Skip to main content
SUPERVISOR
Hamid Reza Karshenas,Ahmad Reza Pishevar
حمیدرضا کارشناس (استاد مشاور) احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Vahida
محمد وحیدا

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Numerical and Experimental Investigation, Separating Water From Oil By Electrofilter
کاهش زمان جداسازی میزان آب در نفت خام بخصوص در هنگام صادرات بسیار ضروری است لذا بهبود زمان و سرعت جداسازی آب از نفت خام مهم است. جداسازی ناخالصی ها به کمک میدان الکتریکی مستلزم شناخت هرچه بیشتر مکانیزم انعقاد تحت میدان الکتریکی است. در این راستا تاکنون مکانیزم های مختلف انعقاد پیشنهاد شده است و پارامترهای زیادی جهت برآورد میزان جداسازی مطالعه شده است. لکن به دلیل تعدد پارامترهای موثر مختلف برای انجام آزمایش مانند: ولتاژ، فرکانس، دما وخصوصیات امولسیون نظیر دانسیته، ویسکوزیته وکسرحجمی تاکنون روابطی که بتوانند تمام این فاکتورها را شامل شود، ارائه نشده است. استفاده از میدان های الکتریکی با شدت بالا در بهسازی امولسیون آب در مواد نفتی، فناوری شناخته شده ای است که استفاده از آن برای بهبود فرآیندهای نفت خام در غالب جداسازی آب از دیگر ناخالصی های آب دوست در حال توسعه می باشد. با وجود تحقیقات زیادی که انجام گرفته است، هنوز برخی از جنبه های فرآیندهای جداسازی الکترواستاتیکی با وجود انواع میدان ها ناشناخته مانده است. در روش جداسازی توسط میدان الکتریکی، ذره خنثی که توسط میدان الکتریکی دارای بار شده است، به سمت میدان الکتریکی با شدت بالاتر حرکت می کند. اثر این میدان به وسیله مقدار ثابت دی الکتریک محیط پیوسته و محیط پیوسته کنترل می شود. پایان نامه حاضر پس از مروری بر فرآیندها و کاربردهای امولسیون آب در نفت خام به بررسی تجربی و عددی این مسأله می پردازد. در بخش تجربی به منظور ایجاد یک میدان الکتریکی غیر یکنواخت، از یک ظرف شیشه ای جداساز دو جداره و الکترود از جنس گرافیت با مقاومت الکتریکی بسیار پایین استفاده شده است. تست تجربی و شبیه سازی عددی برای امولسیون حاوی 5 و 10 درصد آب تحت میدان الکتریکی DC و غیریکنواخت با ولتاژ 11000 و 17000 ولت انجام می شود. نحوه انجام تست تجربی به این صورت است که امولسیون آب و روغن خوراکی مورد آزمایش، در جداره داخلی و اسید سولفوریک 98درصد، در جداره بیرونی ریخته می شود و سپس الکترودها درون هر یک قرار می گیرند و ولتاژ به مدت 300 ثانیه اعمال می شود. پس از آن ولتاژحذف شده و به قطرات آب معلق در روغن اجازه ته نشینی داده می شود. نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که بهترین درصد جداسازی آب از روغن خوراکی 5/62 درصد برای امولسیون حاوی 10 درصد آب تحت میدان الکتریکی DC با ولتاژ 17000 ولت بوده است. شبیه سازی عددی این فرآیند، با مدل مخلوط که فرمول بندی آن اویلری – اویلری و یک سیال است انجام شده که نیروی الکتریکی به صورت یک نیروی خارجی وارد مسئله می شود. ماژول جریان مخلوط و جریان الکتریکی از جمله ماژول های تعریف شده در نرم افزار کامسول می باشد که با انتخاب این ماژول ها و اعمال شرایط مرزی و شرایط اولیه مطابق با شرایط حاکم در تست تجربی مسئله حل می شود. در شبیه سازی عددی بهترین درصد جداسازی 50 درصد برای امولسیون حاوی 10درصد آب تحت میدان الکتریکی با ولتاژ 17000ولت بوده که با مقایسه نتایج تجربی و نتایج حاصل از شبیه سازی عددی پس از گذشت 330 ثانیه، حدود 15 درصد خطا مشاهده می شود. خطای مشاهده شده را می توان ناشی از بروز خطا به دلیل در نظر گرفتن قطر ثابت برای قطرات آب و در نظر گرفتن پدیده تجمع به جای انعقاد دانست. کلمات کلیدی: جداسازی آب از روغن خوراکی، میدان الکتریکی غیریکنواخت و DC، مدل اویلری و جریان مخلوط، شبیه سازی عددی، تست تجربی
Using high-intensity electric fields is a well-known technology in water emulsion improvement in petroleum. Its utilization is developing to improve the processes of crude oil in the form of water separation from hydrophilic impurities. Despite of numerous researches, there are some unknown aspects of field of electrostatic separation processes yet. In the separation method by the electric field, neutral particle that had been charged by the electric field, moves to higher intensity. The effect of this field is controlled by the dielectric constant of continuous and discrete environment. In this thesis, after reviewing the processes and applications of water emulsion in petroleum, the governing equations will be expressed. In this study, in order to create a non-uniform electric field, a two co-axial cylindrical glassy container and a graphite electrode (with very low electrical resistance) had been used. The experimental tests and numerical simulations for 5 and 10 percent water emulsion under non-uniform and DC electric field with 11,000 and 17,000 volts will be done. The experimental tests is to pour the water and edible oil emulsion in the inner layer and 98% sulfuric acid in the outer walls. Then the electrode is placed in inner and outer layer and the voltage is applied for 300 seconds. Then, for 30 seconds the voltage is removed and it is permitted to the water droplets to settle in the edible oil. Experimental results show that the best separation of water for water in edible oil emulsion that containing 10% water, with DC electric field and 17,000 volts is 62.5 percent. Numerical simulations of this process had been done by the mixture model which its formulation is a single fluid model. The electrical force is generated by an external force to the mixture model. The mixture model and electrical current modulus is pre-modified in COMSOL Multiphysics 5.1 software. By choosing this modulus and setting the boundary and initial conditions as happens in experimental test, the problem will be solved. In numerical simulations, the best separation of water from edible oil for water in edible oil emulsion that containing 10 percent water, under field of DC electric and 17,000 volts is 50 percent. By comparing experimental results and the results of numerical simulations after 330 seconds, it can be observed that occurring error is 15 percent. This error can be caused by considering the constant diameter for water droplets and considering the accumulation phenomenon instead of coalescence. In the experimental and numerical testing in this problem, voltage variations effects and electrical permittivity coefficient could be observed and according to obtained results it could be concluded that by increasing the voltage and water percentage in water and edible oil emulsion, the separation rate will improve. This happens when increasing the voltage and water percentage in emulsion, will not results in electrical refraction or chaining the water droplets. Key words: emulation of water from edible oil, non-uniform and DC electrical field, Euler model and mixture model, numerical simulation, test

ارتقاء امنیت وب با وف بومی