بخشی از مقاله
چکیده:
در این مقاله جداسازي نفت از آب توسط تکنیک شناورسازي با استفاده از روش هاي مبتنی بر دینامیک سیالات محاسباتی - - CFD مورد مطالعه قرار گرفته است و براي این منظور از نرم افزار FLUENT نسخه6.3 استفاده شده است. شبیه سازي جریان چندفازي با استفاده از مدل اولرین- اولرین صورت گرفته و اثر اندازه قطرات نفت روي زمان جداسازي مورد بررسی قرار گرفته است.
علاوه برآن با در نظر گرفتن شرایطی که تمامی قطرات نفت به حباب هاي هوا بپیوندند اثر افزایش قطر قطرات و افزایش اختلاف دانسیته بین فازهاي پیوسته و پراکنده با توجه به معادله استوکس روي زمان جداسازي بررسی گردیده است و براي این منظور از دو اندازه متفاوت حباب هوا استفاده شده است. نتایج نشان میدهند بعد از به پیوستن قطرات نفت و حبابهاي گاز، افزایش قابل ملاحظهاي در میزان جداسازي به ویژه در مورد قطرات کوچکتر ایجاد میشود.
-1 مقدمه
فاضلاب حاصل از چاه هاي نفت پس از بکار بردن روشهاي مختلف جداسازي هنوز محتوي مقداري نفت میباشد که چنانچه مقدار نفت به حد مجاز نرسد، وارد شدن آنها به محیط یک خطر زیست محیطی محسوب میگردد. بدین ترتیب جداسازي ترکیبات محلول و غیرمحلول نفتی از فاضلاب، پیش از دورریزي آن ضروري به نظر میرسد. اجزاي نفتی غیر محلول در فاضلاب هاي نفتی به سه شکل زیر موجود هستند:[1]
- 1 قطراتی با قطر بیش از 150 میکرون که جداسازي آن ها با روش هاي ثقلی امکان پذیر است.
- 2 قطراتی با قطر بین 15 تا 150 میکرون.
- 3 امولسیون پایدار نفت در آب که متوسط قطر قطرات نفت در این حالت بین 3 تا 20 میکرون میباشد.
جداسازي اجزاي محلول توسط روش هاي زیست فناوري50 و تبادل یونی51و جداسازي اجزاي نفتی غیر محلول با استفاده از ظروف ته نشینی و سیکلون ها صورت میگیرند.[2] البته لازم به ذکر است که دو روش فوق در مواردي که اختلاف دانسیته بین نفت و آب کم باشد، غیر مؤثر واقع میشوند. روش شناورسازي توسط گاز تنها روش مؤثر در تصفیه پسابهاي نفتی حاوي نفت سنگین میباشد.
این روش، یک روش جداسازي است که تحت تأثیر شتاب جاذبه عمل میکند. حباب هاي ریز گاز در یک فاز آبی شامل قطرات انحلال ناپذیر نفت تولید میشوند سپس حباب هاي گازي و قطرات نفت به یکدیگر می-پیوندند و بدین ترتیب با افزایش اختلاف دانسیته بین فازهاي پیوسته و پراکنده، صعود قطرات نفت تسریع میشود و نهایتاً قطرات نفت به شکل یک لایه کف روي سطح تانک شناورسازي جمع شده و جدا می-گردند.
یک فاکتور مهم در فرآیند شناورسازي به وسیله گاز سرعت صعود قطره است. سرعت صعود یک کره سخت توسط معادله استوکس که از حل تحلیلی معادلات ناویر-استوکس - Re 0.1 - در حالت آرام بدست آمده، از رابطه زیر محاسبه میگردد:
که در آنV سرعت صعود، d قطر، g شتاب جاذبه، ρw − ρo اختلاف دانسیته بین فاز پیوسته و فاز پراکنده - نفت - و μw ویسکوزیته دینامیک فاز پیوسته میباشند. معادله فوق بیان میکند که سرعت صعود تابعی از قطر ذره و اختلاف دانسیته آن با محیط پیوسته است. روش شناورسازي توسط گاز روي این دو پارامتر مهم معادله استوکس کار میکند. در این روش به منظور دستیابی به زمانی مناسب در واحد جداسازي، افزایش اندازه قطرات نفت و افزایش اختلاف دانسیته بین فازها به شکل هم زمان صورت می-گیرد.
در این مطالعه جداسازي نفت از آب به روش شناورسازي با استفاده از روش هاي مبتنی بر دینامیک سیالات محاسباتی - - CFD مورد مطالعه قرار گرفته است و اثر اندازه قطرات نفت روي زمان جداسازي بررسی گردیده است. علاوه برآن با در نظر گرفتن شرایطی که تمامی قطرات نفت به حباب هاي هوا بپیوندند اثر افزایش قطر قطرات و افزایش اختلاف دانسیته بین فازهاي پیوسته و پراکنده روي زمان جداسازي مورد بررسی قرار گرفته است و براي این منظور از دو اندازه متفاوت حباب هوا استفاده شده است.
