Математическое моделирование процесса адсорбции водно-метанольного раствора в вертикальном адсорбере

UDK: 541.183.25:622.276

DOI: 10.24887/0028-2448-2025-8-79-83

Ключевые слова: адсорбция, регенерация метанола, водный раствор метанола, нефтегазовая промышленность, нефтяной газ, промывка нефтяного оборудования, ректификационное оборудование, цеолит, уравнение материального баланса

Авт.: А.А. Паранук, к.т.н. (Кубанский гос. технологический университет); В.А. Хрисониди (Кубанский гос. технологический университет); С.И. Шиян, к.т.н. (Кубанский гос. технологический университет); Д.А. Бебко, к.т.н. (Филиал Майкопского гос. технологического университета в пос. Яблоновском)

В работе представлены оригинальная технологическая схема и математическая модель регенерации метанола из водного раствора. Предложенная технологическая схема основана на принципе адсорбции на адсорбенте, т.е. использует молекулярно-ситовые свойства адсорбента NaA (без связующего) для регенерации метанола. Математическая модель, описывающая процесс адсорбции бинарного раствора на адсорбенте, является сложной математической задачей, в основе которой лежит решение уравнения диффузий в сферических координатах. Концентрация С метанола в водном растворе принимается постоянной, адсорбент подобран сферической формы и с одинаковым радиусом R гранул для упрощения математической модели. При моделировании течения водного раствора метанола в адсорбере, геометрические параметры которого заранее неизвестны, применяется лагранжева система координат, т.е. концентрация водного раствора метанола зависит от номера слоя s и времени t. Для нахождения диффузий водного компонента внутри гранулы используется подход Эйлера, т.е. концентрация внутри гранулы адсорбента зависит от расстояния r до центра и от времени t. Предполагается, что в математической модели регенерации метанола из водного раствора коэффициент диффузии для воды является константой.

Список литературы

1. Повышение эффективности мероприятий по предупреждению гидратообразования на Ярактинском нефтегазоконденсатном месторождении / Р.М. Салихов, Е.О. Чертовских, Б.Р. Гильмутдинов [и др.] // Нефтяное хозяйство. – 2020. – № 9. – С. 50–54. – https://doi.org/10.24887/0028-2448-2020-9-50-54. – EDN: NTTXOA

2. Попутный нефтяной газ и проблема его утилизации // Новости энергетики от 21.01.14. – http://novostienergetiki.ru/poputnyj-neftyanoj-gaz-i-problema-ego-utilizacii/

3. Паранук А.А., Кунина П.С. Определение гидратоопасного интервала скважины и способы предотвращения условий гидратообразования // Наука и техника в газовой промышленности. – 2012. – № 1 (49). – С. 33–42. – EDN: QABTHV

4. Булатов А.И., Проселков Ю.М., Рябченко В.И. Технология промывки скважин. - М.: Недра, 1981. – 303 с. – EDN: XQQIMT

5. Бренчугина М.В., Буйновский А.С., Исмагилов З.Р. Разработка технологии очистки производственных вод газоконденсатных месторождений от метанола // Известия Томского политехнического университета. – 2007. – Т. 311. – № 3. – С. 64–68. – EDN: JWWXGH

6. Ахмедов М.И. Технология очистки метанолсодержащих сточных вод нефтегазоконденсатных месторождений // Нефтяное хозяйство. – 2016. – № 5. – С. 106–108. – EDN: VXEGBT

7. Ефимович Д.О. Махмутов Р.А. Повышение эффективности процесса регенерации метанола на месторождениях крайнего севера // Актуальные научные исследования в современном мире. – 2016. – № 7–1 (15). – С. 83–88. – EDN: WMEZWT

8. Ишмурзин А.А., Мияссаров Р.Ф., Махмутов Р.А. Повышение эффективности системы регенерации метанола //Наука и образование сегодня. – 2017. – № 11 (22). –

С. 26–27. – EDN: ZSMOZP

9. Жданов С.П., Хвощев С.С., Самулевич Н.Н. Синтетические цеолиты: Кристаллизация, структурно-химическое модифицирование и адсорбционные свойства. –

М.: Химия, 1981. – 264 с.

10. Разработка математической модели расчета установки регенерации метанола на адсорбентах (цеолитах) / А.А. Паранук, А.В. Бунякин, Д.А. Тлий, В.А. Хрисониди // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2021. – № 8. – С. 33–36. – EDN: OKORIZ

11. Paranuk A.A. Khrisonidi V.A. A Promising Method for Separating Binary Methanol–Water Solutions // Chemical and Petroleum Engineering. – 2018. – V. 53. – No. 11–12. – P. 773–777. – https://doi.org/10.1007/s10556-018-0420-4. – EDN: YVDQVK

12. Paranuk A.A. A mathematical model for calculating the adsorbers for drying and concentration of methanol on zeolites // Chemical and Petroleum Engineering. – 2017. – V. 53. – No. 1–2. – P. 41–43. – https://doi.org/10.1007/s10556-017-0291-0. – EDN: MSDIUH

13. Paranuk A.A., Khrisonidi V.A., Ponomareva G.V. KACO zeolite adsorption of ethyl alcohol // Journal of Engineering and Applied Sciences. – 2016. – V. 11. – No. 13. – P. 2876–2877. – https://doi.org/10.3923/jeasci.2016.2876.2877. – EDN: YHLHJL

14. Technological scheme development of the azeotropic mix separation / А.А. Paranuk, V.A. Khrisonidi, Z.Ch. Skhalyakho, A.I. Shugalei // Journal of Engineering and Applied

Sciences. – 2016. – V. 11. – No. 13. – P. 2878–2880. – https://doi.org/10.3923/jeasci.2016.2878.2880. – EDN: YVIGEL