18414

۱۸۴۱۴

بهبود عملكرد جداسازي نفت از آب در سيستم شناورسازي با گاز، با استفاده از شبيه سازي هيدروديناميكي

كارشناسي ارشد

ترموديناميك و سينتيك

شهريورماه ۱۳۹۶

دكتر سيدحسن هاشم آبادي

مهندسي شيمي ، نفت و گاز

چكيده در شبيه¬سازي ستون حبابي تعريف شده در اين پژوهش، ديدگاه اولرين-اولرين، استفاده شده است. همچنين آشفتگي در فاز مايع از طريق معادلات RNG با استفاده از پارامتر اضافه براي تبادلات مومنتوم آشفته بين فازي محاسبه شده است. براي فازهاي پراكنده، اثرات رابطه آشفتگي از طريق روابط حاصل از تئوري پراكندگي ذرات، اعمال شد. بررسي¬ها نشان داد انتخاب از ميان مدل¬هاي موجود فروپاشي و بهم پيوستگي حباب، موجب بهبود در حدود 25 درصدي در نتايج شبيه¬سازي شد. در ادامه اين پژوهش، مقايسه¬هاي كمي با داده¬هاي تجربي انجام شد و نشان داده شد كه مدل CFD همراه با معادله موازنه جمعيت، در مقايسه با استفاده از اندازه متوسط براي حباب، پيش¬بيني دقيق¬تري را از رفتار سيستم ارائه مي¬دهد و خطاي حاصل را به %8/13 كاهش مي¬دهد. همچنين با مقايسه مدل¬هاي اغتشاش استاندارد و RNG اين نتيجه حاصل شد كه استفاده از مدل اغتشاش RNG خطا را تا ميزان 16% كاهش مي¬دهد و از اين رو، نتايج دقيق‌تري از سرعت مايع و اندازه متوسط حباب ارائه مي¬دهد. همچنين در نتايج حاصل از شبيه¬سازي سيستم سه فازي آب-نفت- هوا مشاهده شد با افزايش غلظت نفت در سيستم از ppm100 به ppm 600 و ppm 900، ميزان جداسازي به ترتيب از 47.23% به %17/59 و %9/66 افزايش يافته است. براي بيان اهميت اثرات متقابل سه فاز آب-نفت-گاز بر روند جداسازي، شبيه¬سازي بدون در نظر گرفتن اين اثرات انجام و كانتور نتايج حاصل از جداسازي ارائه شد؛ بر اساس نتايج حاصل، جداسازي بدون در نظر گرفتن اثرات متقابل بسيار ناچيز خواهد بود. در نهايت، اين نتيجه حاصل شد كه علاوه بر غلظت سيال، پارامترهاي ديگري از جمله شدت آشفتگي، انرژي جنبشي آشفتگي، اندازه حباب حامل، دانسيته فاز پيوسته و پراكنده نيز بر جداسازي مؤثر خواهد بود. واژه‌هاي كليدي: ديناميك سيالات محاسباتي (CFD)، شكستن و بهم پيوستگي حباب، معادله موازنه جمعيت حباب (BPBE)، ستون حبابي دو فاز، جريان چندفازي.

1396/11/14

2/3/2018 12:00:00 AM

Abstract In simulation of the bubble column defined in this research, the Eulerian-Eulerian framework has been used. Also, turbulence in the liquid phase has been calculated through modification of equations using the additional parameter for interphase turbulent momentum exchanges. For dispersed phases, the effects of the turbulence relation were applied through the relations derived from the particle dispersion theory. Studies shown that the selection of existing coalescence and breakage models improved simulation results about 25%. In following study, quantitative comparisons with experimental data were performed and it was shown that the CFD model with the population balance equation, compared with the use of the mean size for the bubble, provided a more accurate prediction of the behavior of the system and reduces the resulting error to 13.8%. Also, by comparing standard and RNG disturbance models, it was concluded that using the RNG disturbance model reduces the error up to 16%, and thus provides more accurate results on the fluid velocity and the mean size of the bubble. Also, in results of the simulation of the three-phase water-oil-bubble system, it was observed that by increasing the concentration of 100 ppm, 600 ppm and 900 ppmoil in the system, the separation rate increased from 47.23% to 59.17% and 66.9%, respectively. In order to express the importance of the interactions of the three phases of water-oil-gas on the separation process, simulation was performed without considering these effects and the contour of the results of the separation was presented; based on the results, the seperation would be negligible without considering the interactions. Finally, it was concluded that in addition to the fluid concentration, other parameters such as turbulence intensity, turbulent kinetic energy, carrier bubble size, and continuous and dispersed phase density will also affect the separation. Keywords: Computational Fluid Dynamics (CFD), BubbleCoalesance and breakage, Bubble Population Balance Equation (BPBE), Two-phase Bubble Column, Multiphase Flow.