مدل سازی عددی اثر امواج فراصوت بر امولسیون‌زدایی قطره های روغن در آب

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز، ایران

2 دانشگاه صنعتی شیراز، دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز

10.22034/ijche.2023.402142.1324

چکیده

در مقاله حاضر، اثر امواج فراصوت به منظور امولسیون‌زدایی سیستم روغن در آب و همچنین تجمع قطره‌های فاز پراکنده (روغن) بررسی شده و یک مدل موازنه جمعیت برای پیش‌بینی تعداد و اندازه قطره‌های فاز پراکنده ارائه شده است. در ابتدا معادله ضریب برخورد تحت تاثیر امواج فراصوت به صورت تابعی از فرکانس موج، چگالی انرژی میدان صوتی و قطر قطره‌ها برای اولین بار پیشنهاد شد. معادله ضریب برخورد به مدل موازنه جمعیت اضافه شد و در این مدل، معادله ریاضی انتگرالی دیفرانسیلی حاصل به کمک تکنیک عددی Fixed Pivot ساده‌سازی و دستگاه معادلات ODE حاصل از آن با نرم‌افزار MATLAB حل شد. در ادامه، نمودار توزیع حجمی قطره‌های روغن در زمان‌های 1 و 3 دقیقه با و بدون استفاده از تاثیر معادله ضریب برخورد امواج فراصوت و همچنین میانگین قطر قطره‌ها و حجم کل قطره‌ها ترسیم و با داده‌های آزمایشگاهی موجود در مطالعات گذشته مقایسه شده است. نتایج نشان داد که با اعمال جدید در مدل ریاضی، تطابق بهتری میان نتایج آزمایشگاهی و نتایج مدل‌سازی بدست آمده است. همچنین از نمودار میانگین قطر قطره‌ها مشخص است که تحت تاثیر امواج فراصوت قطر متوسط قطره‌ها در زمان 3 دقیقه بیش از 50% رشد داشته است. درنهایت، نمودار حجم کل قطره‌ها نشان که که حجم کل قطره‌های روغن (با توجه به عدم جدایش فاز) در طول زمان 3 دقیقه ثابت مانده که خود دلیلی بر صحت مدل ریاضی استفاده شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Numerical modeling of the ultrasonic waves effect on demulsification of oil-in-water emulsion system

نویسندگان [English]

  • Payam Parvasi 1
  • Ilnaz Panahi 2
  • Jafar Javanmardi 2
1 Department of Chemical, Petroleum and Gas Engineering, Shiraz University of Technology, Shiraz, IRAN
2 Department of Chemical Engineering, School of Chemical and Petroleum Engineering, Shiraz University, Shiraz
چکیده [English]

Dispersed phase droplets recovery from an emulsion is widely used in various processes such as treating host liquids and collecting dispersed droplets. This article investigates the effect of ultrasonic waves on the demulsification of the oil-in-water system. Then a mathematical model was proposed to predict the number and size of dispersed phase droplets. The population balance integral equation terms were simplified using the Fixed Pivot method and the resulting ODE set was solved by applying MATLAB Software. Using the ultrasonic collision frequency effect, the oil droplets volumetric distribution profile in 1 and 3 minutes was studied. In addition, the average droplet diameter D4,3 and the total volume of dispersed phase at 1 min. and 3 min. were reported and the model prediction was compared with experimental data. The average droplet diameter showed that under the ultrasonic waves effect, the average diameter of the drops increased by more than 50% in 3 minutes. Also, the total volume of dispersed phase results indicates that the total volume of oil droplets (due to the lack of phase separation) remains constant for 3 minutes. This result proves the correctness of the newly developed mathematical model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Emulsion
  • ultrasonic waves
  • aggregation
  • population balance. ultrasonic collision frequency
مهندسی شیمی ایران

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 27 آبان 1402

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار