شبيه‌سازي و مدل‌سازي CFD فرآيند الكتروفيلتراسيون امولسيون نفت در آب به‌صورت ماكروسكوپيك

كارشناسي ارشد

در فرآيند ميكروفيلتراسيون غشـايي كه نيروي فشاري سبب جداسازي مي‌شود و پس از مدتي شار عبوري در اثر تشكيل لايه رسوب، گرفـتگي حفرات غشا و پديده قطـبيدگي غلظتي به‌شدت دچار كاهش مي‌گردد. روش‌هاي مختلفي براي مبارزه با اين افت شار وجود دارد كه در كنار تمام روش‌هاي سنتي، روش‌هاي جديدي با استفاده از نيروهاي خارجي ازجمله نيروي الكتريكي استفاده‌شده است. القاي ميدان الكتريكي در فرآيندهاي غشايي با تحت تأثير قرار دادن مواد معلق و محدود ساختن حركت اين ذرات به سمت غشا، مي‌تواند فرآيند رسوب ذرات در سطح غشا را محدود كند. اين تحقيق بر شبيه‌سازي و مدل‌سازي فرآيند ميكروفيلتراسيون جريان متقاطع براي امولسيون نفت در آب در غياب و حضور ميدان الكتريكي متمركز خواهد شد. در اين پژوهش، ساختار و گرفتگي حفرات غشا به‌صورت فيزيكي و اثر ساختار آن با استفاده از معادلات حاكم بر غشا در شبيه‌سازي اين فرآيندها در نظر گرفته‌شده است كه باعث افزايش دقت پيش‌بيني شار عبوري تا 15% شد. در غياب ميدان الكتريكي اثر پارامترهاي مختلف ازجمله، فشار متوسط دو سر ماژول (TMP)، سرعت جريان متقاطع (CFV) خوراك و غلظت اوليه نفت در خوراك بر عملكرد فرآيند پيش‌بيني‌شده است. در فرآيند الكتروميكروفيلتراسيون، مدلي تجربي براي پيش‌بيني شار عبوري از غشا در اثر تشكيل لايه رسوب به‌صورت تابعي از داده‌هاي آزمايشگاهي و مدلي نيمه تجربي به‌صورت تابعي از داده‌هاي آزمايشگاهي و شبيه‌سازي براي پيش‌بيني اثرات تشكيل لايه كيك و گرفتگي حفرات غشا به‌صورت همزمان در حضور و غياب ميدان الكتريكي توسعه داده‌شده است. هر دو مدل توسط شارهاي آزمايشگاهي در غياب و حضور ميدان الكتريكي و در پتانسيل‌هاي الكتريكي مختلف اعتبار سنجي شده كه حداكثر خطاي نسبي مدل كمتر از 10% بوده است. اثر پارامترهاي ميدان الكتريكي ازجمله پتانسيل الكتريكي و فاصله بين الكترودها در شبيه‌سازي نيز بررسي‌شده است. با افزايش پتانسيل الكتريكي تا 1000 ولت مي‌توان ضخامت لايه قطبيدگي غلظتي را تقريباً به صفر رساند و همچنين با كاهش فاصله بين الكترودها از 3/2 به 3/1 ميلي‌متر، ضخامت لايه قطبيدگي غلظتي تا 7/2 برابر كاهش مي‌يابد. همچنين ميزان گرفتگي حفرات غشا در حالت‌پايا و تأثير آن بر ميزان كاهش شار عبوري پيش‌بيني‌شده توسط شبيه‌سازي، بررسي شد. واژه‌هاي كليدي: ميكروفيلتراسيون، الكتروميكروفيلتراسيون، شبيه‌سازي و مدل‌سازي، لايه رسوب، گرفتگي داخلي غشا، قطبيدگي غلظتي

192854

دانشگاه علم و صنعت ايران

مدلسازي، شبيه سازي و كنترل

دكتر نوراله كثيري - دكتر تورج محمدي