12424

12424

شبيه‌سازي تجميع الكتريكي قطرات آب در نفت

دكتري

شيمي

دي ماه 1392

دي ماه 1392

دكتر شاهرخ شاه‌حسيني - دكتر محمود بيات

چكيده شناخت بنيادي پديده تجميع قطرات آب در نفت مي¬تواند به درك ساز و كار فرآيند نمك¬زدايي نفت¬خام كمك نموده و به منظور بهبود عملكرد آن مورد استفاده قرار گيرد. تاكنون تحقيقات محدودي در اين خصوص انجام شده است كه بيشتر آن پژوهش¬ها جنبه تجربي داشته و كارهاي مدل¬سازي در آنها بسيار نادر است. از طرفي بيشتر پژوهش¬هاي مذكور بر روي امولسيون انجام شده و شمار تحقيقات در مقياس دو قطره¬اي ناچيز است. در اين رساله، به منظور جبران بخشي از اين كمبودها، مكانيزم پديده تجميع قطرات آب درون نفت تحت اثر ميدان الكتريكي به دو روش شبيه¬سازي CFD‌ و بررسي آزمايشگاهي مورد مطالعه قرار گرفت. نتايج اين تحقيق نشان مي¬دهد كه ويسكوزيته فاز پيوسته نفت كه تعيين كننده نيروي مقاوم تخليه فيلم مي¬باشد در بين پارامترهاي هيدروديناميكي از اهميت قابل توجهي برخوردار است. بر اساس نتايج شبيه-سازي¬هاي انجام شده، يك رابطه رياضي جهت پيش¬بيني زمان تجميع بر اساس اعداد بدون بعد ارائه گرديد. با وارد كردن نقش نيروي الكتريكي بين قطرات، نتايج شبيه¬سازي¬ها نشان مي¬دهد كه سرعت تجميع قطرات با افزايش شدت ميدان الكتريكي بهبود مي¬يابد. به علاوه زاويه انحراف ميدان، تجميع الكتريكي قطرات را كند مي¬كند. انواع شكل¬موج¬هاي ولتاژ با فركانس¬هاي مختلف طي شبيه¬سازي¬هايي مورد بررسي قرار گرفتند. نتايج نشان مي¬دهد كه شكل موج مربعي بالاترين راندمان؛ ولتاژهاي سينوسي و ضربه¬اي راندمان متوسط، و ولتاژهاي مثلثي و دندانه¬اي كمترين بازدهي را دارند. به علاوه تأثيرگذاري يك نوع ولتاژ را مي¬توان به پارامتر RMS آن شكل¬موج نسبت داد. همچنين با تغيير فركانس ولتاژ، اختلاف قابل توجهي در روند كلي نزديك شدن قطرات و يا زمان تجميع آنها ايجاد نمي¬شود. در بخش آزمايشگاهي، دو قطره در حال سقوط درون يك روغن شفاف، تحت اثر يك ميدان الكتريكي قرار گرفته و روند تجميع آنها با استفاده از يك دوربين سرعت بالا ثبت شد. از مقايسه نتايج شبيه¬سازي با نتايج تجربي، مشاهده ¬شد كه شبيه¬سازي قادر است با دقت مناسبي روند كاهش فاصله، برخورد و تجميع قطرات را پيش¬بيني نمايد. نيروهاي دخيل در اين پديده را مي¬توان به دو دسته تقسيم نمود: نيروهاي جاذبه الكتريكي كه نيروي محركه تجميع قطرات مي¬باشند و نيروهاي ويسكوز كه در مقابل اين پديده نقش بازدارندگي دارند. براي حصول يك تجميع الكتريكي موفق، مي¬بايست نيروي دوقطبي وارد بر قطرات بر نيروهاي ويسكوز غلبه كند. واژه‌هاي كليدي: تجميع الكتريكي، شبيه¬سازي الكتروهيدروديناميكي، قطره آب، ميدان الكتريكي