Исследование влияния неизотермических условий на расслоение эмульсии типа «вода в масле» методом математического моделирования

Об авторах:

Гимадеев Ахат Вилевич, аспирант, кафедра прикладной физики, Уфимский университет науки и технологий, Уфа, Россия

arockerf@yandex.ru

Мусин Айрат Ахматович, кандидат физико-математических наук, доцент, кафедра физики, Уфимский университет науки и технологий, Уфа, Россия

mus-airat@yandex.ru

Валиуллина Вилена Ильшатовна, кандидат физико-математических наук, инженер, кафедра прикладной физики, Уфимский университет науки и технологий, Уфа, Россия

vilenches@gmail.com

Ковалева Лиана Ароновна, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой прикладной физики, Уфимский университет науки и технологий, Уфа, Россия

liana-kovaleva@yandex.ru

Аннотация:

В настоящем исследовании изучается процесс неизотермического расслоения эмульсии типа «вода в масле» в прямоугольной полости. Модель учитывает зависимость вязкости несущей фазы от температуры, а также влияние стесненности осаждения капель. Решение одномерной задачи выполнено в рамках однотемпературного приближения на базе следующих допущений: эмульсия считается монодисперсной, конвективные потоки в системе отсутствуют. Численная реализация осуществлена в среде OpenFOAM с применением модифицированного решателя. Основное внимание уделено анализу влияния неизотермических граничных условий на динамику осаждения дисперсной фазы.

Список литературы:

Бадикова А. Д., Изилянова Д. Л., Мухамадеев Р. У. 2019. Особенности разделения водонефтяных эмульсий с использованием химических реагентов // Universum: технические науки. № 12-2 (69). С. 71–75.

Виноградов В. М., Винокуров, В. А. 2007. Образование, свойства и методы разрушения нефтяных эмульсий. Москва: «Нефть и газ», РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина. 31 с.

Гимадеев А. В., Мусин А. А., Ковалева Л. А. 2021. Численное исследование неизотермического осаждения капель воды в эмульсии // Вестник Башкирского университета. Том 26. № 4. С. 871–876.

Дмитриев А. В., Зинуров В. Э., Дмитриева О. С., Данг С. В. 2018. Моделирование процесса разделения водонефтяной эмульсии в прямоугольном сепараторе // Вестник Казанского государственного энергетического университета. № 3 (39). С. 65–71.

Зиннатуллин Р. Р., Муллаянов А. И., Амекачев Р. М. 2015. Исследование особенностей коагуляции и коалесценции эмульсионных капель в электромагнитном поле // Вестник Башкирского университета. Том 20. № 3. С. 822–825.

Копысов С. П., Тонков Л. Е., Чернова А. А. 2015. Применение методов VOF и SPH для решения задач с развитой свободной поверхностью // Известия Института математики и информатики Удмуртского государственного университета. № 2 (46). С. 76–84.

Мусин А. А., Тухбатова Э. Р., Анисенкова Н. А. 2017. Исследование интенсивности расслоения высоковязкой водонефтяной эмульсии в емкости с нагретыми боковыми стенками // Вестник Башкирского университета. Том 22. № 3. С. 622–626.

Петровский Э. А., Соловьёв Е. А., Коленчуков О. А. 2018. Современные технологии переработки нефтешламов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. Том 3. № 4. С. 124–132. https://doi.org/10.12737/article_5ac24a32b29f22.54931659

Хрисониди В. А., Струева В. А. 2020. Современные методы разрушения водонефтяных эмульсий // The Scientific Heritage. № 50-3. С. 38–41.

Elektorowicz M., Habibi S., Chifrina R. 2006. Effect of electrical potential on the electro-demulsification of oily sludge // Journal of Colloid and Interface Science. Vol. 295. No. 2. Pp. 535–541. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2005.08.042

Fang C. S., Lai P. M. C. 1995. Microwave heating and separation of water-in-oil emulsions // Journal of Microwave Power and Electromagnetic Energy. Vol. 30(1). Pp. 46–57. https://doi.org/10.15446/dyna.v81n183.34802

Hajivand P., Vaziri A. (2015). Optimization of demulsifier formulation for separation of water from crude oil emulsions // Brazilian Journal of Chemical Engineering. Vol. 32. No. 1. Pp. 107–118. https://doi.org/10.1590/0104-6632.20150321s00002755

Hao L., Jiang B., Zhang L., Yang H., Sun Y., Wang B., Yang N. 2016. Efficient demulsification of diesel-in-water emulsions by different structural dendrimer-based demulsifiers // Industrial & Engineering Chemistry Research. Vol. 55. No. 6. Pp. 1748–1759. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.5b04401

Kovaleva L., Zinnatullin R., Musin A., Gabdrafikov A., Sultanguzhin R., Kireev V. 2021. Influence of radio-frequency and microwave electromagnetic treatment on water-in-oil emulsion separation // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. Vol. 614. Article 126081. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2020.126081

Kuzmenko E. A., Usheva N. V., Moyzes O. E. Polyakova, K. A. 2016. Dynamics of water separation in destruction of water-in-oil emulsions // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Vol. 43. Article 012059. IOP Publishing. https://doi.org/10.1088/1755-1315/43/1/012059

Martínez-Palou R., Cerón-Camacho R., Chávez B., et al. 2013. Demulsification of heavy crude oil-in-water emulsions: A comparative study between microwave and thermal heating // Fuel. Vol. 113. Pp. 407–414. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2013.05.094

Osher S., Sethian J. A. 1988. Fronts propagating with curvature-dependent speed: Algorithms based on Hamilton–Jacobi formulations // Journal of Computational Physics. Vol. 79. No. 1. Pp. 12–49. https://doi.org/10.1016/0021-9991(88)90002-2

Perles C. E., Volpe P. L. O., Bombard A. J. 2012. Study of the cation and salinity effect on electrocoalescence of water/crude oil emulsions // Energy & Fuels. Vol. 26. No. 11. Pp. 6914–6924. https://doi.org/10.1021/ef301433m

Rajaković V., Skala D. 2006. Separation of water-in-oil emulsions by freeze/thaw method and microwave radiation // Separation and Purification Technology. Vol. 49. No. 2. Pp. 192–196. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2005.09.012

Razi M., Rahimpour M. R., Jahanmiri A., Azad F. 2011. Effect of a different formulation of demulsifiers on the efficiency of chemical demulsification of heavy crude oil // Journal of Chemical & Engineering Data. Vol. 56. No. 6. Pp. 2936–2945. https://doi.org/10.1021/je2001733

Rehfeld S. J. 1974. Stability of hydrocarbon-in-water emulsions during centrifugation. Influence of dispersed phase composition // Journal of Colloid and Interface Science. Vol. 46. No. 3. Pp. 448–459. https://doi.org/10.1016/0021-9797(74)90055-1

Rodionova G., Keleşoğlu S., Sjöblom J. 2014. AC field induced destabilization of water-in-oil emulsions based on North Sea acidic crude oil // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. Vol. 448. Pp. 60–66. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2014.01.019

Romanova Yu. N., Maryutina T. А., Musina N. S., Spivakov B. Y. 2022. Application of ultrasonic treatment for demulsification of stable water-in-oil emulsions // Journal of Petroleum Science and Engineering. Vol. 209. Article 109977. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2021.109977

Tan W., Yang X. G., Tan X. F. 2007. Study on demulsification of crude oil emulsions by microwave chemical method // Separation Science and Technology. Vol. 42. Pp. 1367–1377. https://doi.org/10.1080/01496390701193736

Tarantsev K. V., Tarantseva K. R. 2017. Influence of electric field frequency on the process of destruction of water-oil emulsions in electric dehydrators // Chemical and Petroleum Engineering. Vol. 53(7). Pp. 515–518. https://doi.org/10.1007/s10556-017-0373-z