Физические основы применения акустических колебаний для интенсификации растворения каменной соли

Потребность в резервуарах для хранения нефти и нефтепродуктов обуславливается увеличением добычи нефти. В решении этой задачи большое значение приобретают подземные хранилища, создаваемые в месторождениях каменной соли физикохимическими способами и обеспечивающие бесшахтное ведение процесса извлечения полезного ископаемого. Одним из основных недостатков, снижающих общую эффективность сооружения подземных емкостей заданных размеров и формы в месторождениях каменной соли, является длительный срок их создания, что связано с низкой скоростью процесса растворения каменной соли в воде. В связи с этим изыскание рациональных способов интенсификации подземного выщелачивания каменной соли приобретает актуальное значение. Изложены основные направления использования виброакустических колебаний при сооружении емкостей подземных нефтехранилищ выщелачиванием в соляных отложениях. Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований применения упругих колебаний для интенсификации процесса растворения каменной соли. Описан физический механизм воздействия виброакустических колебаний на процесс массопереноса. Этот процесс значительно ускоряется за счет возникновения на границе жидкость-каменная соль вихревых акустических микропотоков, которые разрушают диффузионный пограничный слой и повышают скорость растворения. Представлены результаты лабораторных и полупромышленных исследований и оптимальные режимы воздействия колебаний на процесс растворения. Установлено, что скорость растворения зависит от амплитуды колебательной скорости жидкости и только при определенных значениях этой скорости наблюдается ускорение процесса растворения.

Куренков Д. С., Федоров Г. Б., Дудченко О. Л. Физические основы применения акустических колебаний для интенсификации растворения каменной соли // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2021. – № 5. – С. 45–53. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_5_0_45.

Куренков Дмитрий Сергеевич¹ — старший преподаватель, e-mail: kurenkov@misis.ru,
Федоров Геннадий Борисович¹ — канд. техн. наук, доцент,
Дудченко Олег Львович¹ — канд. техн. наук, доцент,
¹ НИТУ «МИСиС».

Куренков Д.С., e-mail: kurenkov@misis.ru.

1. Аренс В. Ж., Гридин О. М., Крейнин Е. В., Небера В. П., Фазлуллин М. И., Хрулев А. С., Хчеян Г. Х. Физико-химическая геотехнология: Учебник для вузов. — М.: Издво МГГУ. 2010. — 575 с.

2. Oparin V. N., Potapov V. P., Logov A. B., Schastlivtsev E. L., Yukina N. I. Identification of pollutant clusters in trade effluents in Kuzbass // Journal of Mining Science. 2016, vol. 52, no. 5, pp. 1011–1019. DOI: 10.1134/S1062739116041538.

3. Weisbrod N., Alon-Mordish C., Konen E., Yechieli Y. Dynamic dissolution of halite rock during flow of diluted saline solutions // Geophysical Research Letters. 2012, vol. 39, no. 9, L09404. DOI:10.1029/2012GL051306

4. Liu X., Yang X., Wang J., Li D., Li P., Yang Z. A dynamic dissolution model of rock salt under gravity for different flow rates // Arabian Journal of Geosciences. 2016, vol. 9, no. 3, pp. 1–8. DOI:10.1007/s12517-015-2254-0.

5. Yang X., Liu X., Zang W., Lin Z., Wang Q. A Study of analytical solution for the special dissolution rate model of rock salt // Advances in Materials Science and Engineering. 2017, vol. 4, pp. 1–8. DOI: 10.1155/2017/4967913.

6. Yang X., Liu X., Wang J., Zhao Z., Lei H. Analytical solution of a mathematical model for rock salt dissolution in still water // Arabian Journal of Geosciences. 2018, vol. 11, no. 23. DOI: 10.1007/s12517-018-4122-1.

7. Федоров Г. Б., Дудченко О. Л., Куренков Д. С. Строительство подземных сооружений в соляных отложениях с использованием акустических колебаний // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 5. — С. 149–155. DOI: 10.25018/02361493-2019-05-0-149-155.

8. Стоев С. Виброакустическая техника при переработке минерального сырья. — София: Техника, 1989. — 370 с.

9. Jameson G. J., Davidson J. F. The motion of bubble in vertically oscillating liquid: theory for an inviscid liquid, and experimental results // Chemical Engineering Science, 1966, vol. 21, no. 1, pр. 29–34. DOI: 10.1016/0009-2509(66)80004-0.

10. Шульгин А. И., Назарова Л. И., Рехтман В. И. и др. Акустическая технология в обогащении полезных ископаемых. — М.: Недра, 1987. — 232 с.

11. Budzyński P., Gwiazda A., Dziubiński M. Intensification of mass transfer in a pulsed bubble column // Chemical Engineering and Processing — Process Intensification. 2017, vol. 112, pp. 18–30. DOI: 10.1016/j.cep.2016.12.004.

12. Golubina E., Kizim N., Alekseeva N. Intensification of the extraction of rare earth elements at the local mechanical vibration in the interfacial layer // Chemical Engineering and Processing — Process Intensification. 2018, vol. 132, pp. 98–104. DOI: 10.1016/j.cep.2018.08.019.

13. Chakravorty A. Process intensification by pulsation and vibration in miscible and immiscible two component systems // Chemical Engineering and Processing — Process Intensification. 2018, vol. 133, pp. 90–105. DOI: 10.1016/j.cep.2018.09.017.

14. Anushenkov A. N., Rostovtsev V. I., Frizorger V. K. Modification of coal tar pitch in hydropercussion-cavitation field // Journal of Mining Science. 2009, vol. 45, no. 5, pp. 509–516. DOI: 10.1007/s10913-009-0064-z.

15. Федоров Г. Б., Агафонов Ю. Г., Артемьев В. Б., Опанасенко П. И. Виброакустические методы и средства интенсификации процессов горного производства. — М.: Горное дело ООО «Киммерийский центр», 2016. — 255 с.

16. Fedorov G. B., Dudchenko O. L., Kurenkov D. S. Development of vibroacoustic module for fine filtration of drilling muds // Journal of Mining Institute. 2018, vol. 234, pp. 647–651. DOI: 10.31897/PMI.2018.6.647.

17. Ksenofontov B. S., Ivanov M. V. Case study: use of flotation for industrial stormwater treatment // Water Practice and Technology. 2014, vol. 9, no. 3, pp. 392–397. DOI: 10.2166/ wpt.2014.043.

18. Ksenofontov B. S., Ivanov M. V. Intensification of flotation treatment by exposure to vibration // Water Science and Technology. 2014, vol. 69, no. 7, pp. 1434–1439. DOI:10.2166/ wst.2014.046.

19. Ksenofontov B. S., Ivanov M. V. A Novel multistage kinetic modeling of flotation for waste-water treatment // Water Science and Technology. 2013, vol. 68, no. 4, pp. 807–812. DOI: 10.2166/wst.2013.303.

20. Ksenofontov B. S., Antonova E. S., Ivanov M. V., Kozodaev A. S., Taranov R. A. The influence of oil contaminated soil on the quality of surface waste water // Water Practice and Technology. 2015, vol. 10, no. 4, pp. 814–822. DOI: 10.2166/wpt.2015.101.