CFD-МОДЕЛИРОВАНИЕ СТАТИЧЕСКОГО СМЕСИТЕЛЯ ДЛЯ ОБЕССОЛИВАНИЯ НЕФТИ

Рустам Фаритович Ахметов, Альбина Халитовна Мухаметьянова, Георгий Маркелович Сидоров, Булат Ахметович Яхин, Альбина Римовна Набиева, Роман Юрьевич Кондратьев

Аннотация


Одним из способов увеличения глубины обессоливания нефти является применение статических смесителей. Работа смесителей заключается в интенсивном перемешивании нефти и воды. Статические смесители широко применяются в процессах подготовки нефти за счет простоты конструкции и низкой стоимости.Процесс численного анализа гидродинамики используется в статических смесителях для расчета скоростей потока, перепада давления и подбора оптимальной конструкции винтового закручивающего устройства.Статья посвящена исследованию гидродинамики статического смесителя для обессоливания нефти в рабочих условиях, представлены результаты разработки модели для исследования гидродинамики работы статического смесителя с закручивающим устройством с применением CFD (Computational Fluid Dynamics). Приведены данные краткого обзора использования CFD-метода для расчета кинетической энергии турбулизации и перепада давления для статических смесителей, результаты исследования гидродинамики статического смесителя в рабочих условиях, моделирования процесса смешивания нефти и воды. Задача исследования заключается в изучении перепада давления и генерации турбулентной энергии в смесителях с различной геометрией закручивающего устройства. Моделирование проводилось с изменением геометрических размеров прорезей, а именно с изменением соотношения сторон прямоугольных прорезей закручивающего устройства нефти в статическом смесителе в 2–5 раз. В результате CFD-моделирования изучены изменения показателей турбулизации потока и перепад давления на смесителе в зависимости от соотношения сторон прямоугольных прорезей в закручивающемся устройстве.В результате анализа экспериментальных данных показано, что с увеличением соотношения сторон прямоугольных прорезей закручивающего устройства нефти с 2 до 5 кинетическая энергия турбулизации увеличивается на 57,5 %.Использование CFD-моделирования позволяет моделировать процессы с высокой точностью, значительно сокращает время и материальные ресурсы на разработку высокоэффективных статических смесителей для обессоливания нефти.

Ключевые слова


CFD;гидродинамика;моделирование;обессоливание;статический смеситель;твердотельная модель;закручивающее устройство;турбулизация;перепад;CFD;hydrodynamics;мodeling;desalination;static mixer;solid state model;spinning device;turbulence;delta;

Полный текст:

PDF

Литература


Жолобова Г.Н., Хисаева Е.М., Сулейманов А.А., Галиакбаров В.Ф. Совершенствование процессов подготовки нефти // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2010. № 1. С. 76-83. URL: http://ogbus.ru/files/ogbus/authors/Zholobova/Zholobova_1.pdf (дата обращения: 15.11.2019).

Хуторянский Ф.М. Современное состояние и варианты совершенствования установок подготовки нефти. Основные направления перспективных научно-исследовательских работ в области глубокого обессоливания нефти // Технологии нефти и газа. 2010. № 6. С. 33-39.

Кондрашева Н.К., Дубовиков О.А., Иванов И.И., Зырянова О.В. К вопросу о предварительной подготовке нефти к первичной переработке // Записки Горного института. 2014. Т. 201. С. 21-29.

Pianko-Opruch P., Jaworski Z. CFD Modeling of Liquid-Liquid Flow in a SMX Static Mixer // Polish Journal of Chemical Technology. 2009. Vol. 3. P. 41-49. DOI: 10.2478/v10026-009-0034-x.

Theron F., Le Sauze N. Comparison between Three Static Mixers for Emulsification in Turbulent Flow // International Journal of Multiphase Flow. 2011. Vol. 5. P. 488-500. DOI: 10.1016/J.IJMULTIPHASEFLOW.2011.01.004.

Shabani M., Alizadeh M., Mazahery A. Fluid Flow Characterization of Liquid-Liquid Mixing in Mixer-Settler // Engineering with Computers. 2011. Vol. 4. P. 373-379. DOI: 10.1007/s00366-011-0209-y.

Shabani M., Mazahery A. Evaluation of the Effect of Mixer Settler Baffles on Liquid-Liquid Extraction via CFD Simulation // UPB Scientific Bulletin Series D. 2011. Vol. 73. Issue 4. P. 55-63. URL: https://www.scientificbulletin.upb.ro/rev_docs_arhiva/full95010.pdf (дата обращения: 15.11.2019).

Jaworski Z., Murasiewicz H. Numerical and Experimental Studies of Liquid-Liquid Mixing in a Kenics Static Mixer // Proceedings the 14th European Conference on Mixing. Warsaw, Poland. 2012. Vol. 14. P. 181-186. URL: http://mixing14.eu/p/mixing14eu_28.pdf (дата обращения: 17.11.2019).

Gaspar I., Tekic P., Koris A., Krisztina A., Popovic S., Vatai G. CFD and Laboratory Analysis of Axial Cross-Flow Velocity in Porous Tube Packed with Differently Structured Static Turbulence Promoters // Chemical Industry. 2015. Vol. 69. P. 713-718. DOI: 10.2298/HEMIND140312001G.

Chen G., Liu Z. Numerical Research of Pressure Drop in Kenics Static Mixer // Advanced Materials Research. 2013. P. 547-551. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.694-697.547.

Stec M., Synowiec P. Numerical Method Effect on Pressure Drop Estimation in the Koflo Static Mixer // Inzynieria I Aparatura Chemiczna. 2015. Vol. 2. P. 48-50.

Stec M., Synowiec P. Analysis of the Pressure Drop Calculation Method Impact on the Accuracy of the Experimental Results in the Koflo Static Mixer // Inzynieria I Aparatura Chemiczna. 2015. Vol. 4. P. 201-203.

Сидоров Г.М., Яхин Б.А., Ахметов Р.Ф. Моделирование работы статического смесителя (нефть-вода) для обессоливания нефти и опытно-промышленное испытание // Успехи современного естествознания. 2017. № 2. С. 152-156.

Кашапова Л.А., Марушкин А.Б., Сидоров Г.М., Яхин Б.А. Опыт использования струйных гидравлических смесителей при подготовке нефти на промыслах Татарстана // Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний. 2017. № 11. С. 37-39.

Пат. 180014 РФ, МПК B 01 F 5/06. Струйный смеситель / Г.М. Сидоров, Р.Н. Бахтизин, Б.А. Яхин, Р.З. Нургалиев. 2018106628, Заявлено 21.02.2018; Опубл. 03.05.2018. Бюл. 16.

Ахметов Р.Ф., Сидоров Г.М., Рахимов М.Н., Беркань В.О. Совершенствование конструкции винтового закручивающего устройства методом CFD-анализа // Фундаментальные исследования. 2015. № 11-4. С. 647-653.

Yang A., Hsieh Y., Kuo L., Tseng L., Liao S. A Novel Vortex Mixer Actuated One-Shot Electricity-Free Pumps // Chemical Engineering Journal. 2013. Vol. 228. P. 882-888. DOI: 10.1016/j.cej.2013.05.053.

Abdolkarimi V., Ganji H. CFD Modeling of Two Immiscible Fluids Mixing in a Commercial Scale Static Mixer // Brazilian Journal of Chemical Engineering. 2014. Vol. 4. P. 949-957. DOI: 10.1590/0104-6632.20140314s00002857.

Konopacki M., Kordas M., Fijalkowski K., Rakoczy R. Computational Fluid Dynamics and Experimental Studies of a New Mixing Element in a Static Mixer as a Heat Exchanger // Chemical and Process Engineering. 2015. Vol. 6. P. 59-72. DOI: 10.1515/cpe-2015-0005.

Chanem A., Lemenand T., Valle D.D., Peerhossaini H. Static Mixers: Mechanisms, Applications and Characterization Methods – A Review // Chemical Engineering Research and Design. 2014. Vol. 92. P. 205-228. DOI: 10.1016/j.cherd.2013.07.013.

Vasilev M.P., Abiev R.Sh. Turbulent Droplets in a Flow Type Apparatuses – New Type Static Disperser // Chemical and Process Engineering. 2018. Vol. 349. P. 646-661.

Irfan M., Kailash B., Subramanya G. CFD Analysis of a Single Phase Mixing of Fluids without the Aid of Stirrers // International Research Journal of Engineering and Technology. 2015. Vol. 2. Issue 9. P. 134-137.

Abdulmumuni A., Marhaendrajana T., Bindar Y. Application of CFD for Numerical Analysis of Liquid-Liquid Mixing in T-Shape Mixer Using Ansys Fluent // Preprints. 27.07.2018. URL: https://www.preprints.org/manuscript/ 201807.0548/v1 (дата обращения: 19.11.2019). DOI: 10.20944/preprints201807.0548.v1.

Murasiewicz H., Zakrzewska B. Large Eddy Simulation of Turbulent Flow and Heat Transfer in a Kenics Static Mixer // Chemical and Process Engineering. 2019. Vol. 40. P. 87-99. DOI: 10.24425/cpe.2019.126103.




DOI: http://dx.doi.org/10.17122/ogbus-2020-1-231-249

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


УФА, УГНТУ, 2020