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

فصل اول: مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………1

فصل دوم: مبانی تحقیق……………………………………………………………………………………………………………..4

2-1- کشش سطحی تعادلی و روش­های اندازه گیری آن………………………………………………………..5

2-1-1- دسته­ی اول: اندازه گیری با استفاده از یک میکروبالانس…………………………………………..7

2-1-2- دسته­ی دوم: اندازه گیری فشار مویینگی……………………………………………………………………8

2-1-3- دسته­ی سوم: آنالیز تعادل بین نیروهای گرانش و موئینه ………………………………………..9

2-1-4- دسته­ی چهارم: آنالیز قطره­های منحرف شده بر اثر گرانش ………………………………… 10

2-2- کشش سطحی دینامیک ……………………………………………………………………………………………..13

 فصل سوم: روش های اندازگیری ضریب نفوذ ……………………………………………………………………..14

3-1- روش های اندازه گیری ضریب نفوذ به صورت مستقیم……………………………………………….16

3-2- روش های اندازه گیری ضریب نفوذ به صورت غیر مستقیم…………………………………..16

3-2-1- اندازه گیری ضریب نفوذ بر اساس تغییر حجم گاز …………………………………………..16

3-2-2- اندازه گیری ضریب نفوذ بر اساس تغییر فشار گاز………………………………………………….18

3-2-3- اندازه گیری ضریب نفوذ بر اساس آنالیز کشش سطحی تعادلی و دینامیکی………..19

3-2-4-  اندازه گیری ضریب نفوذ بر اساس شکل قطره­ی معلق…………………………………………22

3-2-5-  اندازه گیری ضریب نفوذ بر اساس حجم قطره­ی معلق…………………………………………25

فصل چهارم: مروری بر تحقیقات انجام شده………………………………………………………………………….27

4-1- پیشینه­ی تحقیق………………………………………………………………………………………………………….28

فصل پنجم: انجام کار……………………………………………………………………………………………………………..32

5-1- قسمت آزمایشگاهی……………………………………………………………………………………………………..33

5-1-1- مواد به کار رفته  ……………………………………………………………………..34

5-1-2- تجهیزات به کار رفته در آزمایش……………………………………………………………………………..34

5-1-3- شرح آزمایش…………………………………………………………………………………………………………….35

5-2- قسمت مدلسازی……………………………………………………………………………………………………………36

5-2-1- مدل انتقال جرمی…………………………………………………………………………………………………… 37 فصل ششم: نتایج……………………………………………………………………………………………………………………..44

6-1- اندازه گیری کشش سطحی دینامیکی………………………………………………………………………….44

6-2- کشش سطحی تعادلی…………………………………………………………………………………………………..47

6-3- محاسبه­ی ضریب نفوذ با فرض عدم وجود مقاومت در مرز گاز- مایع…………………………52

6-4- محاسبه­ی ضریب انتقال جرم در مرز گاز- مایع با فرض وجود مقاومت مرزی……………59

6-5- اثر دما، فشار و زمان روی ضریب انتقال جرم مرزی……………………………………………………..60

فصل هفتم: نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………………….72

فصل هشتم: پیشنهادات……………………………………………………………………………………………………..75

 منابع…………………………………………………………………………………………………………………………………..77

فهرست جداول

جدول6-1- فهرستی از پارامترهای مورد نیاز برای شبیه سازی فرآیند انتقال جرم…………..51

جدول6-2- مقایسه­ی مقدار ضریب نفوذ در سیستم­های دی اکسید کربن- هگزادکان و دی اکسید کربن- هپتان……………………………………………………………………………………………………………………………57

جدول6-3- مقایسه­ی مقدار ضریب انتقال جرم مرزی برای سیستم­های مختلف در دماها و فشارهای متفاوت………………………………………………………………………………………………………………….58

فهرست اشکال

شکل 2-1 شکل یک فیلم صابونی که روی چارچوبی فلزی کشیده شده است  …………………………….6

شکل 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……………………………………………11

شکل 2-4 تعریف مولفه های روش قطره معلق………………………………………………………………………………11

شکل 2-5 شماتیک روش چرخش………………………………………………………………………………………………….12

شکل 3-1 شرایط انتقال جرم به کار گرفته شده در تعیین ضریب نفوذ با استفاده از تغییر حجم فاز گاز…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….17

شکل 3-2 شماتیک تجهیزات آزمایشگاهی روش بدست آوردن ضریب نفوذ از طریق کشش سطحی ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….20

شکل3-3 تصویر شماتیک یک قطره که به وسیله­ی گاز محاط شده است………………………………….21

شکل 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) …………34

شکل 5-1 شماتیک یک قطره مایع معلق در حضور گاز پر فشار دی کسید کربن……………………….37

شکل 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…………………………………………………………………………………………….45

شکل 6-3 کشش سطحی دینامیکی اندازه­گیری شده برای سیستم نیتروژن- هگزادکان در فشار MPa270/18 ودماهای مختلف……………………………………………………………………………………………………..46

شکل 6-4 کشش سطحی دینامیکی اندازه­گیری شده  برای سیستم ننیتروژن- هپتان در فشارMPa 270/18ودماهای مختلف …………………………………………………………………………………………….46

شکل 6-5 تغییرات کشش سطحی تعادلی با فشار برای مخلوط دی اکسید کربن- هگزادکان در دماهای مختلف…………………………………………………………………………………………………………………………………47

شکل 6-6 تغییرات کشش سطحی تعادلی با فشار برای مخلوط دی اکسید کربن- هپتان در دماهای مختلف ……………………………………………………………………………………………………………………………….48

شکل 6-7 تغییرات کشش سطحی تعادلی با فشار برای مخلوط نیتروژن- هگزادکان در دماهای مختلف………………………………………………………………………………………………………………………………………………48

شکل 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…50

شکل 6-10 منحنی کالیبراسیون برای سیستم دی اکسید کربن- هپتان در دماهای مختلف……..50

شکل 6-11 منحنی کالیبراسیون برای سیستم نیتروژن- هگزادکان در دماهای مختلف……………..51 

شکل 6-12 منحنی کالیبراسیون برای سیستم نیتروژن- هپتان در دماهای مختلف……………………51

شکل 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……………….61

شکل 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………………………….62

شکل 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 …………………………………………………………………………………………………………………………………………69

شکل 6-18 تغییرات ضریب انتقال جرم مرزی با فشار و دما برای سیستم دی اکسید کربن- هپتان……………………………………………………………………………………………………………………………………………….69

شکل 6-19 تغییرات ضریب انتقال جرم مرزی با فشار و دما برای سیستم نیتروژن- هگزادکان………………………………………………………………………………………………………………………………………….70

شکل 6-20 تغییرات ضریب انتقال جرم مرزی با فشار و دما برای سیستم نیتروژن- هپتان………..70

 برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.