Филина Н.А., Алибеков С.Я., Головин Ю.А.

Марийский государственный технический университет, Россия

Факторный анализ очистки водной поверхности от нефтепродуктов углистой массой из древесных отходов

Поиск новых сорбентов для очистки поверхности водных объектов от нефтяных загрязнений является актуальной задачей. Древесина является дешевым сырьем для получения сорбентов, причем уникальным сорбентом является древесный активированный уголь. Структура потребления углистой массы, по данным [3], характеризуется следующими показателями (%): производство пищевых продуктов 42,6; технологическое использование 38,0; охрана окружающей среды 10,0; очистка питьевой воды 4,7; производство медицинских препаратов 4,7.

В патенте на изобретение [2] приведены данные по экспериментам (табл. 1).

Таблица 1 – Экспериментальные данные [2] по сорбции древесных опилок

Температура пиролиза древесной фракции , °С

Степень обугливания , %

Толщина нефтяной пленки , мм

Нефтеемкость сорбента

, кг/кг

Содержание в нефтешламе, % мас.

воды

нефти

25

105

150

200

250

300

350

400

600

0

0

2.18

3.88

6.68

13.90

16.24

18.43

24.27

7.13

5.83

4.92

4.69

8.85

2.23

3.87

9.10

2.46

2.47

2.63

2.85

3.00

3.24

3.70

4.28

5.13

6.52

16.94

12.97

10.46

9.71

9.46

9.34

9.42

9.03

8.38

59.12

63.08

66.29

67.72

69.19

71.37

73.43

76.13

79.44

 

По данным [3] очистка водной поверхности от нефтяных загрязнений выполняется порошком в виде углистой массы. Она получается при карбонизации измельченных и подсушенных древесных отходов в интервале температур 300-350 oC в инертной среде до степени обугливания 13-16 %.

Цель статьи - факторный анализ выявлением статистических закономерностей процесса сорбции нефтепродуктов углистой массой по данным таблицы 1.

В интервале температур 200-300 oC емкость рассматриваемых поглотителей нефти составляет 3,0-3,7 кг/кг (табл.1). Нефтеемкость сорбентов 3,0-4,5 кг/кг можно рассматривать как экономически выгодную. Процесс поглощения нефти с поверхности воды сопровождается и водопоглощением исследуемых сорбентов. При этом степень обводненности нефтешлама с увеличением температуры обжига сорбентов при низкотемпературной карбонизации в сравнении с воздушно-сухим древесным опилом сначала резко снижается (в 1,74 раза при 200 oC) и затем изменяется незначительно [3]. Данные (табл. 1) моделировали в программной среде Curve Expert 1.38 [1] (табл. 2).

Таблица 2 – Бинарные отношения между факторами

№

модели

Уравнение факторной бинарной связи

Коэфф.

корреляции

1

0,9998

2

0,9997

3

0,9985

4

0,9985

5

0,9973

6

0,9958

7

0,9949

8

0,9947

9

0,9929

10

0,9912

 

Модели 2, 3, 5, 6, 8, 9, 10 состоят из двух частей. В модели 2, 3, 6, 8, 10 первая составляющая формулы показывает, что процесс сорбции протекает по закону гибели, а вторая составляющая представляет собой биотехническое возбуждение значений фактора. Эти двухчленные уравнения содержит два устойчивых закона распределения. В модели 5 и 9 первая составляющая является постоянным числом. Модель 1 имеет три составляющие. Причем все они положительно направлены, то есть увеличение нефтеемкости сорбента уменьшает содержание воды в нефтешламе.

Общая формула, кроме модели (4), для всех бинарных связей запишется в виде трехчленного уравнения:

, , , . (1)

Изучив бинарные отношения между факторами, представленными в таблице 2, отбросив все значения с доверием ниже 99 % можно оставить три факторные связи 1, 2, 6. Этим получается факторный треугольник, т.е. зависимость нефтеемкости сорбента от содержания в нефтешламе воды и нефти, и наоборот.

Комплексное изображение нефтеемкости сорбента от содержания воды и нефти в нефтешламе представленное в трех мерном пространстве показывает взаимосвязь между факторными связями (рис. 1).

 

 

Рис. 1 - Зависимость нефтеемкости сорбента от содержания воды и нефти в нефтешламе

Был проведен процесс математического моделирования, т.е. произведена формулировка законов, связывающих основные объекты модели; адекватность модели; анализ математической модели и модернизация этой модели. Анализ математической модели позволяет проникнуть в сущность изучаемых явлений.

По статистическим моделям возможно дополнительное исследование добротности различных сценариев, т.е. детальное изучение зависимостей нефтеемкости сорбента от содержания воды и нефти и наоборот.

Литература

1. Мазуркин, П. М. Математическое моделирование. Идентификация однофакторных статистических закономерностей: учеб. пособие для вузов / П. М. Мазуркин, А. С. Филонов. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 2006. – 292 с.

2. Пат. 2088725 Российская Федерация МПК6  E02B015/04 C09K003/32, Способ очистки водной поверхности от нефтяного загрязнения / Хасанов И.Ю.; Рогозин В.И.; Танатаров М.А.; Хасанов Р.Ю.; заявитель и патентообладатель Хасанов Ильмер Юсупович. - № 95112899/13; заявл. 07.24.95; опубл. 08.27.97

3. Химические волокна: научно-технич. журн. / Будницкий Г.А., Матвеев В.С., Казаков М.Е. / 1993, № 5. С. 19-22.