Электрофизические методы обработки материалов

Индекс доходности (РI) - отношение суммарных приведенных чистых поступлений к суммарному объему капитальных вложений:

PI = (3.8.1)

Определим индекс доходности (PI) :

PI = (56 058 867,7/1,15) / (32 440 560/ 1,15) = 1,7

Как видим, индекс доходности является положительным, то есть PI > 1, а это является критерием эффективности проекта.

3.9 Период окупаемости вложенных средств

Период окупаемости (Пок) - это продолжительность периода, в течение которого начальные негативные значения накопленной денежной наличности полностью компенсируются ее положительными значениями. Период окупаемости может быть определен из следующего равенства:

, (3.9.1)

где, Пок - период возврата вложенных средств, годы.

Определим прибыль предприятия в месяц:

П_ср = 192 862 807,7 / 36 = 5 357 300,2 руб/мес.

Определим период окупаемости проведённого ГРП:

П_ок = 32 440 560 / 5 357 300,2 = 6 мес. = 0,5 года.

Срок окупаемости по проектируемому варианту составит 0,5 года, период за которым значение NPV и дальше положительно.

3.10 Сравнение технико-экономических показателей базового варианта

без проведения ГРП и варианта с проведением.

Анализ основных технико-экономических показателей разработки

Динамика показателей разработки на основании таблицы 3.10

Приразломное месторождение разрабатывается с 2000 года.. За 12 лет разработки , как видно из таблицы 3.10 , добыча нефти постоянно растет .

Если в 2000 году она составляла 2300 тонн нефти, то к 2011 году достигла 1485000 т., добыча жидкости возросла от 2300 до 1608000 т..

Таким образом к 2010 году накопленная добыча нефти составила 8583,3 тыс.т.

С 2003 года для поддержания пластового давления в эксплуатацию вводятся нагнетательные скважины и начинается закачка воды. На конец 2010 года нагнетательный фонд составляет 132 скважины, а закачка воды росла с 100 до 2362 тыс.т. к 2010 году . С ростом закачки увеличивается средний дебит действующих скважин по нефти. К 2010 году дебит увеличивается, что объясняется правильным выбором количества закачиваемой воды.

Также с момента ввода в эксплуатацию нагнетательного фонда начинается рост обводненности продукции и к 2010 году она достигает отметки - 9,8 % , первые 5 лет обводненность - 0 % .

Фонд добывающих скважин к 2010 году составил 414 скважины, из них скважин, добывающих продукцию механизированным способом - 373 К 2010 году накопленная добыча нефти составила 8583,3 тыс.т.

Приразломное месторождение является одним из самых молодых и перспективных в Западной Сибири.

3.11 Вывод экономической эффективности проведения ГРП

Анализируя стоимостm проведения ГРП можно сделать вывод, что на повышение стоимости в основном влияет статья «Вспомогательные материалы» - 85,5%

Для снижения стоимости необходимо:

- Разработка и внедрение новых, российских химических реагентов;

- Усовершенствование технологии проведения ГРП и сокращение времени его проведения;

- Применение российского оборудования, не уступающего по качеству и характеристикам импортному;

- Заключение взаимовыгодных договоров со смежными компаниями;

- Проводить ГРП объёмом 150 и более тонн, т.к. они в несколько раз увеличивают производительность скважин, а следовательно за более коротки сроки самоокупаются.

Таблица 3.10 экономической эффективности проведения ГРП

Электрофизические методы обработки материалов

3.1. Технологические свойства и проявления электрического тока.

3.2. Электрофизические явления в средах с током.

3.3. Электрорассоление почв.

3.4. Обработка кормов и растений.

3.5. Предпосевная обработка семян.

3.6. Применение электрического тока в ветеринарии и животноводстве.

3.1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ПРОЯВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Электрический ток является частной формой электромагнитного поля и его технологические свойства и проявления обусловлены свойствами поля.

В сельскохозяйственном производстве электрический ток применяют в следующих основных областях: обработка кормовых материалов для повышения эффективности их использования; обеззараживание сельскохозяйственных сред; получение дезинфицирующих растворов; воздействие в целях стимуляции или подавления жизнедеятельности семян и растений; электромелиорация почв; обезвоживание влажных материалов; электрофлотация, опреснение и активация воды и водных растворов; электрохимические методы обработки в ремонт­ном производстве и т. д.

Технологические действия и проявления электрического тока при обработке органических материалов и различных сред

термические: нагрев сред, избирательный нагрев;

электрофизические: электроплазмолиз; электросмос; электрофорез; десольватация ионов; повышение степени диссоциации молекул; поляризация свободных
и связанных зарядов;

электрохимические: активация ионов; электролиз; изменение потенциалов; повышение концентрации ионов в реакционной зоне; снижение энергии активации;

биологические: подавление жизнедеятельности биологических объектов; стимуляция жизнедеятельности биологических объектов;

информационные: создание информационных и управляющих сигналов; изменение направления обменных процессов; включение активного транспорта

3.2. Электрофизические явления в средах с током.

Электрический ток в электролитных средах - это направленный поток ионов в электрическом поле. Прохождение электрического тока в электролитах сопровождается переносом вещества, поляризацией сред, электрокинетическими явлениями (электрофорез, электроосмос, потенциал течения), электрохимическими проявлениями.

Поляризация- смещение или выравнивание зарядов вещества под воздействием электрического поля. Различают электронную, ионную, миграционную, концентрационную, ориентационную и электрохимическую поляризацию. При обработке электрическим током низкой частоты наибольшее влияние оказывают последние три вида.

На границе между твердым телом и жидкостью происходит пространственное распределение электрических зарядов, приводящее к возникновению разности потенциалов между соприкасающимися веществами. В установившемся режиме обмена ионами создается равновесный потенциал, определяемый концентрацией раствора, при которой ни раствор, ни электрод не приобретают электрических зарядов. Если раствор имеет нормальную концентрацию, то нормаль­ный электродный потенциал, В,

(3.1)

где – универсальная газовая постоянная; - термодинамическая температура, К; - заряд иона с соответствующим знаком; – число Фарадея; - концентрация ионов до протекания тока, ^.

При отклонении концентрации от исходных условий разность потенциалов между электродом и раствором, В,

или (3.2)

,

где и - концентрации потенциалопределяющих ионов в электроде и растворе, моль/см³; - текущее значение концентрации раствора, моль/см³.

Изменение концентрации и потенциала наблюдают не только на электродах, но также на мембранах и в растворе. Причина поляризации - различная активность ионов. Связь между силой тока и поляризацией (перенапряжением) для постоянного тока рассмотрена в главе 2.3, для переменного определяется уравнением Крюгера

, (3.3)

где - амплитуда тока, А; - число электронов, отвечающее разряду одной частицы; - круговая частота тока, ; - коэффициент диффузии потенциалопределяющих (химически активных) ионов, .

Электрокинетические явления - движение под действием электрического поля твердых тел в жидкости (электрофорез) или жидкости относительно твердой фазы (электроосмос). На границе раздела твердой и жидкой фаз вследствие специфической адсорбции перераспределяются электрические заряды и образуется двойной электрический слой (рис. 3.1). Возникает "скачок" потенциала . Если вдоль границы раздела фаз приложить напряжение от внешнего источника, создав некоторую разность потенциалов, то слои твердого тела и прилегающей к нему жидкости перемещаются в сторону противоположного (по сравнению со знаком заряда этого слоя) полюса источника.

Рис. 3.1 Схема образования двойного электрического слоя

В результате внутреннего трения движение передается соседним слоям. Таким образом, при жестко закрепленном твердом теле начинается движение жидкости, называемое электроосмосом.

Линейная скорость электроосмоса в единичном капилляре, м/с,

, (3.4)

где - диэлектрическая проницаемость среды, Ф/м; - электрокинетический потенциал, В; - напряженность электрического поля, В/м; - динамическая вязкость жидкости, Па с; 1 Па∙с=1кг/(с м).

Скорость электрофореза определяется формулой Смолуховского, м/с,

(3.5)

где - дзета - потенциал (часть электрокинетического потенциала), В.

Электрокинетические явления используют в процессах обезвоживания влажных и насыщения капиллярно-пористых сред влагой.

При прохождении жидкости через пористые среды, особенно с избирательной проницаемостью (например, ионитовые мембраны), ионы разделяются. На этом основаны процессы электродиализаи активации водных растворов.

3. 3 Электрорассоление почв

В засоленных почвах содержатся токсичные соли, угнетающе действующие на растения. По существующим технологиям такие почвы промывают пресной водой. Расход воды составляет 5... 30 тыс. м³/га, процесс длится 6...8 мес.

При использовании электрического тока для рассоления потребность в воде и время промывки значительно сокращаются, интенсификация процесса возрастает из-за повышения фильтрационной способности засоленной почвы при электроосмосе, увеличения растворимости солей вследствие изменения рН среды при электролизе, усиления массообменных процессов в электрическом поле. Это способствует вытеснению растворимых токсичных солей из верхнего почвенного слоя в нижележащие, откуда соли отводят с помощью дренажной системы.

В полевых условиях электромелиорацию проводят следующим образом. Выделенные участки (чеки) готовят к промывке по обычной технологии. Затем монтируют электроды (аноды и катоды), в качестве которых чаще всего применяют металлические трубы или стержни диаметром 35...70 мм. Глубина заделки катодов (3...5 м) обычно больше, чем анодов (0,6... 1,8 м). Катоды и аноды устанавливают на одной линии. Расстояние между электродами в линии 10...20 м, между линиями 40...80 м (рис. 3.2).

Рис. 3.2 – Схема питания электродной системы при электрорассолении почвы

После заполнения чеков водой линии с одноименными электро­дами подключают к выпрямительному устройству. При постоянном токе напряжение 75... 100 В, плотность тока в почве 1...10 А/м², расход электроэнергии 5...20 тыс. кВт•ч/га. Количество воды для промывки уменьшается примерно в три раза, процесс длится 1...2 мес.

Используя специфические свойства электрического тока, варьи­руя частотой и коэффициентом формы, можно снизить время промыв­ки и энергозатраты на рассоление. Так, применяя асимметричные биполярные импульсы тока, удаляют токсичные ионы в 2...10 раз быстрее, сокращают расход воды, снижают энергозатраты в 2...3 раза. Перспективное направление в интенсификации растениеводства - электрохимическое обогащение почв, поливной воды или питатель­ных растворов (в овощеводстве защищенного грунта) микроэлемента­ми (медью, марганцем, кобальтом и др.), которые вносят в виде ионов, получающихся при растворении анодов из соответствующих материа­лов. Обогащение почв таким способом выполняют в период вспашки с помощью плуга со специальным рабочим органом.

Тяговое усилие почвообрабатывающих машин можно уменьшить на 10... 15 %, создав на плуге (катоде) пленку влаги в результате электроосмоса и применяя в качестве анода предплужник. Явление электроосмоса используют для обезвоживания почв, грунтов и навоза. Например, если между анодом и перфорированным катодом поместить навоз, то электроосмотический поток вынесет влагу из него через катод. Недостаток такого способа - большой расход электроэнергии.