Материал: Физико-математическое моделирование систем. материалы XX Международного семинара. Батаронов И.Л., Шунин Г.Е

Рис. 3. Индукция магнитов NdFeB: А) вектор индукции направлен вдоль диагонали квадрата (сторона а=10 мм), Б) вектор индукции направлен вдоль стороны квадрата (сторона а=10 мм), В) для круглого стержня диаметром 11.2 мм

Далее проводилось моделирование индукции магнитного поля стержней магнитного картриджа квадратной и круглой формы сечения. Результаты приведены на рис. 3. Оказалось, что наибольший градиент наблюдается у круглого стержня.

Расчет производительности магнитного сепаратора

Рассмотрим модель извлечения омагниченной эмульсионной капли между стержнями в ферромагнитном картридже, которая изображена на рис. 4а. Эмульсионная капля нефти движется в потоке между ферромагнитными стержнями толщиной m и длиной L. Расстояние между стержнями равно d.

Скорость потока жидкости в магнитном сепараторе устанавливается из расчета скорости движения омагниченной нефтяной капли в магнитном поле vem. На рис. 4б изображено расположение стержней картриджа в поперечном сечении.

Скорость движения намагниченной капли нефти в неоднородном магнитном поле может быть оценена по следующей формуле [5]:

где η=0,89·10–3 Па·с – динамическая вязкость воды, намагниченность магнетита при насыщении Мsat = 4,78·105 А/м, dB/dx – градиент магнитного поля (Тл/м), L(z) – функция Ланжевена (намагничивание суперпарамагнетиков), k – коэффициент упаковки наночастиц магнетита на поверхности капли нефти.

115

Рис. 4. Модель извлечения омагниченной нефтяной капли в НМС-2: а) модель движения капли в магнитном поле, б) поперечное сечение рабочей зоны магнитного сепаратора. 1 – ферромагнитные стержни, 2 – рабочая зона между стержнями, 3 – омагниченная эмульсия нефти

По формуле (1) контролируемыми параметрами для магнитного сепаратора являются градиент и напряженность магнитного поля. Магнитное насыщение для нанодисперсного магнетита происходит при напряженности магнитного поля 100 кА/м, поэтому большее значение напряженности магнитного поля не влияет на скорость движения частиц. В то же время градиент магнитного поля является управляемым параметром, с помощью которого можно изменять скорость, а, соответственно, и производительность магнитного сепаратора.

Время осаждения намагниченных эмульсионных капель на поверхности стальных стержней может быть оценено по следующей формуле:

Зная время T и длину магнитного стержня L, можно определить оптимальную скорость потока очищаемой жидкости в зависимости от размеров эмульсионных капель:

Производительность магнитного сепаратора определяется с учетом его рабочей площади Sr в поперечном сечений кассеты. Объем очищаемой воды:

Рабочая площадь в квадратном сечении магнитного сепаратора со стороной а:

116

где φ – коэффициент рабочей зоны магнитной кассеты в ромбовидной области между стержнями толщиной m и длиной L, находящимися на расстоянии d друг от друга.

Коэффициент рабочей зоны определяется соотношением:

Здесь Sromb – площадь выделенной области, Sst – площадь сечения стержня. С учетом вышеприведенных формул, производительность магнитного се-

паратора будет определяться следующей формулой,

где η = 0,89·10–3 Па·с – динамическая вязкость воды, Мsat = 4,78·105 А/м – намагниченность магнетита при насыщении, dB/dx – градиент магнитного поля, (Тл/м), L(z) – функция Ланжевена (намагничивание суперпарамагнетиков), k – коэффициент упаковки наночастиц магнетита на поверхности капли нефти.

Результаты расчета производительности магнитного сепаратора по формуле (7) при условии а = 0,5, м; L=0,5 м; dp = 10–8 нм, dem = 10–6 м представлены в нижеприведенной таблице.

Расчет производительности магнитного сепаратора НМС-2 (L=0,5 м; dp =10–8 нм; dem=10–6 м)

Заключение

Таким образом, выполнено численное моделирование, позволившее выбрать оптимальные конструктивные особенности кассеты магнитного сепара-

117

тора, предназначенного для извлечения из пластовой воды капель водонефтяной эмульсии.

Кроме того, рассмотрена модель извлечения омагниченных нефтяных капель из пластовой воды в процессе ее очистки и на ее основе выполнен расчет производительности предлагаемого магнитного сепаратора.

Литература

1.Цхадая Н. Д., Быков И. Ю., Чупров И. Ф., Ланина Т. Д., Смирнов Ю. Г., Лютоев А. А. Обоснование параметров конструкции неодимового магнитного сепаратора для очистки пластовых вод // Нефтяное хозяйство. – 2017. – № 8. – С. 112-115.

2.Лютоев А. А., Смирнов Ю. Г., Ивенина И. В. Извлечение эмульгированных примесей нефти из воды при помощи высокодисперсных частиц магнетита // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. – 2014. - № 4. – С. 40-45.

3.Sullivan Andrew P. and Kilpatrick Peter K. The Effect of Inorganic Solid Particles on Water and Crude Oil Emulsion Stability // Ind. Eng. Chem. Res. 2002. V. 41. P. 3389-3404.

4.Oder R. R. Emulsions breaking with magnetic fields // American Filtration Society, 18th Annual Conference. – Atlanta, 2005, April 10-13. – 25 p. URL: http://www.magneticseparation.com/ UserFiles/File/AFS_2005.pdf.

5.Лютоев А. А., Смирнов Ю. Г. Моделирование работы ферромагнитного разделителя для очистки пластовых вод от нефтяных загрязнений // Физико-математическое моделирование систем: материалы XI Междунар. семинара. Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2014. Ч. 2. – C. 77-84.

MODELING OF THE OPERATION MODE

OF A MAGNETIC SEPARATOR CASSETTE

A. A. Lyutoev, Yu. G. Smirnov

Ukhta State Technical University

The design features of a magnetic separator designed to extract oil-water emulsions from formation water are considered. A numerical simulation of the operating mode of the magnetic separator cassette was performed, which allowed optimizing its design. A model for extracting droplets of a water-oil emulsion from water is considered and the performance of a magnetic separator is calculated on its basis.

Keywords: modeling, magnetic separator, cassette, magnetite nanoparticles, destruction of oil-water emulsion.

118

УДК 66.094.524.5:661.185

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПЕРЕРАБОТКИ ПРОДУКТОВ АЛКИЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ МЕЖПРОМЫВОЧНЫХ ЦИКЛОВ

А. А. Солопова, М. А. Пасюкова, И. О. Долганова, И. М. Долганов, А. А. Бунаев

Национальный исследовательский Томский политехнический университет anastasiasolopova@ro.ru, maria.pasyukova11@gmail.com

Цель работы – создание компьютерной моделирующей системы процесса переработки линейных алкилбензолов (ЛАБ) для прогнозирования длительности межпромывочного цикла по динамике накопления высоковязкого компонента. Из результатов работы следует, что разработанная модель адекватна, и может использоваться для прогнозного расчета длительности межпромывочного цикла в реакторе сульфирования по накопленному высоковязкому компоненту. При расчетах использовались данные с действующей установки сульфирования.

Ключевые слова: алкилбензолсульфокислота, высоковязкий компонент, сульфирование, математическое моделирование.

Синтетические моющие средства (СМС) производятся из линейных алкилбензосульфонатов (ЛАБС) – алкилароматических химических соединений с предельной линейной углеводородной цепью, состоящей из 10-13 атомов углерода с одной или несколькими сульфогруппами, получаемых путем сульфирования АБСК.

Получение ЛАБС, которые являются основным компонентов производства СМС проходит в несколько этапов:

1.Дегидрирование предельных углеводородов на платиновом катализаторе с получением олефинов.

2.Алкилирование бензола олефиновыми углеводородами с получением линейных алкилбензолов (ЛАБ). Процесс проходит на HF-катализаторе.

3.Сульфирование ЛАБ с получением целевого продукта – АБСК [1].

Так как потребление СМС, производимых на основе ПАВ ежегодно возрастает, усиливаются требования к технологии производства компонентов с точки зрения качества и экономической выгоды [2].

Во избежание снижения качества продукта и повышения экономической эффективности процесса, необходимо отслеживать образование вязкого компонента. При его накоплении нарушается равномерность течения пленки ЛАБ и замедляется диффузия молекул SO3, как следствие, процесс протекает недостаточно полно, показатели качества продукта ухудшаются [3, 4].

Целью данной работы является создание компьютерной моделирующей системы процесса сульфирования ЛАБ для прогнозирования длительности межпромывочного цикла по динамике накопления высоковязкого компонента. Процесс протекает в многотрубном пленочном реакторе. При создании модели принято допущение о режиме идеального вытеснения.

119