Мұнайдың орташа фракциясын кавитациялық ӛңдеу (200-300ºС)

 
64 
 
Наноӛлшемді  катализаторлар  қатысында  кавитациялық  ӛңдеу  реакция 
ӛнімдерінің  жоғары  шығымын  қамтамасыз  етіп  қана  қоймай,  алынатын 
материалдардың сипаттамаларын реттеуге мүмкіндік береді. Нанобӛлшектердің 
катализде қолданылуының пайдалылығы, біріншіден, катализатордың меншікті 
бетіне 
пропорционал 
химиялық 
белсенділікпен 
байланысты. 
Нанобӛлшектерден  тұратын  катализатордың  меншікті  беті  гетерогенді 
катализаторға  қарағанда  артық  екендігі  анық.  Нанобӛлшектердің  кӛптеген 
қасиеттері  олардың  ӛлшеміне  байланысты,  сондықтан,  оны  ӛзгерте  отырып, 
нанокатализатордың  белсенділігін  де,  талғамдылығын  да  басқаруға  болады 
[164]. 
Темір 
оксидтерінің 
негізіндегі 
каталитикалық 
жүйелердің 
артықшылықтары  олардың  қолжетімділігі  және  салыстырмалы  түрде 
қарапайым  әдістермен  регенерациялау  мүмкіндігі  болып  табылатындығы 
белгілі,  сондықтан  олар  үлкен  қызығушылыққа  ие.  Нәтижесінде,  олардың 
синтезі  әдістерінің  ӛңдеу  қажеттілігі  және  олардың  мұнай  отындарын 
кавитациялық  ӛңдеу  процесі  барысында  ӛнімдер  шығымына  әсерін  зерттеу 
қажеттілігі пайда болады. 
Темір оксиді кӛптеген түрлерде, соның ішінде 16 таза фазаларда (мысалы, 
Fe
2
O
3
, Fe
3
O
4
), 5 полиморфты модификацияларда (мысалы, α-FeOOH, β-FeOOH) 
және  Fe
2
O
3
  4  түрінде  (мысалы,  α-Fe
2
O
3
,  γ-Fe
2
O
3
)  кездеседі.  Термиялық  ӛңдеу 
кезінде  маггемиттің  гематитке  қайта  құрылуы  аралық  эпсилон-фазаның  пайда 
болуымен  қатар  жүреді.  Гичпен  ұсынылған  гипотеза  темір  оксиді  фазасының 
бӛлшектер  диаметрінен  тәуелділігін  сипаттайды.  Темір  оксиді  фазаларының 
трансформациясы  және  беттік  энергиялары  келесі  тәртіппен  тӛмендейді: 
маггемит, эпсилон, гематит. Бұл темір оксидінің белгілі бір фазасының бӛлшек 
ӛлшемдері  шектелген  ауданда  тұрақтануына  алып  келуі  қажет.  Ұсынылған 
гипотеза  бойынша  маггемит  бӛлшектерінің  ӛлшемдері  эпсилонның  фазалық 
бӛлшектерінен  кіші,  ал  олар,  ӛз  кезегінде,  гематитке  қарағанда  кіші  болып 
келеді. Эпсилон-фаза ӛзінің бӛлме температурасындағы 2 T коэрцитивтілігімен 
және  магниттік  әрі  диэлектрлік  қасиеттерімен  белгілі.  Қазіргі  кезде 
қолданыстың  кӛптеген  мүмкіндіктерін  кӛрсететін  физикалық  қасиеттерінен 
оның синтезі мен қасиеттерді зерттеуге кӛп кӛңіл бӛлінеді. Эпсилон-полиморф 
алғаш  рет  ғалым  Форестьемен 1934  жылы алынды.  Кейіннен  эпсилон-фазыны 
алу  үшін  әр  түрлі  әдістер  қолданылған,  мысалы,  оттегі  ағынынмен  электр 
разрядының  қолданысы.  1998  жылы  Тронц  кремний  диоксидінің  аморфты 
матрицасына енгізілген ε-Fe
2
O
3
 нанобӛлшектерін алды [165]. 
13  суретте  ε-Fe
2
O
3
  нанобӛлшегінің  мессбауэр  спектрлері  кӛрсетілген.  ε-
Fe
2
O
3
  нанобӛлшегінің  мессбауэр  спектрлері  эпсилон-полиформға  сәйкес 
келетін 3 секстеттермен және 1 дублетпен сипатталатындығы кӛрініп тұр. 
 
 

 
65 
 
 
 
Сурет 13 - ε-Fe
2
O
3
/SiO
2
 мессбауер спектрі 
 
Дублеттің  тар  сызықтарынан  бұл  субспектрды  β-фазу  ретінде  анықтауға 
болады, бұл XPRD анализінің нәтижелеріне сәйкес келеді (14 сурет). 14 суретте 
кӛрсетілгендей,  дифракциялық  орторомбтық  ε-Fe
2
O
3
  және  кубтық  бета-Fe
2
O
3
 
ретінде  индекстелінуі  мүмкін.  Дифракциялық  шыңдардың  кең  сызықтары 
бӛлшектердің  айтарлықтай  кіші  ӛлшемін  кӛрсетеді,  ол  [166]  мәліметтеріне 
сәйкес келеді, себебі ε-Fe
2
O
3
 және β-Fe
2
O
3
 темір оксидінің (III) полиформалары 
болып  табылады,  оларды  тек  қана  зертхана  жағдайларында  наноӛлшемді 
формада синтездеуге болады. 
-10
 
-5
 
0
 
5
 
10
 
0,99
 
1,00
 
Intensity
 
(a.u.)
 
velocity (mm/s)
 
 

 
66 
 
Position [°2Theta] (Copper (Cu))
20
30
40
50
60
70
80
90
Counts
0
10000
40000
 AI1301_1000 C
 
 
Сурет 14 - ε-Fe
2
O
3
/SiO
2
 дифрактограммасы
 
 
Үлгі  86  %  ε-Fe
2
O
3
  және  14  %  β-Fe
2
O
3
  тұрады.  β-фазаның  түзілуін  келесі 
болжамдармен  түсіндіруге  болады,  олардың  ешқайсысы  тізімнен  шығарылып 
тасталынбайды:  1.  β-фаза  күйдіру  процесінің  басында  маггемитпен  қоса 
түзіледі; 2. β-фаза маггемиттен ε-Fe
2
O
3
  аралық ӛнім  арқылы  түзіледі;  3.  β-фаза 
ε-Fe
2
O
3
 арқылы түзіледі. 
Алынған 
нәтижелерден 
маггемиттен 
эпсилон 
фазасына 
ӛту 
термодинамикамен  емес,  кинетикамен  байланысты  деп  ұйғаруға  болады. 
Басқаша айтқанда, айналу матрицаның ӛзіндегі ӛзгерістерден туындауы мүмкін 
(мысалы,  матрицаның  механикалық  қасиеттері  деформация  немесе  құрамында 
кӛптеген  қуыстары  бар  жылдам  күйдірілген  SiO
2
кезіндебаяу  күйдірілгеннен 
ерекшеленуі  мүмкін,  сонымен  ол  фазалық  айналымдарды  жүзеге  асырады). 
Жалпыға  ортақ  гипотезаға  сәйкес,SiO
2
 
матрицасындағы  маггемиттің 
дисперстілігі жоғары нанобӛлшектері ғана эпсилон фазасына трансформацияға 
алып  келеді,  нәтижесінде,эпсилон-полиформасының  айтарлықтай  жоғары 
мӛлшеріне  себепші  бола  отырып,  маггемит  бӛлшектері  ε-Fe
2
O
3
  айналған 
болатын. 
15  суретте  ε-Fe
2
O
3
/SiO
2
  нанобӛлшектерінің  ТЕМ  суреттері  және  олардың 
ӛлшемдері  бойынша  таралуы  келтірілген.  Алынған  нанобӛлшектер  сфералық 
және  сопақ  формаларға  ие  екендігі  микросуреттерден  кӛрініп  тұр;  алынған 
бӛлшектердің  негізгі  ӛлшемі  шамамен  8.5-9  нм  құрайды,  бӛлшектердің 
салыстырмалы  түрде  кіші  ӛлшемі  де  сонымен  қатар  XRD  дифрактометр 
анализінің нәтижелеріне сәйкес келеді, себебі кең сызықтар кіші ӛлшемнің бар 
болуын дәлелдейді. 
 

 
67 
 
 
 
Сурет 15 - ε-Fe
2
O
3
/SiO
2
 нанобӛлшектерінің ТЕМ суреттері және олардың 
ӛлшемдері бойынша таралуы 
 
Ӛлшемі шамамен 200 нм болатын Fe
2
O
3
 коммерциялық бӛлшектердің ТЕМ 
суреттері [167] жұмыста келтірілген. Синтезделген ε-Fe
2
O
3
/SiO
2
 салыстырғанда 
Fe
2
O
3
 
коммерциялық  ұнтағы  жүйесіз  сфералық  формаға  ие  және 
қалыңдисперсті болып табылады(16 сурет). 
 
 
 
Сурет 16 - TEM және SEM коммерциялық фотосурет 
 
Осылайша,  алынған  ε-Fe
2
O
3
/SiO
2 
Fe
2
O
3
  коммерциялық  ұнтағымен 
салыстырғанда жоғары дисперстілік, бӛлшектердің кіші ӛлшемі (8.5-9нм) және 
тұрақты  сфералық  форма  сияқты  артықшылықтар  қатарына  ие,  нәтижесінде 
алынған  ε-Fe
2
O
3
/SiO
2
  нанобӛлшектерінің  белсенділігі  коммерциялық  Fe
2
O
3
 
катализаторларынан жоғары екендігі болжамдалды. 
Әрекет  ететін  факторлардың  кӛптүрлілігімен  және  салыстырмалы  түрде 
алынған  нәтижелердің  қиындығымен  сипатталатын  мұнайлы  дисперстік 
жүйелер айтарлықтай күрделі жүйелер болып келетіндіктен, отындардың жеке 

 
68 
 
және  топтық  құрамын  әсер  еткенге  дейін  және  әсер  еткеннен  кейін  сандық 
анықтау  жолымен  кавитациялық  ӛңдеу  нәтижесінде  ӛтетін  отындардағы 
химиялық  айналулар  каталитикалық  кавитациялық  ӛңдеу  процесі  жайында 
қосымша  мәліметтер  бере  алады.  Кавитациялық  ӛңдеуден  кейін  мұнайдың 
орташа фракциясының жеке және топтық кӛмірсутектік құрамы (200-300ºС) 

-
FeOOH, 
Fe(ОА)
3
, 
ε-Fe
2
O
3
/SiO
2, 
модифицирленген 
FeS
2, 
α
-
Fe
2
O
3
/SiO
2
 
нанокаталитикалық  жүйелерінің  қатысында  13  кестеде  және  15  суретте 
келтірілген. 
 
Кесте  13  –  Кавитациялық  ӛңдеуден  кейінгі  мұнайдың  орташа  фракциясының 
(200-300ºС)  жеке  кӛмірсутектік  құрамы  (1-баст.,  2-катализаторсыз,  3-α-
Fe
2
O
3
/SiO
2, 
4-модифицирленген  FeS
2, 
5-

-FeOOH, 6-  Fe(ОА)
3,
  8-  ε-Fe
2
O
3
/SiO
2
) Б 
қосымшасында кӛрсетілген 
 
Кӛмірсутектер 
Құрамы, % 
Декан 
5.87  6.37  11.63  8.35  0.13  0.65  1.25 
Ундекан 
3.63  1.75  4.06  3.46 
2 
6.6 
1.57 
Додекан 
2.82 
1 
2.53  3.54 
- 
- 
3.03 
Тридекан 
10.62  12.9  11.15  12.4  5.31  14.5  13.1 
Тетрадекан 
2.33  1.84  2.95 
3.8  7.73  9.82  13.5 
Пентадекан 
3.1 
9.8 
1.01  1.19  19.3  19.3  19.7 
Гексадекан 
- 
- 
- 
- 
32.9  19.4  34.0 
Гептадекан 
- 
- 
- 
- 
- 
2.59 
- 
Нонадекан 
- 
7.78  4.07  8.54  9.32  13.2 
- 
Октадекан 
- 
 
8.36 
- 
4.04 
- 
2 
Парафиндер 
28.47  41.5  45.76  41.3  80.7  86.1  88.2 
3,6-диметилдекан 
- 
- 
- 
- 
0.16 
- 
- 
5-пропилдекан 
- 
- 
- 
0.39 
- 
- 
- 
2,10-диметилундекан 
- 
- 
- 
- 
1.02 
- 
- 
2,6,11-триметилдодекан 
6.35  2.12  1.14  0.84  0.92 
- 
- 
4,8-диметилтридекан 
0,78 
- 
- 
- 
-- 
0.6 
- 
3-метилпентадекан 
 
- 
- 
0.36 
- 
- 
- 
8-метилпентадекан 
1.59 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
2-метилгептадекан 
1 
- 
- 
- 
1.78  0.52 
- 
2,6,10-триметилтетрадекан 
0,62 
- 
0,5 
- 
- 
- 
- 
2-метилгексадекан 
0,79 
- 
- 
 
- 
- 
- 
2,6,10,14-тетраметилгексадекан 
- 
- 
- 
2,08 
- 
- 
- 
Изопарафиндер 
11,13  2,12  1,64  3,67  3,88  1,12 
 
Пентадецен-1 
- 
0,91 
- 
- 
- 
- 
- 
Гексадецен-1 
3,4 
5,45  4,73  1,32 
- 
1,27 
- 
Октадецен-5 
- 
- 
0,15 
1 
- 
0,96  0,02 
Нонадецен-1 
- 
5.07  0.45  0.33 
- 
- 
- 
Докозен-1 
- 
- 
- 
1.62 
- 
- 
- 

 
69 
 
Трикозен-1 
- 
- 
1.92 
 
- 
1.44 
- 
Олефиндер 
3.4 
11.4  7.25  4.27 
- 
3.67  0.02 
1-этил-2-метилциклопентан 
- 
- 
0.05 
- 
- 
- 
- 
Циклооктан 
- 
0.24 
- 
- 
- 
- 
- 
Метилциклооктан 
2.4 
0.54  0.55  0.53 
- 
- 
- 
Метилциклодекан 
0.46 
- 
0.8 
0.78  0.31 
- 
- 
1,2,3,4-тетраметилциклопендиен-
1,3 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
1,7,11-триметилциклотетра 
декан 
- 
- 
2.79 
- 
1.86 
- 
2.47 
Нафтендер 
2.86  0.78  4.19  1.31  2.17 
- 
2.47 
1,3-диметилбензол 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
0,14 
1,2,3-триметилбензол 
2.25  1.59 
- 
1.18  0.68 
- 
- 
1,2,4-триметилбензол 
1.9 
- 
- 
1.32  0.64 
- 
2.78 
1-этил-4-метилбензол 
- 
- 
- 
- 
- 
0.57 
- 
1-этил-1,4-диметилбензол 
2.56 
- 
0.19 
- 
7.7  0.91 
- 
1-этил-2,3-диметилбензол 
- 
0.42  3.49 
- 
- 
- 
- 
4-этил-1,2-диметилбензол 
- 
- 
- 
0.24 
- 
- 
- 
Ароматты кӛмірсутектер 
6.71  2.01  3.68  2.74  9.02  1.48  2.92 
2,3,6-триметилнафталин 
4.3 
2.14 
- 
3.19 
- 
1.2 
1.71 
1,6,7-триметилнафталин 
 
3.96  1.91 
- 
- 
- 
2.67 
2,7-диматилнафталин 
3.68  1.75  1.65 
- 
- 
- 
- 
Полиароматитты кӛмірсутектер 
7.98  7.85  3.56  3.19 
- 
1.2 
4.38 
2-бутилоктанол-1 
- 
4.22 
- 
- 
- 
- 
- 
2-гексилдеканол 
10.05  3.46  8.34  16.5  0.79  4.11  0.14 
2-гексилоктанол 
10.87  1.67 
3.7 
4.59  2.63 
- 
- 
1,1’-оксибисгексадекан 
13.05  15.8
3 
12.29  14.8
8 
- 
- 
- 
2-додецилоксиэтанол 
2.34  1.17  3.68  2.91 
- 
1.34  1.53 
2-метилдеканол 
- 
0.33  0.35  0.53 
- 
- 
- 
2-метилдодеканол-1 
3.92 
- 
- 
- 
0.31  0.46 
- 
2-этилдодеканол-1 
- 
- 
- 
1.01 
- 
- 
- 
3,7,11-триметилдодеканол 
- 
- 
- 
- 
0.43 
- 
- 
1-этиленоксиоктадекан 
- 
7.61  5.42  3.06 
- 
- 
- 
Гетероатомды қосылысты 
40.23  34.2  33.78  43.4  4.16  5.91  1.67 
 
17  суреттен  кӛрініп  тұрғандай,  мұнайдың  орташа  фракциясының  (200-
300ºС) 
кӛмірсутектік 
құрамын 

-FeOOH, 
Fe(ОА)
3
, 
ε-Fe
2
O
3
/SiO
2, 
модифицирленген  FeS
2, 
α-Fe
2
O
3
/SiO
2
  каталитикалық  жүйелерінің  қатысында 
салыстыру  парафиндік,  изопарафиндік,  олефиндік,  нафтендік,  ароматтық, 
полиароматтық  және  гетероатомдық  кӛмірсутектер  шығымында  айтарлықтай 
жоғары  ӛзгешеліктер  кӛрсетті.  Сонымен  қатар,  каталитикалық-кавитациялық 
ӛңдеудің мұнайдың орташа фракциясының (200-300ºС) кӛмірсутектік құрамына 

 
70 
 
жалпы  заңдылығы  байқалады.  Парафиндік  кӛмірсутектер  мӛлшерінің 
айтарлықтай  жоғарылауы  және  ароматтық,  полиароматтық,  құрамында  оттегі 
бар кӛмірсутектердің тӛмендеуі белгіленген. 
 
 
 
Сурет 17 – Нанокаталитикалық жүйелер (1-катализаторсыз, 2-α- Fe
2
O
3
/SiO
2, 
3-
модифицирленгенFeS
2, 
4-

-FeOOH, 5-Fe(ОА)
3,
 6- ε-Fe
2
O
3
/SiO
2
) қатысындағы 
мұнайдың орташа фракциясының (200-300ºС) топтық кӛмірсутектік құрамы 
 
Тармақталған  қаныққан  кӛмірсутектердің  жалпы  мӛлшерінің  тӛмендеуі 
барлық  жағдайларда  байқалады,  алайда  кавитациялық  ӛңдеуден  кейін  жеңіл 
изопарафиндердің  мӛлшері  артады,  мысалға,  мұнайдың  бастапқы  орташа 
фракциясында 
(200-300ºС) 
2,6,11-триметилдодеканның 
мӛлшері 
модифицирленген  FeS
2
  қатысында  6,35%-дан  1,14%-ға  дейін  тӛмендейді, 
мысалы, 

-FeOOH 
қатысында  5-пропилдеканның  (0,39%)  және  3,6-
диметилдеканның (0,16%) түзілуі байқалады. 
Кавитациялық  ӛңдеуден  кейін  парафиндік  кӛмірсутектердің  мӛлшері 
катализаторсыз  28.47%-дан  41.53%-ға  дейін  және  модифицирленген  FeS
2
 
қатысында  41.35%-ға  дейін  ұлғайды.  α-Fe
2
O
3
/SiO
2
  сфералық  катализаторы 
жағдайында 30.46%-ға дейінгі айтарлықтай ұлғаю байқалады. Ароматтық және 
полиароматтық  кӛмірсутектердің  мӛлшері  катализаторсыз  4,7%-ға  және 
модифицирленген  FeS
2
,  α-Fe
2
O
3
/SiO
2
  катализаторлары  қатысында  7,5-8% 
кетӛмендейді,  ал  ауыр  фракциялар  мӛлшері  тӛмендеуінің  сәйкес  шамасы  С
10
-
С
14
  қосылыстарында  байқалады.  Мысалға,  деканның  мӛлшері  α-Fe
2
O
3
/SiO
2
 
сфералық катализаторлары қатысындағы кавитациялық ӛңдеуден кейін 5,87%-
дан  11,03%-ға  дейін  ұлғайды.  Сонымен  қатар,  құрамында  оттегі  бар 
қосылыстардың мӛлшері 3-6% шамасында тӛмендейді. 

 
71 
 

-FeOOH, 
Fe(ОА)
3
, 
ε-Fe
2
O
3
/SiO
2
 
нанокатализаторлары  жағдайында 
парафиндік  кӛмірсутектердің  мӛлшері  айтарлықтай  52,3%,  57,7%,  59,9% 
сәйкесінше  артады.  Жеке  парафиндер  мӛлшерінің  ӛзгерістері  бірдей  емес 
болып  келеді.  Осылайша,  С
10
-С
13
  парафиндерінің  мӛлшері  тӛмендейді,  ал 
тізбектері  айтарлықтай  ұзын  парафиндердің  мӛлшері  С
15
-С
19 
артады.  Бұл 

-
FeOOH,  Fe(ОА)
3, 
ε-Fe
2
O
3
/SiO
2
  наножүйелер  қатысындағы  кавитациялық  ӛңдеу 
кезінде  қоспада  екі  қабаттасқан  процестің  –деструкция  және  конденсация 
жүруімен  түсіндіріледі.  Сонымен  қатар,  парафиндердің  деструкциясы 
конденсация  процестерінен  асып  түседі.  Сонымен  қоса,  құрамында  оттегі  бар 
қосылыстар  мӛлшерінің 

-FeOOH,  Fe(ОА)
3, 
ε-Fe
2
O
3
/SiO
2
  катализаторлары 
қатысында  сәйкесінше  36,07%,  34,32%,  38,56%  айтарлықтай  тӛмендеуі 
байқалады. 
Алынған  нәтижелер  мұнайдың  орташа  фракциясын  (200-300ºС)  әр  түрлі 
каталитикалық  жүйелер  қатысында  кавитациялық  ӛңдеу  барысында  кӛптеген 
параллель реакциялардың жылдам ӛтуімен молекулалардың айтарлықтай терең 
ыдырауы  жүретіндігін  кӛрсетеді  (дегидрлену,  сутек  донорларының  қайта 
таралуы).  Бұл  реакциялар  ӛтуінің  нәтижесінде  жүйеде  бос  радикалдар 
жинақталады,  олар  ӛз  кезегінде  аралық  реакцияларға  қатысады,  бір  бірімен 
әрекеттеседі,  алайда  нәтижесінде  жүйеде  молекулалық  массасы  кіші 
кӛмірсутектер түзіледі. Жалпы, тәжірибелік мәліметтер кавитацияның оң әсерін 
кӛрсетеді және [168] жұмыста алынған нәтижелермен салыстыруға келеді. 
Осылайша,  мұнайдың  орташа  фракциясының  (200-300ºС)  жеке  құрамын 
сандық  түрде  зерттелген  катализаторлар  қатысында  анықтау  жолымен 
каталитикалық-кавитациялық  ӛңдеудің  оң  әсері  орнатылды.  Кӛмірсутектердің 
конверсиясы  дәрежесі  бойынша  каталитикалық  жүйелер  келесі  қатарда 
орналасады:ε-Fe
2
O
3
/SiO
2
˃Fe(ОА)
3
˃

-FeOOH˃α-Fe
2
O
3
/SiO
2
˃модифицирленген 
FeS
2
. Мұнайдың орташа фракциясын (200-300ºС) каталитикалық ӛңдеу кезінде 
жоғарыда  келтірілген  каталитикалық  жүйелерді  қолданудың  мақсаттылығы 
химиялық  белсенділікпен  және  талғамдылықпен  байланысты,  ол  меншікті 
бетке  және  жоғары  дисперстілікке,  сонымен  қатар  берілген  каталитикалық 
жүйелердің қуысты құрылымына пропорционал. 
 
3.6  Мұнайдың  орта  фракциясының  (200  –  300°С)  каталитикалық  – 
кавитициондық қайта ӛңдеудің оңтайлы шарттарын анықтау 
Экспериментті жоспарлау – бұл процесс механизімі жайлы толық ақпарат 
болмаған  жағдайда  экспериментпен  оңтайлы  басқару.  Эксперимент  жайлы 
ғылымға  қызығушылық  экспериментті  айтарлықтай  экономикалық  эффект 
және экспериментті зерттеулердің кең масштабының оңтайлы ұйымдастырумен 
байланысты.  Оңтайлы  эксперимент-  бұл  уақыт  пен  қажетті  заттарды  үнемдеу. 
Нүктелердің  оңтайлы  орналасуына  байланысты  факторлы  кеңістікте  және 
координаттардың сызықты түрлену кезінде, классикалық анализ кемімелін ӛтуі 
мүмкін,  әдетте  регрессия  теңдеулерінің  коэффициенттері  арасындағы 
байланыс.  Эксперимент  жоспарын  таңдау  зерттеу  мақсатын  қоюмен  және 
нысанның  ерекшеліктерімен  анықталады.  Экспериментті  жоспарлау  бір 

 
72 
 
уақытта  барлық  факторларды  түрлендіруге  және  әрекеттесу  эффектілері  мен 
негізгі эффектілердің сандық бағасын алуға мүмкіндік береді. 
Мұнай  отындарын  кавитациялық  ӛңдеудің  технологиялық  міндеттерін 
шешудің жемісті бір жолы – бұл процесстің оңтайлы шарттарын анықтау болып 
табылады:  кавитациялық  ӛңдеу  ұзақтығы,  қосатын  катализатор  мен  судың 
мӛлшері.  Оңтайландыру  (у)  параметрлері  ретінде  мұнайдың  орта 
фракциясының  динамикалық  тұтқырлығы  қарастырылды,  себебі  тұтқырлық 
мұнай  отындарыдың  физика-химиялық  қасиеттерінің  негізгі  параметрі  болып 
табылады.  Тәуелсіз  факторлар  ретінде  келесілер  таңдалды:  z
1
–  кавитациялық 
ӛңдеудің  ұзақтыңғы  (с);  z
2
  –  катализатор  мӛлшері  (г);  z
3
  –  қосылатын  су 
мӛлшері (мл). 
Мұнайдың  орта  (200-300ºС)  фракциясын  кавитациялық  ӛңдеу  кезінде 
тұтқырлықтың тӛмендеуіне әртүрлі факторлардың әсерін экспериментті толық 
факторлы  жоспарлау  әдісі  арқылы  анықталған  [169].  Регрессияны  есептеуге 
арналған  сызықты  теңдеуді  енгізу  үшін  эксперименттің  толық  факторлы 
жоспарлаудың  кеңейтілген қалыптамасы қолданылған болатын 2
3
 тіпті (деңгей 
саны  2  құрады,  фактор  саны  –  3),  бұнда  зерттеу  үшін  алынған  деңгейлерде 
мүмкін  болатын  барлық  комбинациялар  жүзеге  асырылады.  Жоспар  центрінің 
координаттары,  ӛзгеру  интервалы  және    зерттеу  деңгейлері  14  кестеде 
келтірілген. 
 
Кесте 14 – Эксперимент шарттары  
 
 
Негізгі деңгей, z
o
j
 
z
1,
 
z
2
 
z
3
 
90 
0,75 
1,5 
Ӛзгеру интервалы, Δz
j
 
30 
0.25 
0,5 
+1 
60 
1 
2 
-1 
120 
0.5 
1 
 
15  кестеде  ӛлшемсіз  масштабтағы  2
3
  толық  факторлы  экспериментті 
жоспарлаудың кеңейтілген қалыптама жоспары келтірілген. 
 
Кесте 15 – 2
3
 толық факторлы экспериментті жоспарлаудың кеңейтілген 
матрицасы
 
 
Тәжірибе 
саны 
x
0
 
x
1
 
x
2
 
x
3
 
x
1
x
2
 
x
1
x
3
 
x
2
x
3
 
x
1
x
2
x
3
 
y
эксп
, 
Па·с
 
1 
+1 
–1 
–1 
–1 
+1 
+1 
+1 
–1 
2,52 
2 
+1 
+1 
–1 
–1 
–1 
–1 
+1 
+1 
2,34 
3 
+1 
–1 
+1 
–1 
–1 
+1 
–1 
+1 
2,4 
4 
+1 
+1 
+1 
–1 
+1 
–1 
–1 
–1 
2,28 
5 
+1 
–1 
–1 
+1 
+1 
–1 
–1 
+1 
2,37 
6 
+1 
+1 
–1 
+1 
–1 
–1 
–1 
–1 
2,4 
7 
+1 
–1 
+1 
+1 
–1 
–1 
+1 
–1 
2,26 

 
73 
 
8 
+1 
+ 
+1 
+1 
+1 
+1 
+1 
+1 
2,16 
 
15  кестеде  келтірілген  жоспарды  қолдана  отырып,  регрессияның  толық 
сызықты теңдеуінің коэффициенттері анықталған: 
 
3
2
1
123
3
2
23
3
1
13
2
1
12
3
3
2
2
1
1
0
ˆ
x
x
x
b
x
x
b
x
x
b
x
x
b
x
b
x
b
x
b
b
y








            (3.6.1) 
 
Регрессияның  кез-келген  коэффицинті  b
j 
y  бағанасының  скалярлы 
туындысымен  сәйкес  келетін  бағанамен  x
j
,  жоспарлау  матрицасында 
тәжірибелер санына N бӛлу арқылы анықталады: 
 



N
i
i
ji
j
y
x
N
b
1
1
                                         (3.6.2) 
 
(3.6.2)  теңдеуге  сәйкес  регрессия  теңдеуінің  келесі  коэффициенттері 
алынған болатын : b
0
 = 18,9; b
1
 =-0,44; b
2
 =-0,34; b
3
 =-0,36;b
12=
-0,89; b
13
 =-4,6;b
23 
=-0,16; b
123 
=0,04. 
Қайта  жүру  дисперсиясын  (
2
воспр
s
)  анықтау  үшін,  жоспар  ортасында 
регрессия  коэффицинтерінің  мәнін  және  теңдеу  адекваттылығын  тексерген 
кезде  қосымша  үш  тәжірибе  қойылған  болатын  және  y  келесідей  нәтижелер 
алынған болатын: 
;
42
,
2
0
1

y
 
;
3
,
2
0
2

y
 
;
37
,
2
0
3

y
                             (3.6.3) 
 
36
,
2
3
3
1
0
0




u
u
y
y
                                               (3.6.4) 
 
;
0016
,
0
2
)
(
3
1
2
0
0
2
воспр





u
u
y
y
s
  
04
,
0
воспр

s
                   (3.6.5) 
 
Ковариациялық  матрицаның  диагональды  элементтері  ӛзара  тең, 
сондықтан  барлық  теңдеудің  коэффициенттері  (3.6.1)  бірдей  нақтылықпен 
анықталады: 
N
воспр
s
s
j
b

                                                      (3.6.6) 
 
Формулаға сәйкес (3.6.6):  
014
,
0
8
/
04
,
0


j
b
s
 
 
014
,
0
8
/
04
,
0


j
b
s
                                       (3.6.7) 

 
74 
 
Регрессия  теңдеулерінің  коэффициенттер  мәні  Стьюдент  критерии 
бойынша келесі формуламен бағаланған: 
 
=
                                                         (3.6.8) 
 
Формулаға  сәйкес  (3.6.8)  t
0
  =1334,1;t
1
=31,05;t
2
=24;  t
3
=25,4;  t
12
=62,8;t
13
 
=324,7;t
23
 =11,3;t
123
 =2,82. 
Стьюдента критериінің кестелік мәндеріp = 0,05 деңгей мәні үшін және бос 
дәрежелер  үшін  f=  2  t
p
(f)  =  4,30.  Осыған  орай,  коэффициент  b
123
аса  маңызды 
емес және оны регрессия теңдеуінен (3.6.1) алып тастауға болады, және теңдеу 
келесі түрге түрленеді: 
 
3
2
3
1
2
1
3
2
1
016
6
,
4
89
,
0
36
,
0
34
,
0
44
,
0
9
,
18
ˆ
x
x
x
x
x
x
x
x
x
y







   (3.6.9) 
 
Алынған  эксперименттің  регрессия  теңдеуінің  (3.6.10)  адекваттылығы 
Фишер критериі бойынша жасалды: 
 
2
воспр
2
ост
/
s
 
F
s

                                         (3.6.10) 
 
0225
,
0
)
ˆ
(
8
1
i
2
2






l
N
y
y
s
i
i
ост
                             (3.6.11) 
 
мұндағы:  l–  регрессия  теңдеуіндегі  айтарлықтай  мағызды  коэффициенттер 
саны, 4 тең. Онда F= 0,0225/0,0016 = 14,06. Фишер критериінің кестелік мәні p 
= 0,05, f
1
= 1, f
2 
= 2 үшін, F
1–p
(f
1
, f
2
) = 18,5, яғниF1–p
(f
1
, f
2
). 
Сондықтан,  алынған  регрессия  теңдеуі  (3.6.9)  экспериментті  адекватты 
түрде сипаттайды. 
18  суретке  сәйкес,  алынған  математикалық  есептеулер  бойынша 
кавитациялық  ӛңдеу  үшін  оңтайлы  шарттар  келесі:  τ  =  90  –  120  с,  қосылатын 
катализатор мӛлшері 0,7-1г және қосылатын су мӛлшері -1,5-2мл. 
 

 
75 
 
 
 
 
Сурет 18 - мұнайдың орта фракциясын (200-300ºС) кавитациялық ӛңдеу кезінде 
тұтқырлықтың азаюына z
1, 
z
2, 
z
3
 факторларының әсері 
 
Осылайша, факторлар қатары орнатылып және FeS
2
 катализатор қатысында 
мұнайдың  орта  фракциясын  (200-300ºС)  кавитациялық  ӛңдеудің  оңтайлы 
жағдайлары табылды. 
 

жүктеу/скачать 3,46 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: