【摘要】：靜電聚結(jié)法能夠?qū)Φ秃瓦M(jìn)行有效地脫水處理,而且因其高效、節(jié)能、環(huán)保的特點(diǎn),靜電聚結(jié)法正受到越來(lái)越多的青睞。西方研究人員提出將液滴的靜電聚結(jié)與重力沉降兩個(gè)過(guò)程分開(kāi)實(shí)施的原油電脫水方案,然而這種方式暴露出聚結(jié)后的乳狀液因管路中彎頭、閥門(mén)等處的劇烈剪切而發(fā)生二次乳化的問(wèn)題。因此,本文將同軸圓柱絕緣電極和傳統(tǒng)重力式分離器進(jìn)行整合,設(shè)計(jì)出新型靜電聚結(jié)分離器,設(shè)法避免液滴的二次乳化。本文對(duì)同軸圓柱絕緣電極進(jìn)行了絕緣材料的篩選及絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì);闡述了靜電聚結(jié)分離器的基本分離機(jī)制,基于Maxwell-Wagner模型從電介質(zhì)極化的角度分析了同軸圓柱絕緣電極的電場(chǎng)-頻率分布特性;設(shè)計(jì)并制造了靜電聚結(jié)分離器室內(nèi)樣機(jī);設(shè)計(jì)并搭建了靜電聚結(jié)分離流動(dòng)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)環(huán)道系統(tǒng);采用Mixsim仿真軟件對(duì)油水預(yù)混合攪拌器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了模擬優(yōu)化;對(duì)實(shí)驗(yàn)介質(zhì)的物性參數(shù)進(jìn)行了測(cè)量;制備了4種含水率的油水乳狀液。采用流動(dòng)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)研究了電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)頻率、乳狀液流量以及乳狀液含水率對(duì)靜電聚結(jié)分離器液滴聚結(jié)及油水分離的影響特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:高強(qiáng)電場(chǎng)能夠促進(jìn)液滴的快速聚結(jié),但要避免電場(chǎng)強(qiáng)度過(guò)高引起的“電分散”現(xiàn)象;隨著電場(chǎng)頻率的增加,液滴聚結(jié)效率總體呈提高的趨勢(shì),但在100 Hz左右存在一個(gè)明顯的拐點(diǎn),且含水率越高,拐點(diǎn)頻率越小;流量越大,電場(chǎng)作用時(shí)間越短,液滴聚結(jié)效率越低,但流量的增大能夠促進(jìn)液滴間的碰撞,提高聚結(jié)效率;含水率越大,電場(chǎng)作用后液滴粒徑增大的倍數(shù)越高,且隨著流量的增大,不同含水率的乳狀液粒徑增大的倍數(shù)趨于一致;極板電壓和頻率是決定靜電聚結(jié)分離器能耗的關(guān)鍵因素,靜電聚結(jié)分離器處理1m3乳狀液所需的能耗僅為7.742×10-3~1.996 kW·h/m3,因此十分經(jīng)濟(jì)可靠。將靜電聚結(jié)分離器聚結(jié)流道中的的層流簡(jiǎn)化為二維平面Couette流,采用相場(chǎng)(phase field)法,將電場(chǎng)和剪切場(chǎng)進(jìn)行雙向耦合,建立了電場(chǎng)和剪切場(chǎng)作用下雙液滴運(yùn)動(dòng)、聚結(jié)的數(shù)值模型,通過(guò)數(shù)值模擬研究了雙液滴的運(yùn)動(dòng)、聚結(jié)規(guī)律以及幾何參數(shù)、電參數(shù)、流動(dòng)參數(shù)、物性參數(shù)對(duì)雙液滴聚結(jié)速率的影響。研究結(jié)果表明:該數(shù)值模型的可靠性通過(guò)微觀樣槽實(shí)驗(yàn)得到了驗(yàn)證;電場(chǎng)和剪切場(chǎng)協(xié)同作用下雙液滴的動(dòng)態(tài)行為分為不聚結(jié)、聚結(jié)和聚結(jié)后破裂3種類(lèi)型,電場(chǎng)和剪切場(chǎng)協(xié)同作用比單一場(chǎng)作用下的聚結(jié)效率提高63%~94%;電場(chǎng)頻率對(duì)聚結(jié)時(shí)間的影響呈“u”形;剪切強(qiáng)度越大,聚結(jié)效率提高,但剪切強(qiáng)度過(guò)高時(shí)液膜排液不充分而無(wú)法聚結(jié);降低連續(xù)相的粘度能夠顯著減小阻礙液滴聚結(jié)的粘性拖拽力,提高聚結(jié)效率;電場(chǎng)的作用能夠改變界面張力對(duì)液滴聚結(jié)的影響規(guī)律;雙液滴的聚結(jié)時(shí)間與隨著ΔY/R呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系,可以據(jù)此確定乳狀液中液滴快速聚結(jié)和有效聚結(jié)的臨界含水率。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬的相互補(bǔ)充與比較合理指導(dǎo)靜電聚結(jié)分離設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)與工作參數(shù)的優(yōu)選。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)(華東)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TE96

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 吳宗強(qiáng);電脫水流動(dòng)評(píng)價(jià)裝置研制與應(yīng)用[D];中國(guó)石油大學(xué)(華東);2016年

，

本文編號(hào)：2467914