нефти и нефтепродуктов в воде должна составлять от 0,05 мг/дм3, поэтому для более глубокой очистки от нефтепродуктов необходимо проводить процесс в две стадии, тем самым совмещая в себе грубодисперсную и тонкодисперсную степень очистки. Первая стадия механический метод разеления и вторая стадия коалесценсный или мембранный метод разделения.

Данная дипломная работа посвящена разделению водомасляных эмульсий коалесценстно-мембранным методом, с учетом погружения мембран в коалисцирующий материал с целью меньшего замасливания мембран. Предполагается степень очистки соответствующая нормам ПДК и наиболее высокая производительность.