Введение 3
1 Анализ проблемы накопления и утилизации отходов нефтешламов 4
1.1 Проблема образования и утилизации нефтешламов на территории
Российской Федерации 4
1.2 Технологии переработки и утилизации отходов нефтешламов 6
1.3 Технологический процесс кавитационной переработки отходов
нефтешлама 17
1.4 Теоретические основы теплообменных процессов и сравнительный
анализ теплообменных аппаратов 19
2 Экспериментальные исследования отходов нефтешламов 28
2.1 Определение содержания нефтепродуктов 28
2.2 Определение содержания механических примесей 30
2.3 Определение содержания воды 32
2.4 Определение содержания хлористых солей 34
2.5 Описание модели, описывающей зависимость реологических и
теплофизических свойств нефтешлама от содержания воды 36
3 Расчетная часть 41
3.1 Расчет теплообменных аппаратов 41
3.2 Выбор оптимального теплообменного аппарата 47
Заключение 56
Список используемой литературы и используемых источников 58
Приложение А Разработка математической модели 62
Приложение Б Расчет теплообменных аппаратов 99
Настоящая работа посвящена оптимизации теплообменных процессов в рамках кавитационной технологии переработки нефтешлама за счет подбора оптимального теплообменного аппарата и исследования зависимости теплофизических свойств отходов нефтешлама от количественного состава нефтешлама и температуры, разработки рекомендаций по оптимизации технологического процесса.
Целью работы является обеспечение энерго - и ресурсосберегающих процессов в процессе переработки отходов нефтешлама.
Цель осуществляется посредством решения следующих задач.
- Провести анализ проблемы образования нефтешламов на территории Российской Федерации.
- Провести литературный обзор в области утилизации отходов нефтешламов.
- Проанализировать технологии утилизации отходов нефтешлама, применяемые в АО «Самаранефтегаз».
- Провести исследования количественного состава отходов нефтешлама.
- Разработать математическую модель, отображающую зависимость теплофизических и реологических свойств отходов нефтешлама от его количественного состава и температуры.
- Произвести расчёт ряда теплообменных аппаратов.
- Осуществить выбор оптимального теплообменного аппарата путём сравнения приведённых затрат.
При написании выпускной квалификационной работы изучена проблема образования нефтешламов на территории Российской Федерации, чем обоснована актуальность проблемы, имеющей две стороны - потерю потенциального вторичного материального ресурса ввиду его захоронения и негативное воздействие объектов размещения отходов на окружающую среду.
Рассмотрены основные методы и направления их переработки. В ходе литературного обзора выявлены три группы методов переработки - с целью выделения углеводородной фракции, с целью непосредственного использования нефтешлама в качестве вторичного ресурса и с целью его обезвреживания.
Проведен анализ технологий переработки нефтешламов, применяемых в АО «Самаранефтегаз». Используемая в настоящее время биологическая технология относится к третьей группе методов. Проектируемая кавитационная технология, исследованию стадии нагрева которой посвящена настоящая работа, относится к первой группе методов, ее внедрение позволяет решить проблему потери ценного вторичного ресурса путем извлечения ценных фракций из нефтешлама.
Проведены исследования количественного состава нефтешлама. Определение содержания нефтепродуктов, воды и механических примесей было чрезвычайно важно для последующего приготовления модельных смесей, используемых для разработки математической модели. Определение содержания хлористых солей позволило обосновать коррозионную активность нефтешлама и необходимость использования нержавеющей стали в качестве конструкционного материала для изготовления теплообменников.
Разработана математическая модель, отображающая зависимость теплофизических и реологических свойств нефтешлама от содержания воды и температуры в заданных интервалах. Для разработки модели использовали метод полного факториального эксперимента. Приведена интерпретация полученных зависимостей.
На основе приведенного алгоритма расчета разработана программа на базе Microsoft Excel, позволяющая автоматизировать процесс расчета теплообменных аппаратов, с ее помощью осуществлен расчет десяти аппаратов, каждый для нескольких условий.
Осуществлен выбор оптимального аппарата, доказано его преимущество перед вариантом, предложенным разработчиками технологии. Выбор оптимального аппарата осуществлялся исходя из технических (запас поверхности более 10%) и экономических (минимальные приведенные затраты) критериев. Для оптимального аппарата приведены зависимости основных параметров процесса от содержания воды при постоянной температуре.
