تحقیق مطالعه‌ی تجربی کاهندگی نیروی درگ در مخلوط‌های پلیمر- پلیمری در جریان افقی پراکنده‌ی آب- نفت 

توضیحات

عنوان: مطالعه‌ی تجربی کاهندگی نیروی درگ در مخلوط‌های پلیمر- پلیمری در جریان افقی پراکنده‌ی آب- نفت 

• مقدمه
•  مراحل انجام آزمایش
•  نتایج و بحث
• نتیجه‌گیری
• منابع

1- مقدمه

جریان چندفازی یک رخداد معمول در صنایع نفت و صنایع شیمیایی است که می‌تواند به شکل جریان دو‌فازی مانند گاز به مایع (به‌عنوان مثال چگالش گاز)، مایع به مایع (به‌عنوان مثال نفت – آب) و سه‌فازی گاز- مایع- مایع (به‌عنوان مثال گاز- نفت- آب) وجود داشته باشد. به ویژه در صنایع پتروشیمی، پیری چاه‌های نفت باعث افزایش مقدار آب تولید شده در کنار نفت شده و در نتیجه انتقال همزمان نفت و آب از مخزن به تجهیزات فرایند، هزینه‌های اقتصادی فراوانی را به دنبال دارد. به‌طور معمول، جریان‌های آب- نفت، به علت تفاوت در چگالی و جریان آنها در سرعت‌های مختلف، تمایل به جداسازی فازها دارند که همراه با تغییرات توزیع فیزیکی فاز در لوله است که منجر به الگوهای مختلف جریان می‌شود. این الگوهای جریان را می‌توان به جریان لایه لایه تقسیم کرد که در آن هر دو فاز تداوم خود را حفظ می‌کنند و جریان را پراکنده می‌نمایند، زمانی که یک فاز جاری و دیگری به‌صورت قطره پراکنده است. جریان پراکنده به نفت مایع در آب و آب پراکنده در نفت تقسیم می‌شود.

کاهندگی نیروی درگ یک پدیده است که در آن اضافه کردن مقادیر دقیقه‌ای از پلیمرهای با وزن مولکولی بالا باعث کاهش مقاومت اصطکاکی در جریان سیال می‌شود. این پلیمرها، پلیمرهای کاهنده‌ی نیروی درگ (DRP) نامیده می‌شوند. وزن مولکولی بیشتر پلیمرها سبب افزایش کاهندگی نیروی درگ می‌شود. ابوباکار و همکاران [1] و عشرتی و همکاران [16] این اثر را به سطح درهم ریختگی و تعامل زنجیره‌های پلیمری با جریان آشفته مرتبط می‌کنند. آنها تصریح کردند که این ترکیب با افزایش وزن مولکولی پلیمرها سبب افزایش کاهندگی نیروی درگ می‌شود. مقادیر جزئی پلیمرها (در پی‌پی‌ام) در سیال کاری باعث کاهندگی نیروی درگ توسط از هم پاشیدن آشفتگی در ناحیه‌ی بافر و شکل‌گیری و انتشار گردابه‌های کوچک آشفته می‌شود. کشف کاهندگی نیروی درگ با استفاده از پلیمر به تامز ]25[ مربوط می‌شود. او گزارش داد که اضافه کردن مقدار کمی از پلیمرهای با وزن مولکولی بالا به جریان آشفته می‌تواند، به‌طور قابل توجهی سبب کاهش اصطکاک دیواره و افت فشار در خطوط لوله‌ی نفت و بنزین شود. مزیت اصلی و اقتصادی کاهندگی نیروی درگ، صرفه‌جویی در مصرف انرژی به علت کاهش آشفتگی است. بنابراین، اگر DRP به سیال اضافه شود، امکان دارد که نرخ جریان را با استفاده از قدرت کمتر حفظ کرد. پژوهش‌های زیادی با استفاده از DRPs در جریان تک و چند‌فاز (برای بررسی‌ها به [18،20،4،3] رجوع کنید) صورت گرفته است.

محققین بسیاری از برنامه‌های کاربردی که در آن کاهندگی نیروی درگ که از لحاظ اقتصادی امکان‌پذیر است، را بررسی کرده‌اند. یک مثال از این کاربرد، استفاده از 10 پی‌پی‌ام پلیمرهای محلول در نفت در سیستم خطوط لوله‌ی انتقال آلاسکا بود که به میزان قابل توجهی نرخ جریان لوله را افزایش داد. با این حال، مشکل اصلی استفاده از DRPs این است که آنها به سرعت به دلیل تعامل با آشفتگی و یا عبور از مناطقی حاوی نیروی برشی بالا، کاهش می‌یابند. چگونگی دقیق اعوجاج شناخته شده نیست، اما عموما قابل درک است که در هنگام تخریب مکانیکی یا برش، زنجیره‌های پلیمری طولانی به‌طور دائمی شكسته می‌شوند و در نتیجه منجر به كاهش یا حتی كاهش توان کاهندگی نیروی درگ پلیمرها می‌شوند. در نتیجه، مطالعات متعددی تلاش کرده‌اند تا مواد یا روش‌هایی را برای حفظ کارایی DRP برای مدت زمان طولانی‌تر توسعه دهند. به‌عنوان مثال در جریان تک‌فاز، در کاهندگی نیروی درگ با استفاده از مخلوط پلیمر- پلیمر، افزایش و یا کاهش قابل ملاحظه‌ای مشاهده شد.

دینگیلیان و روکنستین ]11[ کاهندگی نیروی درگ برخی از مخلوط‌های پلیمر- پلیمر را بررسی کردند. آنها از مخلوط‌های (الف) پلی‌متیلن‌اکسید- کربوکسی‌متیل‌سلولز، (ب) پلی‌آکریل‌آمید- کربوکسی‌متیل‌سلولز، و ج) پلی‌اتیلن‌اکسید- پلی‌آکریل‌آمید استفاده کردند. در مخلوط (الف) و (ب) یک نوع همکاری مشاهده شد، در حالی که در مخلوط (ج) یک اثر منفی مشاهده شد. آنها اظهار داشتند که اثر همکاری در کاهندگی نیروی درگ، نتیجه‌ی حاصل از هر دو یا حداقل یکی از اجزای ساختار مخلوط است.

پارکر و جویس ]23[ نشان دادند که افزودن پلی‌اتیلن- امین به محلول پلیمری آنیونی باعث می‌شود که پلیمرهای آنیونی، توانایی کاهندگی نیروی درگ آشفته را از دست بدهند. به‌عنوان مثال، ترکیب پلی‌اتیلن با پلی‌اتیلن‌اکسید، پلی‌آکریل‌آمید یا پلی‌آکریلیک اسید در از دست دادن کاهندگی نیروی درگ مؤثر است. دلیل این اتفاق شاید به دلیل تعامل بین پلیمر که منجر به شکل‌گیری سازه‌های پیچیده‌ی آنیونی-کاتیونی در مخلوط شده است، باشد.

دسچاگارووا و مننینگ ]14[ تحقیقات در مورد کاهندگی نیروی درگ را با مخلوط کردن پلی‌ایزوبوتیلن و پلی‌استایرن و ترکیب دو پلی‌ایزوبوتیلن با وزن مولکولی مختلف انجام دادند. آنها مشاهده کردند که کاهندگی نیروی درگ دو محلول رقیق شده‌ی پلی‌ایزوبوتیلن تقریبا هیچ انحرافی را از خط مستقیم افزودنی نشان نمی‌دهد، در حالی‌که کاهندگی نیروی درگ با مخلوط کردن پلی‌ایزوبوتیلن و محلول پلی‌استایرن در غلظت بالاتر از غلظت بهینه، یک اثر مثبت را در خط مستقیم افزودنی نشان می‌دهد. همچنین، دسچاگارووا و بوچوسسیان ]13[، مطالعات بیشتری را در مورد کاهندگی نیروی درگ مخلوط پلیمر- پلیمر پلی‌ایزوبوتیلن (از سه وزن مولکولی متفاوت) و کائوچوی ایزوپرن محلول در تولوئن انجام دادند. اگرچه، سطح کاهندگی نیروی درگ به نسبت دو پلیمر بستگی دارد، اما مشاهده شد که انحرافات مثبت از خط مستقیم افزودنی در تمام غلظت‌ها وجود دارد. به همان اندازه مشاهده شد که انحرافات زمانی بزرگتر خواهد بود که نسبت درصد کائوچوی مصنوعی ایزوپرن در مخلوط افزایش یابد. انحراف در کاهندگی نیروی درگ نیز با افزایش نرخ جریان محلول افزایش می‌یابد. آنها ناشی از تغییر ابعاد کویل پلیمری و حضور مولکول‌های هر دو پلیمر در محلول بوده است.

ردی و سینگ [24] تأثیر مخلوط پلیمر- پلیمری و ترکیبات پلیمر- فیبر را در کاهندگی نیروی درگ در آب بررسی کردند. کاهندگی نیروی درگ مخلوط‌ها با توجه به خط مستقیم به‌صورت مثبت و منفی منحرف شده است. آنها این انحراف را به ترکیبات، نرخ جریان و گونه‌های پلیمری در مخلوط نسبت دادند. در این مطالعه، همکاری در کاهندگی نیروی درگ مخلوطها مشاهده شد. ردی و سینگ [24] گزارش دادند که این افزایش در کاهندگی نیروی درگ به علت افزایش اندازه‌ی کویل تصادفی، حلالیت و استحکام پلیمرها است.

توجه:

برای دانلود فایل کامل ورد لطفا اقدام به خرید نمایید.

لینک دانلود فایل بلافاصله پس از خرید بصورت اتوماتیک برای شما ایمیل می گردد.