دفاعیه دکترا در دانشکده مهندسی شیمی

 | تاریخ ارسال: 1392/1/31 | 
AWT IMAGE

 مهندس کاوه حسن رعیت طاری ، دانشجوی دوره دکتری مهندسی‌شیمی ، 4 اردیبهشت ماه سال 92، از رساله خود با عنوان « پیش بینی ترمودینامیکی پایداری امولسیون قطرات با قطبیت بالا در محلول­ها با نگرش خاص به امولسیون آب در نفت » با راهنمایی دکتر فرزانه فیضی دفاع نمودند.

  چکیده

  در بسیاری از کاربردهای صنعتی، مشخص سازی مرز پایداری امولسیون­ها از اهمیت ویژه­ای برخوردار است. فرایند آب­زدایی از نفت خام، یکی از نمونه­های با اهمیت این حوزه است که طی آن با اعمال میدان الکتریکی، قطره­های پراکنده در فاز امولسیون از نفت جدا می­شوند. در این رساله پس از بررسی نتایج تحقیقات موجود در موضوع پایداری امولسیون­ها تلاش شده است که بر مبنای روابط ترمودینامیکی، مدلی برای پیش­بینی رفتار فازی امولسیون­ها، به ویژه امولسیون آب در نفت، توسعه داده شود. در این راستا، با تعریف بخش­های مختلف جاذبه و دافعه، پتانسیل برهم­کنش دوتایی بین قطره­ها در حالت­های مختلف مشخص شد. با توجه به عدم وجود رابطه­ای صریح برای محاسبه­ی پتانسیل دوقطبی بین ذرات ماکروسکوپی، بر اساس نتایج به دست آمده از انتگرال­گیری عددی رابطه­ی متوسط­گیری زاویه­ای پتانسیل دوقطبی، معادله­ی جدیدی بر مبنای رابطه­ی کیسام ارایه شده است که در مقایسه با رابطه­ی به دست آمده از فرض دوقطبی نقطه­ای، انحراف 40 درصدی را تصحیح می­کند. با استفاده از مدل کرات نرم و تئوری اغتشاشی مرتبه یکم بارکر- هندرسون، فشار و پتانسیل شیمیایی قطره­های آب در دو فاز پراکنده در امولسیون و جدا شده از آن محاسبه شده­اند و با تعریف الگوریتم حل مناسب برای تساوی این توابع، نقاط تعادلی در شرایط مختلف به دست آورده شده­اند. مدل­سازی در سه مرحله­ی اصلی و با فرض­های وجود قطره­های هم­اندازه و بدون تغییر شکل، قطره­های هم­اندازه با امکان تغییر شکل و قطره­های غیرهم­اندازه صورت گرفته است تا در هر گام یکی از محدودیت­های مدل کنار گذاشته شود. نتایج حاصل از این تحقیق نشان­دهنده­ی افزایش جزء حجمی آب در امولسیون اشباع از آب در اثر بالا رفتن دمای کارکرد است. به علاوه نشان داده شده است که با اعمال میدان الکتریکی، در بیشتر موارد با گذر از یک مقدار مشخص، منحنی فازی امولسیون اشباع از آب به سرعت به سمت صفر میل می­کند. موضوعی که می­تواند از لحاظ صنعتی برای تعیین حداقل میدان مورد نیاز جذاب باشد. در مرحله بعد حضور نمک­های معدنی در آب نیز مورد بررسی قرار گرفته و نتایج به دست آمده نشان داده است که به دلیل کاهش تراوایی الکتریکی ، حضور نمک کلرید سدیم در قطره­های آب منجر به افزایش میدان مورد نیاز برای شکستن امولسیون تا حد %8 شده است.

  با توجه به نتایج به دست آمده، پدیده­ی تغییر شکل قطره­ها هنگام فرایند ائتلاف باید برای تعادل قطره­های کوچک (با قطر کمتر از یک میکرون) در نظر گرفته شود. این پدیده موجب افزایش جزء حجمی اشباع آب در فاز امولسیون و مقاومت بیشتر امولسیون در برابر میدان الکتریکی تا حد %14 برای قطره­های 400 نانومتری می­شود. در مورد همین قطره­ها با فرض ثابت بودن اندازه، کاهش کشش بین سطحی قطره­ی آب/نفت موجب پایداری بیشتر امولسیون در محدوده­ی 3 تا 22 درصد برای کاهش کشش سطحی از 5 به 1 میلی­نیوتن بر متر می­گردد. نتایج به دست آمده از مدل با داده­های تجربی موجود در مراجع مقایسه شده است و عملکرد مدل در بازتولید این داده­ها رضایتبخش به نظر می­رسد. در مورد قطره­های غیر­هم­اندازه در بسیاری از موارد تعادل قطره­ی بزرگتر تعیین­کننده­ی منحنی اشباع امولسیون تشخیص داده شده است؛ هرچند که در بعضی از موارد، در مقادیر کم میدان قطره­های کوچکتر تعیین کننده­ی تعادل هستند و با افزایش میدان، پس از گذر از محل تقاطع منحنی­های مربوط به هر اندازه از قطره، تعادل به منحنی قطره­های بزرگتر جابجا می­شود. در مجموع بر مبنای روابط ترمودینامیکی مدلی ارایه شده است که برخلاف بسیاری از مدل­های سینتیکی توانایی پیش­بینی رفتار فازی امولسیون در شرایط مختلف را داراست.

 

  واژگان کلیدی : امولسیون آب در نفت، مدل ترمودینامیکی، برهم­کنش دوقطبی، کرات نرم، تئوری اغتشاشی بارکر- هندرسون، نمودار فازی


دفعات مشاهده: 5032 بار   |   دفعات چاپ: 944 بار   |   دفعات ارسال به دیگران: 63 بار   |   0 نظر