پایان نامه ارشد : شبیه سازی پدیده ی کشش سطحی دینامیکی در سیستم های نفت-حلال بر اساس فرآیند نفوذ

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی شیمی

عنوان : شبیه سازی پدیده ی کشش سطحی دینامیکی در سیستم های نفت-حلال بر اساس فرآیند نفوذ

دانشگاه شیراز

دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز

 

پایان‌نامه کارشناسی ارشد در رشته‌ی مهندسی شیمی

 

 

شبیه سازی پدیده­ی کشش سطحی دینامیکی در سیستم­های نفت-حلال بر اساس فرآیند نفوذ

  

 

 

اساتید راهنما

دکتر سید شهاب الدین آیت اللهی

دکتر پیمان کشاورز

اسفند 1391

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)چکیده شبیه سازی پدیده­ی کشش سطحی دینامیکی در سیستم­های نفت حلال بر اساس فرآیند نفوذ یکی از فرآیند­های مطرح در زمینه­ی ازدیاد برداشت از مخازن نفتی، تزریق گاز است. بنابراین دریافتی صحیح از مکانیزم­ها و چگونگی انجام این فرآیندها گامی بزرگ در جهت افزایش بهره­وری از مخازن نفتی به شمار می­آید. در این تحقیق، مکانیزم انتقال جرم در سیستم­های گاز- مایع برای دو هیدروکربن موجود در نفت، در حضور گازهای دی اکسید کربن و نیتروژن مورد بررسی قرار می­گیرد. از آنجایی که تغییر کشش سطحی دینامیک نتیجه­ی انتقال جرم بین فاز مایع و گاز است، در تحقیق حاضر، دو مدل انتقال جرمی مختلف برای این سیستم­ها بر اساس داده­های کشش سطحی دینامیکی موجود در مرکز ازدیاد برداشت ارائه گردید. با مقایسه­ی نتایج به دست آمده از مدل­ها با نتایج واقعی، مدل انتقال جرمی شامل مقاومت در مرز دو سیال، به عنوان مدل انتقال جرمی صحیح انتخاب و اثر پارامترهای دما، فشار و زمان بر روی ضرایب انتقال جرم مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج به دست آمده، ضریب انتقال جرم در مرز دو سیال با گذشت زمان، کاهش و با افزایش فشار، افزایش می­یابد؛ اما تغییرات این ضریب با دما روند مشخصی ندارد که علت آن اثر متفاوت دو پدیده­ی حلالیت و نفوذپذیری در انتقال جرم می­باشد. به طور کلی در سیستم­هایی که نیتروژن به عنوان فاز گاز به کار رفته باشد، نسبت به سیستم­های شامل دی اکسید کربن، مقاومت انتقال جرمی در مرز دو سیال بیشتر است. علاوه بر این، سیستم­های شامل هپتان، مقامت مرزی کمتری نسبت به سیستم­های حاوی هگزادکان از خود نشان می­دهند.  فهرست مطالب  
عنوان                                            صفحه
 فصل اول: مقدمه..........................................................................................................................................1فصل دوم: مبانی تحقیق.............................................................................................................................42-1- کشش سطحی تعادلی و روش­های اندازه گیری آن.................................................................52-1-1- دسته­ی اول: اندازه گیری با استفاده از یک میکروبالانس..................................................72-1-2- دسته­ی دوم: اندازه گیری فشار مویینگی..............................................................................82-1-3- دسته­ی سوم: آنالیز تعادل بین نیروهای گرانش و موئینه ...............................................92-1-4- دسته­ی چهارم: آنالیز قطره­های منحرف شده بر اثر گرانش ....................................... 102-2- کشش سطحی دینامیک ...........................................................................................................13 فصل سوم: روش های اندازگیری ضریب نفوذ ................................................................................143-1- روش های اندازه گیری ضریب نفوذ به صورت مستقیم.......................................................163-2- روش های اندازه گیری ضریب نفوذ به صورت غیر مستقیم.........................................163-2-1- اندازه گیری ضریب نفوذ بر اساس تغییر حجم گاز ..................................................163-2-2- اندازه گیری ضریب نفوذ بر اساس تغییر فشار گاز..........................................................183-2-3- اندازه گیری ضریب نفوذ بر اساس آنالیز کشش سطحی تعادلی و دینامیکی...........193-2-4-  اندازه گیری ضریب نفوذ بر اساس شکل قطره­ی معلق................................................223-2-5-  اندازه گیری ضریب نفوذ بر اساس حجم قطره­ی معلق................................................25فصل چهارم: مروری بر تحقیقات انجام شده.....................................................................................274-1- پیشینه­ی تحقیق.........................................................................................................................28فصل پنجم: انجام کار.............................................................................................................................325-1- قسمت آزمایشگاهی....................................................................................................................335-1-1- مواد به کار رفته  ................................................................................345-1-2- تجهیزات به کار رفته در آزمایش.........................................................................................345-1-3- شرح آزمایش............................................................................................................................355-2- قسمت مدلسازی...........................................................................................................................365-2-1- مدل انتقال جرمی.................................................................................................................. 37 فصل ششم: نتایج......................................................................................................................................446-1- اندازه گیری کشش سطحی دینامیکی.....................................................................................446-2- کشش سطحی تعادلی.................................................................................................................476-3- محاسبه­ی ضریب نفوذ با فرض عدم وجود مقاومت در مرز گاز- مایع..............................526-4- محاسبه­ی ضریب انتقال جرم در مرز گاز- مایع با فرض وجود مقاومت مرزی...............596-5- اثر دما، فشار و زمان روی ضریب انتقال جرم مرزی..............................................................60فصل هفتم: نتیجه گیری...................................................................................................................72فصل هشتم: پیشنهادات....................................................................................................................75 منابع.....................................................................................................................................................77   فهرست جداول  
عنوان و شماره                                           صفحه
 جدول6-1- فهرستی از پارامترهای مورد نیاز برای شبیه سازی فرآیند انتقال جرم..............51جدول6-2- مقایسه­ی مقدار ضریب نفوذ در سیستم­های دی اکسید کربن- هگزادکان و دی اکسید کربن- هپتان.............................................................................................................................................57جدول6-3- مقایسه­ی مقدار ضریب انتقال جرم مرزی برای سیستم­های مختلف در دماها و فشارهای متفاوت..................................................................................................................................58   فهرست اشکال  
عنوان و شماره                                           صفحه
شکل 2-1 شکل یک فیلم صابونی که روی چارچوبی فلزی کشیده شده است  ..................................6شکل 2-2 استفاده از روش لوله مویین برای اندازه گیری کشش سطحی..............................................9 شکل 2-3 تعریف ابعاد و مولفه های توصیف شده در دسته­ی چهارم...................................................11شکل 2-4 تعریف مولفه های روش قطره معلق..........................................................................................11شکل 2-5 شماتیک روش چرخش................................................................................................................12شکل 3-1 شرایط انتقال جرم به کار گرفته شده در تعیین ضریب نفوذ با استفاده از تغییر حجم فاز گاز.........................................................................................................................................................................17شکل 3-2 شماتیک تجهیزات آزمایشگاهی روش بدست آوردن ضریب نفوذ از طریق کشش سطحی ...............................................................................................................................................................................20شکل3-3 تصویر شماتیک یک قطره که به وسیله­ی گاز محاط شده است........................................21شکل 5-1 شماتیک تجهیزات استفاده شده برای اندازه گیری کشش سطحی (1- محفظه­ی شیشه ای پر فشار، 2- دستگاه تولید کننده­ی فشار، 3- مانومتر، 4- مخزن گاز، 5- مخزن مایع) ............34شکل 5-1 شماتیک یک قطره مایع معلق در حضور گاز پر فشار دی کسید کربن............................37شکل 6-1 کشش سطحی دینامیکی اندازه­گیری شده برای سیستم دی اکسید کربن- هگزادکان در فشار MPa895/6 و دماهای مختلف............................................................................................................45 شکل 6-2 کشش سطحی دینامیکی اندازه­گیری شده برای سیستم دی اکسید کربن- هپتان در فشار MPa447/3 و دماهای مختلف..........................................................................................................45شکل 6-3 کشش سطحی دینامیکی اندازه­گیری شده برای سیستم نیتروژن- هگزادکان در فشار MPa270/18 ودماهای مختلف....................................................................................................................46شکل 6-4 کشش سطحی دینامیکی اندازه­گیری شده  برای سیستم ننیتروژن- هپتان در فشارMPa 270/18ودماهای مختلف ..........................................................................................................46شکل 6-5 تغییرات کشش سطحی تعادلی با فشار برای مخلوط دی اکسید کربن- هگزادکان در دماهای مختلف...................................................................................................................................................47شکل 6-6 تغییرات کشش سطحی تعادلی با فشار برای مخلوط دی اکسید کربن- هپتان در دماهای مختلف .................................................................................................................................................48شکل 6-7 تغییرات کشش سطحی تعادلی با فشار برای مخلوط نیتروژن- هگزادکان در دماهای مختلف..................................................................................................................................................................48شکل 6-8 تغییرات کشش سطحی تعادلی با فشار برای مخلوط نیتروژن- هپتان در دماهای مختلف ..............................................................................................................................................................................48  شکل 6-9 منحنی کالیبراسیون برای سیستم دی اکسید کربن- هگزادکان در دماهای مختلف...50شکل 6-10 منحنی کالیبراسیون برای سیستم دی اکسید کربن- هپتان در دماهای مختلف........50شکل 6-11 منحنی کالیبراسیون برای سیستم نیتروژن- هگزادکان در دماهای مختلف.................51  شکل 6-12 منحنی کالیبراسیون برای سیستم نیتروژن- هپتان در دماهای مختلف........................51شکل 6-13 ضریب انتقال جرم مرزی بر حسب زمان برای سیستم دی اکسید کربن- هگزادکان در دماهای مختلف و فشار و فشار(آ) MPa 447/3 (ب) MPa481/4 (ج) MPa895/6...................61شکل 6-14 ضریب انتقال جرم مرزی بر حسب زمان برای سیستم دی اکسید کربن- هپتان در دماهای مختلف و فشار (آ) MPa 724/1 (ب) MPa447/3 (ج) MPa481/4...............................62شکل 6-15 ضریب انتقال جرم مرزی بر حسب زمان برای سیستم نیتروژن- هگزادکان در دماهای مختلف و فشار (آ) MPa 481/4 (ب)  MPa618/8 (ج)  MPa166/25 (د)  MPa713/41...64 شکل 6-16 ضریب انتقال جرم مرزی بر حسب زمان برای سیستم نیتروژن- هپتان در دماهای مختلف و فشار (آ) 481/4 (ب) MPa618/8 (ج)  MPa166/25......................................................66 شکل 6-17 تغییرات ضریب انتقال جرم مرزی با فشار و دما برای سیستم دی اکسید کربن- هگزادکان ............................................................................................................................................................69شکل 6-18 تغییرات ضریب انتقال جرم مرزی با فشار و دما برای سیستم دی اکسید کربن- هپتان...................................................................................................................................................................69شکل 6-19 تغییرات ضریب انتقال جرم مرزی با فشار و دما برای سیستم نیتروژن- هگزادکان.............................................................................................................................................................70شکل 6-20 تغییرات ضریب انتقال جرم مرزی با فشار و دما برای سیستم نیتروژن- هپتان...........70 مقدمه مطالات اخیر نشان می­دهد که فرآیند نفوذ مولکولی یک گاز مثل دی اکسید کربن، نقشی اساسی در فرآیندهای استحصال نفتی بازی می­کند. بنابراین مطالعه­ی انتقال جرم در سیستم­های گاز-نفت، در شرایط دمایی و فشاری مخزن ضروری به نظر می­رسد ]4-1[.از نظر فیزیکی، فرآیند نفوذ مولکولی گاز در نفت طی سه مرحله صورت می­گیرد. ابتدا گاز تزریقی به سمت مرز گاز-نفت حرکت کرده و سپس در مرز نفوذ می­کند و در نهایت وارد فاز نفتی می­گردد. انتقال جرم گاز در نفت باعث می­شود خصوصیات مرزی بین نفت خام و گاز تزریقی تغییر کند. در گذشته مطالعات زیادی برای تعیین پارامترهای انتقال جرم در  سیستم­های مختلف گاز-نفت ارائه شده است. یکی از این روش­­ها استفاده از تغییر کشش سطحی دینامیکی سیستم است ]5[.کشش سطحی در مرز دو سیال، نتیجه­ی انرژی اضافه­ای است که در اثر نیروهای بین مولکولی اشباع نشده در سطح به وجود می­آید ]6[. این پارامتر با روش­های گوناگونی قابل اندازه­گیری است که در فصل دوم به طور کامل در مورد آنها توضیح داده شده است.طبق بررسی­های به عمل آمده، کشش سطحی احتمالا مهم­ترین عاملی است که سبب می­شود حدود یک­ سوم نفت درجا، پس از سیلاب­زنی با آب یا رانش با گاز، به صورت غیر قابل استحصال در بیاید ]8[.از طرف دیگر مطالعه­ی کشش سطحی در فرآیندهای ازدیاد برداشت به روش سیلاب زنی با حلال اهمیت ویژه­ای می­یابد. یک حلال می تواند با تزریق به مخزن نفت را جا­به­جا کند. این تزریق می­تواند سبب جابجایی امتزاج پذیر (تک فازی) یا امتزاج ناپذیر (دو فازی) گردد ]7[.مکانیزم های موثر در جا­به­جایی نفت به وسیله حلال عبارتند:استخراج اجزای سبک[1](و حتی متوسط) نفت به وسیله­ی سیالکاهش کشش سطحی بین حلال و نفت و کاهش ویسکوزیته نفت از طریق حل شدن حلال در نفت[2]
  1. متورم شدن نفت از طریق نفوذ حلال درون نفت[3]
از بین روش­های موجود برای اندازه­گیری کشش سطحی، روش قطره معلق[4]، در دما و فشار بالا کاربرد بیشتری یافته است.در این تحقیق، با استفاده از داده ­های آزمایشگاهی کشش سطحی تعادلی و دینامیک، برای سیستم­های گاز- نرمال پارافین، دو نوع مدل انتقال جرمی مختلف بر روی سیستم قطره­ی معلق بررسی، و روشی که نتایج آن منطبق بر نتایج آزمایشگاهی می­شود به عنوان مدل اصلی انتقال جرم معرفی ­گردید. همین طور نحوه­ی تاثیر دما، فشار، زمان و نوع مواد شرکت کننده در فرآیند، روی پروسه­ی انتقال جرم تعیین گردید.

فصل دوم

  2- مبانی تحقیق  در این فصل و فصل بعدی، توضیحاتی در مورد واژه­های کلیدی موجود در عنوان پایان نامه داده خواهد شد. در ابتدا به تعریف کشش سطحی و روش­های اندازه گیری آن می­پردازیم.  2-1- کشش سطحی تعادلی و روش­های اندازه گیری آن در درون یک فاز مایع، مولکول­ها به طور کامل توسط مولکول­های دیگر محاط می­شوند، به طوری که نیروی جذب در همه­ی جهت­ها یکسان است. اما در مرز، نیروهای بین مولکولی از یک جنس نیستند و در نتیجه همدیگر را خنثی نمی­کنند.این بر هم کنش سبب به وجود آمدن نیرویی به سمت داخل می­گردد. این پدیده دقیقا همان عاملی است که سبب می­گردد قطرات کوچک، شکل کروی به خود بگیرند. بنابراین می­توان گفت کشش سطحی[5] عبارت است از تمایل سطح به انقباض، برای حداقل کردن مساحت بین سطحی ]9[.از نظر فیزیکی، برای کشیدن یک فیلم صابون روی یک قاب سیمی شکل، بایستی نیرویی به اندازه­ی F وارد شود تا از پارگی فیلم جلوگیری گردد. اگر فیلم به اندازه­ی dx جابجا شود، انرژی  آن به اندازه­ی Fdx بالا می­رود. اگر سیستم در حالت تعادل باشد، این تغییر انرژی بایستی دقیقا برابر با انرژی آزاد سطح گردد، یا به عبارتیمعادله (2-1) را می­­توان به صورت زیر ساده نموداین عبارت دقیقا معادل با کاری است که بایستی انجام شود تا مساحت سطح مایع را افزایش دهد و باعث شود سطح مایع، مانند یک پوست کشیده شده عمل کند که در اصطلاح علمی به آن کشش سطحی گفته می­شودهر چند در صنایع نفت و گاز کاهش کشش سطحی بین نفت خام و سیال تزریقی باعث افزایش تولید می­گردد، اما در مواردی مانند صنعت روغن خوراکی تلاش­ها برای افزایش کشش سطحی صورت می­گیرد تا با جذب کمتر این مواد، ضرر کمتری متوجه بدن گردد ]11[.در چند دهه­ی گذشته روش­های مختلفی برای اندازه­گیری کشش سطحی بین مواد مختلف ارائه شده است. درلیخ و همکارانش، روش­های اندازه­گیری کشش سطحی را به پنج دسته­ی کلی تقسیم بندی کردند که عبارتند از:اندازه­گیری مستقیم با استفاده از یک میکروبالانس که شامل روش صفحه­ی ویلهلمی[1]وحلقه­ی دوندیا[2] می­باشد.اندازه­گیری فشار موئینه که شامل روش­های بیشترین فشار حباب[3] و رشد قطره[4] می­باشد.آنالیز تعادل بین نیروهای گرانش و موئینه شامل روش­های حجم قطره[5] و بالا رفتن در لوله­ی موئین[6].آنالیز قطره­های منحرف شده بر اثر گرانش شامل قطره معلق[7] و قطره چسبیده[8].روش انحراف قطره تقویت شده شامل روش چرخش قطره[9] و میکروپیپت [10] ]6[.  2-1-1- دسته­ی اول: اندازه گیری با استفاده از یک میکروبالانس برای اندازه­گیری مستقیم کشش سطحی با استفاده از یک میکروبالانس، یک صفحه، حلقه، یا هر وسیله­ی ساده­ی دیگر، در تماس با مرز دو سیال قرار می­گیرد. اگر میکروبالانس به طور کامل با یکی از این سیالات تر شده باشد، مایع به وسیله می­چسبد و در نتیجه­ی نیروی مویینگی از آن بالا می­رود و باعث افزایش مساحت مرزی شده و نیرویی ایجاد می­ نماید که سعی می­کند صفحه را به طرف مرز بکشد. این نیرو مستقیما با کشش سطحی ارتباط پیدا می­کند و می­تواند به وسیله­ی میکروبالانس اندازه­گیری شود. این نیرو به صورت معادله­ی (3-1) در کشش سطحی تاثیر می­گذارد.تعداد صفحه : 118 قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09309714541 (فقط پیامک)        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  -- --

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید