РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ ПЛЕНКИ НЕФТЕПРОДУКТА НА ЭЛЕМЕНТАРНОМ ВОЛОКНЕ

Фонарева Ксения Александровна

аспирант очной формы обучения, ФГБОУВПО «Ижевский государственный технический университет», г. Ижевск

Е-mail: ksunn2007@yandex.ru

Сентяков Борис Анатольевич

заведующий кафедрой, профессор, Воткинский филиал ФГБОУВПО «Ижевский государственный технический университет», г. Воткинск

Е-mail:

CALCULATION OF OIL FILM THICKNESS FILAMENTS

Ksenia Fonareva

Postgraduate full-time training , FGBOUVPO "Izhevsk State Technical University", Izhevsk

Boris Sentyakov

Head of Department, professor, Votkinsk Branch FGBOUVPO "Izhevsk State Technical University", the Votkinsk

АННОТАЦИЯ

Представлена методика расчета толщины пленки нефтепродукта на поверхности элементарного волокна в процессе сорбции нефтепродуктов с применением волокнистого сорбента в виде штапельного полиэтилентерефталатного волокна и результат экспериментального исследования.

ABSTRACT

A method for calculating the thickness of the film of mineral oil on the surface of the elementary fibers in the process of sorption of petroleum products with a fibrous sorbent in the form of staple fibers and polyethylene terephthalate result of the pilot study.

Ключевые слова: толщина пленки нефти; элементарное волокно.

Keywords: oil film thickness; the elementary fiber.

Проблема загрязнения водоемов приобрела в настоящее время глобальный характер. Среди веществ, загрязняющих водную среду, одно из первых мест принадлежит нефти и продуктам ее переработки [2, с. 12]. При разливе нефтепродуктов, например, при авариях на нефтеналивных судах, хранилищах нефти, нефтепроводах и т. п., они достаточно быстро растекаются под действием силы тяжести и поверхностного натяжения, увеличивая свою площадь и образуя пятно загрязнения на водной поверхности. Толщина пленки нефти или нефтепродуктов является одним из основных параметров, характеризующих при аварийном разливе пятно нефтяного загрязнения на водной поверхности [1].

При использовании для сбора нефтепродуктов с водных поверхностей волокнистого сорбента в виде полиэтилентерефталатного штапельного волокна, или других видов волокнистых сорбентов, требуется знать количество сорбента, необходимое для удаления определенного количества нефтепродуктов. Эту задачу можно решить, если знать, какая толщина пленки нефтепродукта образуется на элементарном волокне в процессе сорбции нефтепродукта таким материалом. Несмотря на имеющиеся в этом направлении разработки, вопросам исследования толщины нефтяной пленки оставшейся после процесса сорбции на волокнистом сорбенте не уделялось достаточного внимания. Поэтому в данной работе поставлена задача рассчитать толщину пленки нефтепродукта, которая осталась на элементарном волокне, после процесса сорбции.

В качестве исследуемого образца использовали полиэтилентерефталатное волокно. Средний диаметр элементарных волокон измерялся с помощью микроскопа типа УМИ – 21 и составил 53,3 мкм. Вес исследуемого образца составил 1,019 г, для определения веса использовались лабораторные электронные весы марки ВЛТЭ-150, с ценой деления 0,001, классом точности по ГОСТ 24104-2001 – II.

Подготовленный образец волокна плотностью 1,38 г/см³ равномерно и полностью поместили в медицинский шприц емкостью 20 мл. Удалив из шприца поршень, заполнили его нефтью с удельной плотностью 0,930 г/см3. Масса образца волокнистого материала после насыщения его нефтепродуктом составила 16,662 г. Волокно заполняли нефтью до тех пор, пока оно не перестало впитывать.

Рис. 1 Элементарное волокно

Толщину нефтяной пленки обозначим h, d_в – средний диаметр элементарных волокон, d_вн – средний диаметр элементарного волокна с пленкой нефтепродукта, L_пр - приведенная длина элементарного волокна (рис. 1). Толщина пленки нефтепродукта, образовавшаяся на поверхности элементарного волокна определяется по схеме, приведенной на рис.1:

.                                                          (1)

Условно принимаем, что образец сорбирующего нефтепродукт волокна представляет собой единичное волокно диаметром d_в и длиной L_пр, которую в дальнейшем будем называть приведенной длиной единичного волокна. Объем такого единичного волокна определяется по формуле:

,                                                        (2)

откуда его приведенная длина:

.                                                           (3)

В ходе экспериментального исследования сорбции нефтепродуктов полиэтилентерефталатным волокном измерялись масса образца волокна m, и масса нефтепродукта m_н, сорбированного этим образцом, поэтому объем единичного волокна V_в и объем нефтепродукта V_н можно определить по формулам:

V_в = m/ρ_в,                                                           (4)

V_н = m_н /ρ_н,                                                                  (5)

где ρ_в и ρ_н, соответственно, плотность полиэтилентерефталата и нефтепродукта.

Объем нефтепродукта V_н можно так же определить по формуле:

,                                            (6)

откуда определяется средний диаметр элементарного волокна с пленкой нефтепродукта:

.                                                        (7)

Таким образом, подставив полученные значения в (1), толщина пленки нефтепродукта, образовавшаяся на поверхности элементарного волокна в ходе проведенного эксперимента составляет 120 мкм при среднем диаметре элементарного волокна 53,3 мкм. Полученный результат показывает, что толщина пленки нефтепродукта в два раза больше, чем средний диаметр элементарных волокон исследованного образца, что в принципе вряд ли возможно. Следовательно, можно сделать предположение о том, что сорбция нефтепродукта с применением рассмотренного волокнистого сорбента происходит не только на поверхности составляющих его элементарных волокон, но и в промежутках между хаотично расположенных соседних волокон, что необходимо будет учесть при дальнейших расчетаx сорбционной способности волокнистых материалов рассмотренного типа.

Список литературы:

1.Монин А. С., Красницкий В. П. Явления на поверхности океана: Л.: Гидрометеоиздат, 1985. – 375 с.

2.Шумилова И. Б., Максимович Н. Г., Блинов С. М., Кузнецов Л. Н. Возможные пути борьбы с последствиями разливов нефтепродуктов // Нефть и экология. 1996. № 4.