CC BY
39
УДК 665.637.73:[665.772:664.31]
DOI 10.24411/2311-6447-2020-10055
Изучение теплофизических параметров асфальтосмолопарафиновых веществ, как сырья для получения парафина различного назначения
Study of the thermophysical parameters of asphaltresinparaffin substances as raw materials for the production of paraffin for various purposes
Ст. преподаватель M.А. Марышева, профессор И.Ю. Алексанян, профессор Н.Д. Шишкин
(Астраханский государственный технический университет) кафедра технологических машин и оборудования, тел. (8512) 61-45-25 E-mail: vjyuvfhbyf@mail.ru
Senior Lecturer M.A. Maryisheva, Professor I.Y. Aleksanian, Professor N.D. Shishkin
(Astrakhan state technical university) chair of Technological Machines and Machinery, tel. (8512) 61-45-25 E-mail: vjyuvfhbyf@mail.ru
Реферат. Наличие асфальтосмолопарафиновых отложений включающих парафин в интервале 85-95 создает серьёзную проблему для добычи и транспортировки нефти с высоким содержанием парафина, которое определяет существенный негативный эффект из-за интенсивного накапливания отложений на внутренних стенках нефтепроводов и затрудняет стабильное эксплуатирование скважин при отсутствии профилактических работ по осуществлению депарафинизадии, в результате чего увеличиваются эксплуатационные затраты. Преимуществом предлагаемой оригинальных способа и конструкции для его осуществления по сравнению с традиционными методами борьбы с накапливанием отложений является применение модернизированного промыслового нефтяного депарафинизатора на базе термической гидроциклонной установки, что дает возможность частично удалять парафин из нефти, и при этом получить ценный, дороже нефти парафиновый или товарный парафиновый продукт. В статье показана необходимость повышения степени очистки отложений и получения парафина для использования в пищевой промышленности. Актуальность производства парафиновых материалов обусловлена необходимостью рациональной утилизации парафинов нефтяного происхождения с целенаправленным совершенствованием технологии переработки нефти, содержащей парафин с определенными, в частности, теплофизическими свойствами во взаимосвязи с фнзнко-механическими эксплуатационными параметрами. Целью исследования было определение основных теплофизических свойств асфальтосмолопарафиновых веществ, а основными задачами для достижения поставленной цели были экспериментальное определение удельной теплоты плавления (кристаллизации) и определение удельной теплоёмкости жидкой и твёрдой фазы отложений. В работе приведены результаты экспериментальных исследований теплофизических свойств в процессе затвердевания и плавления отдожений, их кристаллизации и осаждения из парафнносодержащей нефти и асфальтосмолопарафиновых вешеств в неподвижном состоянии, изменение температуры в процессе их охлаждения и кристаллизации. Из проведенного исследования можносделать вывод, что разработка рациональной технологии отечественных парафиновых продуктов для контакта с продуктами животного и растительного происхождения в ближайшей перспективе даст возможность провести импортозамешение подобного вида продукции, особенно в пищевой индустрии.
© М.А. Марышева, И.Ю. Алексанян, Н.Д. Шишкин, 2020
Summary. The presence of asphaltresinparaffin deposits comprising paraffin in the range of 85-95 creates a serious problem for the extraction and transportation of oil with a high paraffin content, which determines a significant negative effect due to the intensive accumulation of deposits on the inner walls of oil pipelines and makes it difficult to operate wells well in the absence of preventive dewaxing operations, resulting in increased operating costs. The advantage of the proposed original method and design for its implementation compared to traditional methods of combating the accumulation of deposits is the use of a modernized field oil dewaxing unit based on a thermal hydrocyclone unit, which makes it possible to partially remove paraffin from oil, and at the same time obtain valuable, more expensive paraffin or commercial oil paraffin product. The article shows the need to increase the degree of purification of sediments and to obtain paraffin for use in the food industry. The relevance of the production of paraffin materials is due to the need for rational utilization of petroleum-derived paraffins with the purposeful improvement of the technology of oil processing containing paraffin with certain, in particular, thermophys-ical properties in conjunction with physical and mechanical operational parameters. The aim of the study was to determine the basic thermophysical properties of asphaltresinparaffin substances, and the main tasks to achieve this goal were the experimental determination of the specific heat of fusion (crystallization) and the determination of the specific heat of the liquid and solid phases of the deposits. The paper presents the results of experimental studies of the thermophysical properties during the solidification and melting of the residues, their crystallization and precipitation from paraffin-containing oil and asphalt-resin-paraffin substances in a stationary state, a change in temperature during their cooling and crystallization. From the study, we can conclude that the development of a rational technology of domestic paraffin products for contact with animal and plant products in the near future will make it possible to carry out import substitution of this type of product, especially in the food industry.
Ключевые словах асфальто-смоло-парафиновые отложения, депарафинизатор нефти, тепло-гидроциклон, теплофизические свойства, деиарафинизация, пищевой парафин, удельная теплота плавления, удельная теплоемкость, покрытие пищевых продуктов.
Keywords: asphalt-resin-paraffin deposits, oil dewaxing, thermal hydrocyclone, thermophysical properties, dewaxing, food paraffin, specific heat of fusion, specific heat, food coating.
Наличие асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО), включающих парафин в интервале 85-95 %, на внутренней нефтепроводной поверхности создает серьёзную проблему для добычи и транспортировки нефти с высоким содержанием парафина [1], которая определяет существенный негативный эффект из-за интенсивного накапливания АСПО на внутренних стенках нефтепроводов и затрудняет стабильное эксплуатирование скважин при отсутствии профилактических работ по осуществлению депарафинизации, в результате чего увеличиваются эксплуатационные затраты на обслуживание скважины. Разработано множество методов и практических приемов борьбы с отложениями парафина в пласте, в подъемных трубах, в системе сбора и транспортировки нефти. Большинство из этих методов не находят применения из-за трудностей практического осуществления и больших эксплуатационных расходов.
Преимуществом предлагаемой оригинальных способа и конструкции для его осуществления по сравнению с традиционными методами борьбы с накапливанием АСПО является применение модернизированного промыслового нефтяного де-парафинизатора (ПДН), на базе термической гидроциклонной установки, что дает возможность частично удалять парафин из нефти, и при этом получить ценный, дороже нефти парафиновый или товарный парафиновый продукт (ПП или ТПП) [2, 3].
Вырабатывают ПП в основном посредством депарафинизации и обезмасли-вания дистиллятных масляных материалов при контакте с кетон-ароматическими растворителями. Реже твердые ПП вырабатывают обезмаслива-нием без использования растворителей - фильтрационным прессованием охлажденного сырьевого материала с последующим потением выделенной газовой среды. Для выработки ТПП обезмасленные ПП очищают сернокислотным, контактным, перколяционным и гидрогенизационным способами.
С учетом чистоты ТПП и области применения устанавливают следующие марки твердых ТПП проиллюстрированные на рис. 1:
- П-1 -ТПП высокой степени очистки является основой или ингредиентом контактирующих при относительно больших температурах с пищевыми материалами жесткой упаковки, упаковочных, клеевых, фармацевтических и косметических композиций;
- П-2 - ТПП высокой степени очистки, пригодный для изготовления покрытий и пропитывания эластичных материалов для упаковки, контактирующей с пищей, не теряющих свои эластичные свойства при сравнительно малых температурах, и как и П1 в качестве компонентов сплавляемых композиций для покрытия тары на деревянной, бетонной и металлической основе, а также в идее ингредиентов восковых и косметологических композиций, медико-фармацевтической аппаратуры.
Рис. 1 Парафин высокой степени очистки
В современных условиях парафин нефтяной природы порой считается не побочной, а основной продукцией и имеет существенную востребованность [2, 3], рост которой и обширное использование этих нефтепродуктов обусловлены их физико-химическими параметрами. Значительное внимание в индустрии уделяют получению биофармацевтических и пищевых парафинсодержащих материалов, имеющих физиологическую независимость, необходимые структурно-механические характеристики, рациональное соотношение температур плавления и затвердевания, стабильностью в процессе хранения [4].
Твердообразные ПП имеют различное, как уже упоминалось, целевое назначение в пищевом производстве, причем диапазон области реализации зависит от их физико-химических, в частности, оптических и диэлектрических параметров, обусловленных соотношением разных видов углеводородов в них, большим интервалом варьирования температур плавления, низкой степенью пластичности и гидрофобности, существенной усадкой, характеристиками [5].
ПП являются комбинацией твердообразных углеводородов, находящихся в метановом ряду, в основном нормальной структуры с 18-35 углеродными атомами в молекуле и температурой плавления 45-65 °С. Парафины обычно включают определенный объем углеводородов изопарафинового типа, с ароматическим или нафтеновым молекулярным ядром.
ПП обладают инертностью к множеству химических реагентов и окисляются при контакте с азотной кислотой, кислородом (при 140С) и рядом иных окислителей с получением жирных кислот различного типа, подобных тем, которые являются ингредиентами растительных и животных липидов. Жирные кислоты синтетической природы, получаемые окислением парафина, применяют в замену жиров растительной и животной природы в парфюмерной промышленности, при производстве смазок, моющих средств и т. п.
Парафиновые продукты используют в кондитерской области в качестве вспомогательных ингредиентов, к примеру, в составе «глянца» при дражировании продукции, а также смазочных материалов, в частности, для емкостей для карамельной массы в формующих установках для устранения прилипания карамельной массы.
Основная их цель - устранение прилипания (адгезии) кондитерских масс или изделий и улучшение внешнего вида поверхности. Парафин входит как непременная составная часть «глянца» для дражирования кондитерских изделий (карамель, драже). Для предотвращения прилипания карамельной массы к поверхностям машин, инвентаря парафин добавляют в смазку. Он используется также при парафинировании бумаги для завертки и упаковки кондитерских изделий. Парафин Е905с разрешено использовать в пищевой промышленности РФ в качестве пищевой добавки как глазирователь, разделитель и герметик.
Парафин представляет собой нефтепродукт, состоящий из смеси предельных углеводородов ряда метана с общей формулой СПН2П+2.В кондитерской промышленности используется высокоочищенный парафин. Он представляет собой белую кристаллическую маслянистую на ощупь массу без вкуса и запаха, нерастворимую в водной и спиртовой среде и диапазоном температур плавления от 50 до 54 °С и плотностью в твердообразном виде а интервале от 0,91 до 0,92 т/м3 [6].
ПП парафинируют бумагу для завертывания или упаковывания кондитерских продуктов, используют для минимизации микробиологической обсемененно-сти и усушки с недопустимой влагопотерей отдельной продукцией, то есть для изготовления пленочных покрытий на основе парафиносодержащих сплавленных композиций, изготовления поли- этиленовых и изобутиленовых материалов из водных и спиртовых растворов поливинилового спирта и поливинилбутираля соответственно, растворенного в воде поливинилацетата, композиционной смеси винилидени- и винил- хлоридов и др. Расширение ареала использования полимеров в пищевой индустрии, обусловлен, преимущественно ростом ассортимента и масштаба производства упаковочных материалов, что предопределяет разработку агрегатов для расфасовки и упаковки с большой производительностью, а также роста спектра магазинов, осуществляющих самообслуживание в приобретении преимущественно расфасованных товаров клиентов, вследствие чего актуальна разработка новых типов полимеров [7]. Превалирующими путями модернизации имеющегося и создания нового аппаратурного обеспечения вышеуказанных операций пищевой промышленности являются разработка технологий антикоррозионной защиты металлов и использование для изготовления деталей аппаратов термически и морозостойких полимерных материалов для повышения интенсивности технологических операций и максимальной сохранности пищевой ценности продукции при хранении [2].
Основную нишу использования пищевых ПП занимает целлюлозо-картонная и бумажная индустрия, в частности, предприятия, выпускающие пищевую бумажную упаковку для кондитерской, молочной и плодоовощной продукции ,
сплавы для покрытия сыра и др. В связи с расширением области использовании ПП, в частности при бумажно-картонной парафининизации, появляется ряд новых нерешенных задач по обеспечению паровой и водной непроницаемости, заданных температуре слипания, степени эластичности и, морозостойкости, адгезионных показателей и др. Вследствие того, что ПП нефтяной природы и церезина в отдельности подчас не имеют комплекса заданных физико-механических характеристик, разрабатываются новые композиционные ПП с добавкой в требуемых соотношениях церезины и других полимеров при исключении негативного запаха, канцерогенных материалов для направленной трансформации характеристик ПП без негативных эффектов.
С расширением выпуска расфасованной пищевой продукции, растет объем соответствующей упаковки, в частности, содержащей твердые ПП нефтяной природы, которые вырабатывают, как уже упоминалось, посредством глубокого очищения парафинов-сырцов и применяют преимущественно с целью пропитывания материалов для упаковки, контактирующих с высушенными сыпучими продуктами (ПП марки П-2 при маслосодс ржании 0,9 массовых %) и не контактирующих (ПП марки П-3 и П-1 при маслосодержании, 2,3 и 0,5 массовых % соответственно), причем ПП марки П-1 можно использовать также как П-2, а также при производстве кондитерской продукции [3].
Широкое распространение полимеров в различных производственных сферах материалов, в частности для упаковки для существенного увеличения сроков хранения пищевой продукции, является следствием сравнительно простой, практичной е недорогой технологии их получения, Со времени появления новых видов упаковочных материалов, контактирующих с продукцией растительного и животного происхождения, их индустриальное производство сильно продвинулось как в технико-технологическом аспекте, та и в ракурсе повышения качественных показателей готовой продукции. К требованиям к упаковке пищевой продукции можно причислить длительность и малые затраты при хранении, а также сохранение внешней привлекательности, удобство транспортирования и реализации товарной продукции [8].
Аппаратурное обеспечение перспективных оригинальных ресурсо- и энергосберегающих технологий должно предопределять эффективность в экономическом и качественным аспектах, как технологического потока режимных параметров отдельных операций, так и качества готовой продукции.
Источниками углерода и энергии для микроорганизмов - продуцентов липи-дов— при направленном культивировании с целью получения микробного жира могут быть углеводы, карбоновые и жирные кислоты, углеводороды, спирты. Поэтому для получения микробных липидов используется то же питательное сырье, что и для производства кормового белка гидролизаты растительных отходов, древесины, торфа, отходы пищевой промышленности, послеспиртовая барда, молочная сыворотка, продукты нефтеперерабатывающей промышленности - нефтяные дистилляты и парафины [9].
Применение гидроочищения дает возможность производить ПП нефтяной природы пригодные для пищевой индустрии.
Развитие теоретических положений, обусловливающих корреляцию между составом и характеристиками твердобразных углеводородов нефтяной природы, нашло место в работах Н. И. Черножукова и его последоватей и позволило расширить ареал их использования в различных индустриальных областях, в качестве, в частности физических антиозонантах, восковые композиций в пищевой индустрии, радиоэлектронике и др.. Результаты изучения твердообразных углеводородов явились основой выбора фракций парафина для окислительных реакций синтетических жирных кислотных сред, моющих препаратов и различных поверхностно-активных веществ. Для рационального применения твердообразных углеводородных субстанций, являющихся отходами при выработке масел нефтяной природы необходимо совместное решение сложных химотологических и экологических задач при разработке их безотходных технологических цепочек [9].
В области микробиологии ПП используют как питательный плацдарм для роста дрожжевых субстанций, преимущественно Candida, и при компоновке белко-во-витаминных субстанций для кормовых премиксов. Клетки дрожжей как углеродный источник могут перерабатывать неразветвленные углеводородные комплексы с количеством атомов углерода в интервале от 10 до 30 в молекуле. Преимущественно они являются жидкообразными углеводородными фракциями нефтяной природы с температурой кипения 200-320 °С. В РФ первая фабрика по выработке кормовых дрожжей из жидкообразных парафинов нефтяной природы начала функционировать в 1971 г. Альтернативная цепь углеводородного расщепления: н-Алканы (Сэ - Сзо), спирты и кислоты алифатические Ацил-КоА и Ацетил-КоА.
При росте дрожжевой субстанции на н-парафинах нефтяной природы и выработке на их базе питательных плацдармов, в них вводят макроскопические и микроскопические компоненты, необходимые витаминные и аминокислотные комплексы. Высушенная дрожжевая субстанция подвергается грануляции и называется кормовым белково-витаминным концентратом (БВК), включающем до 50-60 % белков.
Оборудование, работающее в производстве пищевых продуктов, по роду своего предназначения требует применения особых масел и смазок, безвредных для здоровья человека. В пищевой промышленности к маслам и смазкам для машин и механизмов предъявляются особо жесткие требования.(4)
Белое парафиновое масло для оборудования пищевой промышленности AI-MOL Foodline WP 32 (старое название AIMOL-M Foodmax BASIC 32) применяется для целей общей смазки в тех операциях, где возможен непосредственный (прямой) контакт с продуктами питания (как человека, так и животных). Обеспечивает превосходные результаты в качестве универсального смазочного вещества в текстильной, трикотажной, пищевой, медицинской, оловянной промышленности, предприятиях по розливу налитков, особенно там, где необходим высокий уровень чистоты или в условиях, где требуется регулярная очистка водой. Также используется в качестве базового масла для приготовления пищевых масел и сма-
AIMOL Foodline WP 32 используется в качестве масла для тестоделения, а также в качестве смазочного материала идя резок, ножей, конвейеров и роликов в упаковочном оборудовании. Также подходит в качестве антикоррозионного материала для машин пищевой промышленности.
Белое парафиновое масло AIMOL Foodline WP 32 полностью соответствуют пищевым стандартам NSF и InS Hl, ЗН и НХ-1, а также медицинским стандартам USP (США), BP (Великобритания) и FDA (США).
Допуск 3-Н позволяет использовать данный продукт на хлебобулочных предприятиях в качестве смазочного материала для тестоделительного оборудования (полный контакт с продуктами питания) согласно требованиям НАССР.(б)
Высококачественная смазка, разработанная для применения в пищевой GLS 364 промышленности. GLS 364 в основном применяется для смазки антифрикционных подшипников при малых нагрузках и высоких скоростных факторах (ndm 600.000). Данный продукт очень устойчив к воде и пару, едким растворам (фруктовые кислоты), растворенным щелочам (смеси моющие) и к соленой воде. GLS 364 надежно защищает от коррозии и долго сохраняет свои свойства благодаря широкому температурному диапазону использования. GLS 364 успешно смешивается со стандартизированными мыльными мазками и обладает пищевым допуском USDA HI, получил поддержку FDA (Food & Drug Administration -«Управление по контролю за продуктами и лекарствами»), то есть был допущен для случайного контактирования с пищевыми материалами [10].
Парафиновую композицию (5-10 %) в смеси с канифолью и липидами растительной природы называют «пивной смолкой» и реализуют при осмоливании емкостей из дерева для хранения пива пивных дрожжей, по ТИ 18-6-47-85, для чего на их внутренние поверхности наносятся ПП.
Но также интересно употребление парафинового масла в качестве салатной заправочной добавки (майонеза). Такой подход к использованию продукта интересен для индивидуумов, следящих за фигурой и желающих избавиться от излишнего веса. Применять парафиновую жидкость нефтяной природы, как продукт многостадийной очистки (вазелиновое масло) предлагает известный французский исследователь Пьер Дюкан. В итоге реализуется прозрачная маслянистая жидкая безвкусная лишенная запаха сред, однако применение ПП в продуктах животного и растительного происхождения обусловливает тщательную проверку на экологическую безвредность и изучение на предмет негативного воздействия на здоровье населения [11].
К еще одному известному углеводородосодержащему изделию можно отнести жевательную резинку, в основе которой лежат как природные ингредиенты, так и полиэтиленовые и парафиносодержахцие смолы. (8)
Перспективы промышленного выпуска твердых парафинсодержащих материалов в современных условиях определяются совершенствованием существующих технологических процессов с ужесточением ограничений качественных параметров товарной парафиновой продукции индивидуально для каждого месторождения, в частности, Северного Каспия.
Таким образом, актуальность производства парафиновых материалов обусловлена необходимостью рациональной утилизации парафинов нефтяного происхождения с целенаправленным совершенствованием технологии переработки нефти, содержащей парафин с определенными, в частности, теплофизическими свойствами во взаимосвязи с физико-механическими эксплуатационными параметрами.
Целью работы является определение основных теплофизических свойств ас-фальтосмолопарафиновых веществ (АСПВ). Основными задачами являются экспериментальное определение удельной теплоты плавления (кристаллизации) и определение удельной теплоёмкости жидкой и твёрдой фазы АСПВ. В работе приведены результаты экспериментальных исследований по изучению теплофизических свойств в процессе затвердевания и плавления АСПВ.
Исследованы процессы кристаллизации и осаждения АСПО из парафиносо-держащей нефти и АСПВ в неподвижном состоянии.
Для определения рациональных технологических и технических параметров разрабатываемого ПДН проведено изучение параметров операции формирование АСПО и теплофизических параметров АСПВ с нефтепромысловых объектов Северного Каспия [12].
Изменение температуры в процессе охлаждения и кристаллизации АСПВ показано на рис. 2.
На приведенной температурной кривой выделены три интервала:
1) участок а - характеризуется остыванием основной части АСПВ до температуры кристаллизации (плавления);
2) участок Ь - характеризуется кристаллизацией основной части АСПВ в стакане;
3) участок с - характеризуется охлаждением твердого АСПВ. Начало кристаллизации отмечено температурой 1:нк, конец кристаллизации показан температурой Иск.
90
70
50
30
10
V" а
1 - 1
Ь у
Ю
20
30 40 Время мин
50 60
70
Рис.2. Изменение температуры в прогрессе охлаждения и кристаллизации АСПВ: а -расплавленный парафин; Ь - гексагональная структура; с-орторомбическая структура; ?„л - температура начала кристаллизации парафина; ик - температура фазового перехода; 1-1 температура кристаллизацгш (плавления) АСПВ
Установка для определения температуры плавления АСПО, парафина состоит из термостата и измерительного блока показана на рис. 3.
! 1
и 4
Рис. 3 Схема установки для определения удельной теплоты кристаллизации (плавления) АСПВ: I - АСПВ; П-вода; 1 - корпус сосуда; 2 - изоляция (пенопласт); 3 - термометры; 4 - стакан с пробой АСПВ
Стакан с исследуемым образцом установили в термостат, имеющий температуру порядка 100 °С и нагрели до полного расплавления асфальтосмолопара-финистых веществ (АСПВ) на «водяной бане». Затем расплавленный продукт залили в термостойкий химический стакан на % его высоты и поместили в термостат.
После стабилизации температуры в установке провели естественное охлаждение всей системы и измерили температуру в стакане и температуру охлаждения воды.
Вначале замеров происходит быстрое и плавное падение температуры, далее при кристаллизации, скорость ее снижения замедляется, после чего снова начинается равномерное снижение температуры.
В табл. 1-3 приведены результаты эксперимента удельной теплоемкости жидкого АСПВ, удельной теплоты кристаллизации (плавления) АСПВ и удельной теплоемкости твердого АСПВ.
Таблица 1
Результаты эксперимента по определению удельной теплоемкости
жидкого АСПВ (участок а)
X, мин 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
1п.ср., "С 90,0 87,3 84,7 82,1 79,7 77,3 75,9 72,7 70,5 68,4 66,3 64,4 62,4
1в.ср., "С 6,5 7,4 7,8 8,2 8,7 9,1 9,5 9,9 10,5 11,0 11,5 12,2 12,7
Сж, кг* К 1,55
Таблица 2
Результаты эксперимента но определению удельной теплоты кристаллизации
(плавления) АСПВ (участок Ъ)
X, мин 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
1л1фп °С 61,8 61,0 60,2 59,6 59,0 57,3 55,7 55,0 53,3 51,7 51,1 50,4 50,0
^ь.ср., "С 14,8 16,8 18,8 19,8 20,6 21,3 21,7 21,9 22,9 23,3 23,5 23,7 24,4
кДж Гцфп, ' 190
Таблица 3
Результаты эксперимента по определению удельной теплоемкости
твердого АСПВ (участок с)
г, мин 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54
1п.ср., "С 47,1 46,5 46,0 45,5 44,3 43,2 41,1 39,8 37,5 36,3 35,1 34,5 32,6 31,4 30,6
tв.cp.; °С 38,1 40,4 42,3 44,1 44,7 45,2 45,8 46,1 46,6 46,9 47,3 47,4 47,9 48,3 48,5
кДж кг+К Ст, 2,08
Обработка экспериментальных данных производилась в следующей последовательности. Уравнение теплового баланса имело вид:
Количество теплоты, переданное АСПО при остывании на участке а будет затрачиваться на подогрев воды и компенсацию тепловых потерь через стенки термостата:
сжп(Аш- О^п = св(гБК-Отв + - От (1)
где для жндкообразного парафинового материала: сжп - массовая удельная теплоемкость, Дж/(кгК); £пн - исходная температура,°С; £пк - итоговая,°С; шп- масса АСПО1, кг; для воды: св - удельная теплоемкость, ДжДкгК); тЕ - масса, кг; ГБН - исходная температура,°С, ГБК - итоговая/С. шп - масса АСПВ, кг; сЕ - его удельная теплоемкость, Дж/(кг* К); Гпн - начшши.ая^тем^ ^конечная. темпе-ратура.АСПВдХу^-^Ц - масса воды,_кг;__св ~ удельная массовая тешюемкосгь воды.
тЕСЕ (^ЕК-(-Ен)+ КР^-^т
Количество теплоты при кристаллизации АСПВ на участке Ь будет затрачиваться на подогрев воды и компенсацию тепловых потерь через стенки термостата:
£гфп™тт = СВ0ВК- О^Е + £ВН}т
Из формулы 3 найдем значение удельной теплоты плавления АСПВ:
_ тЕСв 0Е к—+ КРУ йггр- ¡г&;)г
(4)
Температура фазового перехода 1пфп незначительно уменьшается с 61,8 до 50,0 °С, составляя в среднем 55,9 °С. Парафиновая смесь имеет достаточно большую теплоту фазового перехода [13] (теплоту плавления) г = 190 кДж/кг и достаточно высокую среднюю температуру фазового перехода кристаллизации
(плавления) Г*п 55,9 °С.
На следующем участке с количество теплоты при остывании затвердевшего АСПВ будет затрачиваться на подогрев воды и компенсацию тепловых потерь через стенки термостата:
СтЛн ~ = св(2Гек-О™* + ^
находим:
Коэффициент теплопередачи в термостате от воды к наружному воздуху, будет практически равен величине, обратной термического сопротивлению теплоизоляции слоя из крупной крошки пенополистерола, т.е.
К я* ^
<?7Н ? (7)
где - коэффициент теплопроводности слоя из крупной крошки пенополистерола, можно принять = 0,038 Вт/м*К; толщина слоя теплоизоляции -0,070 м.
Таким образом, коэффициент теплопередачи, определенный по формуле (7)
К к
= 0,543 Вт/м2*К. Подставляя это значение в формулы (2), (4), (6) получаем
значения коэффициента теплоемкости жидкого АСПВ Сжп = 1,55кДЖ/кгК, теплоты кристаллизации (плавления) к = 190 кДж/кг и коэффициента теплоемкости твердого АСПВ Сш = 2,08 кДж/кг*К. Эти величины, также как и данные по температуре АСПВ и воды, занесены в таблицы 1-3.
Эксперимент показывает: с ростом температур, коэффициент теплоемкости начинает расти, что связано с переходом АСПВ из жидкого состояния в твердое вещество. Значения удельной теплоемкости составляют: участок а - Сжп = 1,55кДЖ/кг*К, участок с1 - Сш = 2,08 кДж/кг*К.
Итак, в результате эмпирических исследований были определены основные теплофизические свойства АСПВ: средняя температура кристаллизации
(плавления) ^ = 55,9 °С, удельная теплота кристаллизации (плавления) г = 190 кДж/кг, а также удельная теплоемкость жидкого и твердого АСПВ Сжп = 1,55кДЖ/кг*К и Сгп = 2,08 кДж/кг*К. Эти данные в целом близки приведенным для парафинов [12] и могут быть применены при разработке промыслового депарафинизатора нефти с получением товарного парафинового продукта, а также для п о с ле ду тоще го получения из этого продукта технического и пищевого парафина.
В дальнейшем разработка рациональной технологии отечественных ПП для контакта с продуктами животного и растительного происхождения даст возможность провести импортозамещение подобного вида продукции, особенно в пищевой индустрии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Iqbal S., Baloch М.К., Hameed G., Naz R. Impact of lipophilic surfactant on the rheology and stability of water-in-soybean oil emulsion // Journal of Chemical Society of Pakistan. - 2016. -V. 38. № 2. - P. 198-206.
2. Датхаев У.М., Сакипова З.Б., Абдукаюмов И.А. Современные вопросы производства и применения парафинов как вспомогательных лекарственных веществ / / Вестник Казахского Национального медицинского университета. -
2016. - No 1. - С. 565-567.
3. Азингер Ф. Введение в нефтехимию. - М.: ГНТИН, 1961. - 287 с.
4. Heymans R., Tavernier I., Dewettinck К., Van der Meeren P. Crystal stabilization of edible oil foams / / Trends in Food Science & Technology. - 2017. - V. 69. - P. 13-24.
5. Карпенко О.В., Грушова Е.И. Интенсификация процесса выделения твердого парафина из нефтяного сырья методом статической кристаллизации / / Труды БГТУ. Химия, технология органических веществ и биотехнология. - 2016. - № 4 (186). - С. 54-58.
6. Chaemsanit S., Sukmas S., Matan N. Controlled release of peppermint oil from paraffin-coated activated carbon contained in sachets to inhibit mold growth during long term storage of brown rice // Journal of Food Science. - 2019. -V. 84. № 4. - P. 832-841.
7. Aleksandrova E.A., Aklimadova K.K., Khadisova Z.T., Makhmudova L.S., Abu-balcarova A.S. Structuraland mechanical properties of polymer-paraffin composites // Chemistry and Technology of Fuels and Oils. - 2019. - V. 55. № 4. - P. 404411.
8. Вспомогательные материалы (Справочник кондитера) [Электронный ресурс]. - URL: https://baker-group.net/raw-materials-and-semi-finished-products/ raw- materials- and-ngredients/auxiliaiy-materials-confectioner-s-guide. html/ (Дата обращения 25.04.2020)
9. Coltelli М.В., Cinelli P., Lazzeri A., Wild F., Lindner M., Schmid M., Weckel V., M tiller K., Rodriguez P., Staebler A., Bugnicourt E., Rodriguez-Turienzo L. State of the art in the development and properties of protein-based films and coatings and their applicability to cellulose based products: an extensive review // Coatings. - 2016. -V. 6. № 1. - P. 1.
10. Suaria G., Aliani S., Merlino S., Abbate M. The occurrence of paraffin and other petroleum waxes in the marine environment: a review of the current legislative framework and shipping operational practices // Frontiers in Marine Science. - 2018. - V. 5. № MAR. - P. 94.
11. Khalilova H.Kh. The problems of the negative environmental impact of chemical pollutants and possible ways of their prevention // Kimya Problemleri. - 2019. -V. 17. № 4. - P. 500-517.
12. Шишкин Н.Д., Цымбалюк Ю.В. Фазопереходные тепловые аккумуляторы с высокотеплопроводными инклюзивами: монография. - Российская академия наук, Саратовский научный центр. Астрахань, 2006. - 120 с.
13. Chatterjee P., Sowiak G.A., Underhill P.T. Effect of phase change on the rheology and stability of paraffin wax-in-water pickering emulsions / / Rheologica Acta. -
2017. -V. 56. № 7-8. - P. 601-613.
REFERENCES
1. Iqbal S., Baloch M.K., Hameed G., Naz R. Impact of lipophilic surfactant on the rheology and stability of water-in-soybean oil emulsion, Journal of Chemical Society of Pakistan. 2016. V. 38.No 2. pp. 198-206 (English).
2. Datkhayev U.M., Sakipova Z.B., Abdukayumov I.A. Sovremennyye voprosy pro-izvodstva i primeneniya parafinov как vspomogatel'nykh lekarstvennykh veshchestv [Modern issues of production and use of paraffins as auxiliary medicinal substances] // Vestnik Kazakhskogo Natsional'nogo meditsinskogo universiteta, 2016. No 1. pp. 565-567 (Russian).
3. Azinger F. Vvedeniye v neftekhimiyu [Introduction to petrochemistry], M.: GNTIN, 1961, 287 pp. (Russian).
4. Heymans R., Tavernier I., Dewettinck K., Van der Meeren P. Crystal stabilization of edible oil foams, Trends in Food Science & Technology. 2017. V. 69. pp. 13-24 (English).
5. Karpenko O.V., Grushova E.I. Intensifikatsiya protsessa vydeleniya tverdogo parafina iz neftyanogo syr'ya metodom staticheskoy kristallizatsii [Intensification of the process of separation of solid paraffin from crude oil by static crystallization ], Trudy BGTU. KHimiya, tekhnologiya organicheskikh veshchestv i biotekhnologiya. 2016. №. 4 (186). pp. 54-58 (Russian).
6. Chaemsanit S., Sukmas S., Matan N. Controlled release of peppermint oil from paraffin-coated activated carbon contained in sachets to inhibit mold growth during long term storage of brown rice, Journal of Food Science. 2019. V. 84. No 4. pp. 832841 (English).
7. Aleksandrova E.A., Aklimadova K.K., Khadisova Z.T., Makhmudova L.S., Abu-balcarova A.S. Structuraland mechanical properties of polymer-paraffin composites, Chemistry and Technology of Fuels and Oils. 2019. V. 55. No 4. pp. 404-411 (English).
8. Vspomogatel'nyye materialy (Spravochnik konditera) [Electronic resource]. -URL: https: / /baker-group.net/raw- materials-and- semi- finished-products/raw-materials-and-ngredients/auxiliary-materials-confectioner-s-guide.html/ (date of the address: 10.03.2020).
9. Coltelli M.B., Cinelli P., Lazzeri A., Wild F., Lindner M., Schmid M., Weckel V., Miiller K., Rodriguez P., Staebler A., Bugnicourt E., Rodriguez-Turienzo L. State of the art in the development and properties of protein-based films and coatings and their applicability to cellulose based products: an extensive review, Coatings. 2016. V. 6. No 1. p. 1 (English).
10. Suaria G., Aliani S., Merlino S., Abbate M. The occurrence of paraffin and other petroleum waxes in the marine environment: a review of the current legislative framework and shipping operational practices, Frontiers in Marine Science. 2018. V. 5. No MAR. p. 94 (English).
11. Khalilova H.Kh. The problems of the negative environmental impact of chemical pollutants and possible ways of their prevention, Kimya Problemleri. 2019. V. 17. No 4. pp. 500-517 (English).
12. SHishkin N.D., TSymbalyuk YU.V. Fazoperekhodnyye teplovyye akkumulya-tory s vysokoteploprovodnymi inklyuzivami: monografrya [Phase-transitional heat accumulators with highly conductive inclusions: a monograph] - Russian Academy of Sciences, Saratov Scientific Center. Astrakhan, 2006, 120 pp. (Russian).
13. Chatterjee P., Sowiak G.A., Underhill P.T. Effect of phase change on the rheology and stability of paraffin wax-in-water pickering emulsions, Rheologica Acta. 2017. V. 56. № 7-8. pp. 601-613 (English).
