НАУЧНО-ПРИЛОЖНА КОНФЕРЕНЦИЯ

Препис

1 УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАЗОВАНИЕ MAAGEMET AD EDUCATIO TOM V ( 9 VOL. V ( 9 MАТЕМАТИЧНИ МОДЕЛИ ЗА КОНТРОЛ НА КАЧЕСТВОТО НА КИНЕМАТИЧНИЯ ВИСКОЗИТЕТ НА СРЕДНОДЕСТИЛАТНИ ГОРИВА, ПОЛУЧЕНИ ЧРЕЗ КАТАЛИТИЧНА ДЕПОЛИМЕРИЗАЦИЯ НА ТЕЖКИ НЕФТЕНИ ОСТАТЪЦИ Добромир Йорданов, Петко Петков, Александър Димитров, Димитър Гогов, Златоцвет Цонев MATHEMATICAL MODELS TO QUALITY COTROL OF THE KIEMATIC VISCOSITY OF MIDDLE DISTILLATED FUELS DERIVED FROM DEPOLYMERIZATIO PROCESS OF HEAVY OIL WASTES Dobromr Yordaov, Petko Petkov, Aleksadar Dmtrov, Dmtar Gogov, Zlatovet Tsoev ABSTRACT: The methods of explotato propertes of dfferet prodts osst of theory ad expermet. The theoretal model of the expermet s desrbed by the partal dfferetal eqatos, that lde the ma pts to the fto. The fal reslts of the parameters are omplete wthot the qatty estmato of ertaty measremet. I ths paper we have vestgated the sestvty oeffet of the relato betwee the kemat vsosty of derved by atalyt depolymerzato of heavy ol wastes fels ad temperatre. The mathematal models ad dfferetal eqatos are proposed to qalty otrol of explotato propertes of prodts aredted laboratores. Key words: mddle dstllated fels, mathematal models, stadard ertaty, sestvty oeffet, explotato propertes. Въведение Методите, използвани за измерване на термофизичните параметри на материалите, могат да се разделят на равновесни и динамични. Докато електрическият нагревател прилага равновесно температурно поле вътре в изследваната проба, то електрическият преобразувател използва динамично температурно поле. Динамичните методи [-4] могат да се характеризират по следния начин. Температурата на изследвания образец се стабилизира. След това се прилага динамично топлинно поле върху пробата под формата на пулсации. Параметрите на изследвания материал по-нататък се изчисляват на основата на получената температура. Процедурата на измерването съдържа в себе си теоретична и експериментална част. Теоретичният модел на експеримента се описва от диференциално уравнение за топлопренасяне. Функцията на температурата е решение на това диференциално уравнение с гранични и начални условия, съответстващи на експерименталните данни. Експерименталната част се състои в измерване на температурата и изследването на влиянието на температурната функция върху получените експериментални данни. Използвайки тази описана по-горе процедура могат да бъдат оценени експлоатационните показатели на различни продукти. Количественото определяне на експлоатационните показатели е немислимо без оценката на разширената неопределеност. Този параметър се състои от случайни и системни компоненти. Случайният компонент на неопределеността представлява измерване на точността или неточността на процеса, приложен за всяко специфично измерване. Системният компонент на процеса представлява оценка на тенденцията за измерване на различна характеристика от изследваната, и се определя от големината на разликата μ - τ между средната стойност и действителната (истинската стойност [5, 6]. Целта на настоящата статия е оценката на коефициента на чувствителност на зависимостта кинематичен вискозитет-температура за среднодестилатни горива, получени чрез каталитична деполимеризация на тежки нефтени остатъци, и създаване на обобщен математичен модел на основата на коефициента на чувствителност за контролиране на качес- 7

2 твото на показателя в акредитираните лаборатории. Експериментална част Докато истинските стойности на величините Х в общия случай са неизвестни, оценените стойности x се използват като входни данни при оценяване на неопределеността на резултатите на измерване. В зависимост от начина, по който са определени стойността на величината и свързаната с нея неопределеност, входните величини могат да се разделят на две групи: а величини, чиято оценка и свързаната с нея неопределеност са пряко определени при измерването; б величини, чиято оценка и свързаната с нея неопределеност са внесени в измерването от външни източници. Оценяването на неопределеността на измерване, свързана с оценките на входните величини се извършва по два метода: тип А и тип В. Оценяване на средноквадратичната неопределеност тип А При този метод неопределеността се оценява чрез статистически анализ на серии от наблюдения и се изразява с експерименталното средноквадратично отклонение на средноаритметичната стойност. При независими отделни измервания (> и при еднакви условия на измерване оценената стойност x на величината Х се изразява чрез средноаритметичната стойност на отделно измерените стойности Х j ( j=,, : x = X j ( j= Оценката на средноквадратичното отклонение на разпределението на стойностите Х j, се определя по формулата: S ( X = ( X j X j = ( Тази оценка характеризира дисперсията на резултатите на серия от измервания на една и съща измервана величина. Оценката на средноквадратичното отклонение на средноаритметичната стойност се определя по формулата: S( X S x = S X (3 ( ( = Тази оценка представлява експерименталното средноквадратично отклонение на средноаритметичната стойност. Средноквадратичната неопределеност на средната стойност на измерваната величина (x при извършване на независими определения, за които е характерно нормално разпределение, се изчислява по уравнението: ( x j x x j = ( x = (4 ( x е средноаритметичната стойност на измерваната величина ; xj е резултатът от j-тото измерване на измерваната величина x ; е броят на измерванията (. Когато броят на измерванията е по-малък (<, средноквадратичната неопределеност на средната стойност на измерваната величина (x се изчислява по уравнението: ( x j x x j = ( x = h (5 ( x е средноаритметичната стойност на измерваната величина ; xj е резултатът от j-тото измерване на измерваната величина x ; h е коефициент на сигурност (стойностите за h са дадени в Табл.; е броят на измерванията (<. Таблица. Коефициент на сигурност h Брой на единичните измерени стойности Коефициент на сигурност h 7, 3,3 4,7 5,4 6,3 8

3 7,3 8, 9,, Оценяване на средноквадратичната неопределеност тип В При този метод неопределеността се оценява по начини, различни от статистическия анализ на серия наблюдения, при които неопределеността при измерване е внесена от външни източници, като например: - вземане на извадки; - подготовка на извадките за изпитване; - използвани еталони и сертифицирани сравнителни материали (ССМ; - използвана стъклария; - използвани средства за измерване (СИ при изпитването; - условия на околната среда;. Неопределеност от вземане на извадки Вземането на извадки се извършва съгласно изискванията на стандартите и методиките за изпитване. Приносът към неопределеността от вземане на извадки се включва в оценката на неопределеността от многократните повторни измервания при изпитванията, извършени от лабораторията. При промяна на тези условия неопределеността се изчислява съгласно. Неопределеност от подготовката на извадката за изпитване Тази неопределеност е в съответствие и в зависимост от начина на подготовката на извадката, посочен в методиките за изпитване. При промяна на тези условия неопределеността се изчислява в зависимост от направените допълнителни аналитични методи за подготовка на извадката съгласно [4]. Неопределеност от използвани еталони и сертифицирани стандартни материали (ССМ Когато се използват еталони и/ или сертифицирани стандартни материали се използва директно неопределеността, посочена в сертификата на ССМ. Ако в сертификата на ССМ е посочена грешка на сертифицираната стойност, то средноквадратичната неопределеност се изчислява при допускане на правоъгълно разпределение: ΔCCCM U ( Δ CCCM = (6 3 Δ C CCM е грешката на сертифицираната стойност на ССМ, посочена в сертификата Неопределеност от използваната стъклария Обемната стъклария (клас А е обозначена от производителя с номиналния обем и толеранс. Тъй като при обемната стъклария е найвероятно действителния обем да е в средата на интервала на разпределение, се приема че разпределението на стойностите е триъгълно и тогава неопределеността на използваната стъклария се изчислява по формулата: a V = (7 6 V e неопределеността на използваната стъклария; а е толерансът, зададен от производителя. В случаите, когато се използва стъклария, с по-нисък клас на точност (например градуиран цилиндър се приема, че стойностите са разпределени по правоъгълния закон на разпределение. Тогава неопределеността на използваната стъклария се изчислява по формулата: a V = (8 3 V e неопределеността на използваната стъклария; а е толерансът, зададен от производителя. Неопределеност от средството за измерване (СИ Тази неопределеност се взема от свидетелството за калибриране на СИ. Определяне на комбинираната средноквадратична неопределеност на изходната оценка Ако функцията на модела f e сума или разлика входните величини, y = f ( x x,..., =, x x (9 = комбинираната средноквадратична неопределеност на изходната оценка се определя от израза: ( y = ( y = ( 9

4 ( ( y = x е приносът в комбинираната средноквадратична неопределеност, (средноквадратичната неопределеност, свързана с изходната оценка y, получен от средноквадратична неопределеност, свързана с входната оценка x. y = e коефициент на чувствителност, x свързан с входната оценка x ; е средноквадратичната неопределеност, ( x свързана с входната оценка x. Следователно комбинираната средноквадратична неопределеност на изходната оценка ще се определя от израза: ( y = ( x = ( Ако функцията на модела f e произведение или частно на входните величини, y = f x x,..., x = x x... x (, y = f x x,..., x = x / x... x, или ( ( относителната комбинирана средноквадратична неопределеност на изходната оценка се определя от израза: ( y ( x = ( y = x Следователно комбинираната средноквадратична неопределеност на изходната оценка ще се определя от израза: ( x ( = y y (3 = x Разширената неопределеност (U е величина, която дефинира около резултата от измерване интервал, за който може да се очаква, че обхваща голяма част от разпределението на стойностите, които биха могли да се припишат на измерваната величина и се изчислява по следната формула: ( y U = k (4 y е комбинираната средноквадратична ( неопределеност на изходната оценка; k е коефициент на доверителния интервал. При нормално разпределение на стойностите и вероятност на доверителния интервал приблизително 95%, k =. Пълният резултат от измерването се състои от оценката у на измерваната величина и свързаната с нея разширена неопределеност U и се представя в следната форма: y ± U (5 В резултат от нашите експериментални изследвания с тежките нефтени остатъци са получени среднодестилатни фракции с различен кинематичен вискозитет, с обхват показан в табл. и 3. От представените данни в таблици и 3 се получава коефициент на чувствителност за посочените обхвати на кинематичен вискозитет, както следва (Табл. 4: Таблица. Промяна на кинематичния вискозитет при 4 С на получените среднодестилатни фракции с обхват на вискозитета (, 4, mm /s в зависимост от температурата T, C Кинематичен вискозитет, ν, mm /s,,5 3, 3,5 4, 38,9,5 3,8 3,57 4,8 39,898,599 3,799 3,57 4,799 4,897,598 3,798 3,57 4,798 4,896,597 3,797 3,579 4,797 4,895,596 3,795 3,578 4,796 Таблица 3. Промяна на кинематичния вискозитет при 4 С на получените среднодестилатни фракции с обхват на вискозитета (4,5 7, mm /s в зависимост от температурата T, C Кинематичен вискозитет, ν, mm /s 4,5 5, 5,5 6, 6,5 7, 38 4,598 5, 5,585 6,75 6,5394 6, ,593 5,995 5,58 6,7 6,5389 6, ,588 5,99 5,575 6,65 6,5384 6, ,583 5,985 5,57 6,6 6,5379 6, ,577 5,98 5,565 6,55 7,5374 6,996

5 Таблица 4. Коефициент на чувствителност за кинематичния вискозитет при 4 С на получените среднодестилатни фракции с обхват на вискозитета (, 7, mm /s Кинематичен вискозитет, ν, mm /s Коефициент на чувствителност, α, / C, 4,, 4,5 7,,5 За изразяване на връзката между кинематичния вискозитет на среднодестилатните фракции и температурата предлагаме следното уравнение: ν = ν ( + αδ (6 t Изследвайки зависимостта гореописаното уравнение може да се представи в диференциална форма по следния начин: ν = ν + ν αδt + ν Δt α + ν α t (7 След интегриране на уравнение 7, може да се представи комбинираната неопределеност във вида: U ( ν = Uν + ( U α t ( ν αu ν Δ + t (8 Конкретно в нашия случай за проба с кинематичен вискозитет с обхват 3, mm /s, можем да изчислим комбинираната неопределеност съгласно уравнение 8. Разширената неопределеност се изчислява съгласно уравнение 4. Пълният резултат от измерването се състои от оценката у на измерваната величина и свързаната с нея разширена неопределеност и се представя във вида: (3,8±,4 mm /s Изводи. Изследван е коефициентът на чувствителност на зависимостта кинематичен вискозитет-температура за среднодестилатни горива, получени чрез каталитична деполимеризация на тежки нефтени остатъци.. Разработен е обобщен математичен модел на основата на коефициента на чувствителност за изчисляване на комбинираната неопределеност. 3. Предложените уравнения могат да намерят приложение при контролиране на качеството на изпитване, както на кинематичния вискозитет на среднодестилатните фракции, така и на други експлоатационни характеристики на продуктите. Литература. Kbár L., V. Bohá, Pro. 4th It. Cof. o Thermal Codtvty/th It. Thermal Expaso Symp., Otober 6-9, 997, ed P.S. Gaal ad D. E. Apostoles (Laester: Tehom p.35.. Vozár L., G. Groboth, Hgh Temp.-Hgh Press., 997, 9, Malar C. Meas. S. Tehol., 4, 4, p Seosa J., C. Msgrave, It. J. Chem. Ket., 3, 35, p ISO 993, Gde to the expresso of the Uertaty measremet (Geeva:ISO. 6. Measremet ertaty arsg from samplg: A gde to methods ad approahes (7, Erahem/ EUROLAB/CITAC/ ordtest/ AMC Workg Grop. Гл. ас. д-р Добромир Иванов Йорданов Проф. дтн Петко Стоянов Петков Гл. ас. д-р Александър Николов Димитров Доц. д-р Димитър Тодоров Гогов Инж. Златоцвет Белчев Цонев Университет Проф. д-р Асен Златаров - Бургас Катедра Индустриални технологии и мениджмънт Адрес: 8 Бургас, ул. Проф. Якимов e-mal: dobromrj@abv.bg