بررسي تجربي و مدلسازي اثر ميدان الكتريكي بر عملكرد فرآيند جداسازي غشائي امولسيون نفت-در-آب

دكتري

فرآيند جداسازي غشائي امولسيون نفت-در-آب به¬دليل اهميت آن از منظر تصفيه آب آلوده در نواحي نفت خيز، بخش عمده¬اي از توجه محققان را به خود اختصاص داده است. در اين تحقيق، با تكيه بر قابليت¬هاي روش ديناميك سيالات محاسباتي (CFD) و به كمك نرم¬افزار فلوئنت (Fluent) نسخه 15، يك مدل ميكروسكوپي براي بررسي رفتار قطره نفتي توسعه يافت. اين مدل با كمك اطلاعات آزمايشگاهي استخراج شده از منابع مطالعاتي، اعتبارسنجي شد. سپس با استفاده از نرم¬افزار Design expert نسخه 7، به كمك روش¬هاي طراحي آزمايش، تأثير شرايط مختلف عملياتي و فيزيكي بر فشار بحراني تراوش به¬عنوان معياري از رفتار قطره، مورد مطالعه قرار گرفت. فشار بحراني تراوش در قالب يك رابطه درجه دوم با خطاي %7- در مقايسه با نتايج مدل CFD، در شرايط بهينه، بيان شد. براي كاهش پديده گرفتگي غشا توسط قطرات نفت از قابليت نيروي دي¬الكتروفورز در دفع قطرات نفتي از سطح غشا استفاده شد. مطالعه تئوري تأثير القاي ميدان از طريق توسعه مدل ميكروسكوپي الكتروميكروفيلتراسيون، كارايي القاي ميدان الكتريكي بر بهبود فرآيند را اثبات كرد. اعتبار اين مدل نيز، به¬كمك اطلاعات آزمايشگاهي موجود در مراجع در خصوص فاصله تأثيرگذاري نيروي دي¬الكتروفورز، تائيد شد سپس براي بررسي جامع ولتاژ بحراني با طراحي آزمايش تلفيق شد. انجام مطالعات آماري روي طراحي آزمايش منجر به رابطه درجه دوم براي جذر ولتاژ بحراني شد كه در نقطه بهينه (كمينه ولتاژ بحراني) كمتر از 9% خطا با نتيجه مدل CFD داشت. براي بررسي امكان عملياتي شدن فرايند الكتروفيلتراسيون نفت در آب، يك سامانه آزمايشگاهي الكتروميكروفيلتراسيون بر پايه القاي ميدان الكتريكي متناوب (AC) طراحي و ساخته شد. اين سامانه در شرايط عملياتي معين و فقط با تغيير اختلاف پتانسيل الكتريكي، تأثيرگذاري استفاده از انرژي الكتريكي در بهبود عملكرد سامانه را به اثبات رساند. با در نظر گرفتن فشار عملياتي، عدد رينولدز، غلظت فاز نفتي و اختلاف پتانسيل الكتريكي به¬عنوان متغيرهاي سامانه، كميت¬هاي شار تراوشي در حالت پايا و مقدار درصد پس¬زني نفت از غشا به¬عنوان دو پاسخ سامانه، انتخاب شدند. در نهايت تابعيت هريك از پاسخ¬ها از متغيرهاي سامانه، بر اساس نتايج آزمايش¬ها ارائه گرديد كه در نقطه بهينه به¬ترتيب %4/3 و %6 خطا در شار پايا و مقدار درصد پس¬زني نسبت به نتايج آزمايشگاهي داشتند. واژه هاي كليدي: ميكروفيلتراسيون نفت-در-آب، الكتروفيلتراسيون، دي¬الكتروفورز، مدلسازي رفتار تك قطره، ديناميك سيالات محاسباتي، فشار بحراني تراوش، ولتاژ بحراني جدايش، طراحي آزمايش

190733

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي شيمي

دكتر نوراله كثيري - دكتر تورج محمدي