2.1.2. Точный расчет (на примере горизонтального отстойника с пода­чей эмульсии под водяную подушку).

Расчет базируется на ряде следующих положений качественно описываю­щих реальную картину гравитационного осаждения полидисперсной эмульсии типа В/Н в стесненных условиях в двигающейся жидкости.

1. За время прохождения эмульсии от входа до выхода отстойника кон­центрация дисперсной фазы изменяется как вдоль аппарата, так и по его высоте.

По горизонтали она уменьшается от входа к выходу.

По вертикали она возрастает от верхней границы жидкости в аппарате к границе водяной подушки.

2. За время прохождения эмульсии от входа до выхода отстойника её вяз­кость изменяется как вдоль аппарата, так и по его высоте.

По горизонтали она уменьшается от входа к выходу.

По вертикали она возрастает от верхней границы жидкости в аппарате к границе водяной подушки.

3. За время прохождения эмульсии от входа до выхода отстойника её ли­нейная скорость изменяется как вдоль аппарата, так и по его высоте.

По горизонтали она уменьшается от входного значения (w_Bx)^:

w_bx= (100)

до выходного значения (w_вых):

w_вых = (101)

где: Q_H- объёмный расход отводимой нефти с оставшейся обводненно-

стью.

По вертикали она уменьшается от верхней границы жидкости в аппарате к границе водяной подушки.

Такой сложный характер поведения реальной эмульсии в аппарате неиз­бежно требует ряда упрощений:

1. Пренебрежем толщиной входного слоя, который образуется между нефтью и водяной подушкой.

2. Будем вести расчет, используя понятие (d_min).

3. Будем считать время отстоя равным среднему времени движения эмульсии вдоль зоны отстоя.

Тогда:

(102)

Откуда:

w_ср=( ) (103)

Но из вышеприведенного уравнения следует, что:

Q_Э = w_BX-S_H (104) но:

w_cp = (105)

Откуда:

w_bx = 2 · W_cp - w_bыx (106)

или, с учетом вышеприведенного выражения:

w_BX = 2·w_cp- (107)

Подставим полученное выражение в вышеприведенное и получим:

Q = 2·w_сp·S_H-Q_H (108)

Известно, что из материального баланса работы отстойника, пренебрегая захватом нефти дренажной водой, можно записать, что:

О_н = О_э (109)

Подставим выражение (109) в уравнение (108) и выразим из полученного равенства Q_Э:

Q_Э=w_cp·S_H· (110)

Подставим в уравнение (110) значение w_cp из вышеприведенного уравне­ния и получим выражение:

Q_Э=( ) (111)

Дальнейшее преобразования возможны по нескольким направлениям.

1 Направление.

На основании вышеприведенного уравнения можно записать, что:

= (112)

Первый слагаемый вектор направлен вертикально вниз, а его модуль после замены ε на φ_ср и d_Ч на d_min согласно вышеприведенного выражения , пригод­ного для всех режимов осаждения приобретает вид:

= (113)

Второй слагаемый вектор направлен горизонтально, а его модуль может быть определён по уравнению:

(114)

Подставим уравнение (113) и (114) в выражение (892) и получим итоговое соотношение:

Q

+ (115)

2 Направление.

Вновь используют исходное выражение (112), но при нахождении модуль­ных значений слагаемых векторов используют либо выражение (87), либо (88), либо, наконец, (89).

Допустим, было выбрано самое общее выражение (87); тогда модуль пер-

вого слагаемого (после замены ε на φ_ср) можно найти по выражению:

=w_ос (116)

А модуль второго слагаемого можно выразить следующим образом:

(117)

Величина w_оc в зависимости от режима оседания может быть определена

либо по уравнению (71), либо (74), либо, наконец, (75). При этом, разумеется, d_ч заменяется на d_min.

Допустим, оседание происходит в ламинарных условиях, тогда подставив выражение (71) в формулы (116) и (117), а затем подставив полученные выраже­ния в формулу (111), получим итоговое соотношение для ламинарных условий оседания:

Q_Э=

(118)

Аналогично, для оседания в турбулентных условиях получим:

Q_Э=

(119)

При переходном режиме (120): Q_Э=

3 направление:

Данный подход основан на выражении:

(121)

Тогда, по аналогии, итоговое уравнение для ламинарных условий оседания примет вид (122):

Для турбулентных условий оседания:

(123)

При переходном режиме:

(124)

Расчет вертикального отстойника принципиально не отличается от гори­зонтального за тем лишь исключением, что в итоговых формулах (115), (118), (119), (120), (121), (122) и (123) вместо L используется выражение (H-h₁ –h₂), а вместо

(D_b – h₁ – h₂) используется D_B.

Если водо - нефтяная эмульсия подаётся выше водяной подушки, то вме­сто выражения (D_B-h₁-h₂) используется выражение (D_B-h₂-h₃), а вместо выражения

(H-h₁-h₂) используется выражение (H-h₂-h₃) для соответст­вующих типов отстойников.

2.2. Расчет геометрических размеров отстойников. ,

2.2.1. Определение диаметра (на примере вертикального отстойника - рис. 9, 10.)

Рис.9. Схема вертикального отстойника с газовой подушкой.

Диаметр отстойника определяют исходя из объёма поступающего в него продукта. Если в отстойнике одновременно отделяется газ, то величину сечения рассчитывают и по газовому и по жидкостному потоку, а затем, по большему зна­чению и определяют внутренний диаметр, который в данном случае является ми­нимально необходимым.

Минимально необходимую площадь сечения по газовому потоку рассчи­тывают следующим образом:

1. Определяют предельно допустимую скорость газового потока (u_r) по формуле Обрядчикова - Хохрякова:

u_r (125)

2. Определяют объёмный расход газа (Q_r):

Q=22,4 (126)

где: Т - температура в отстойнике, К;

Р - давление в системе, МПа;

Gi - массовый расход i - го компонента, кг/час;

Mi- молекулярная масса i - го компонента.

Рис. 10. Схема вертикального отстойника без отделения газа

3. Определяют площадь сечения:

S_r= (127)

Минимально необходимую площадь сечения по жидкостному потоку рас­считывают следующим образом:

S_ж= (128)

где: Q_Э - объёмный расход эмульсии;

u_Э- предельно допустимая скорость жидкостного потока. При этом:

u_Э (129)

Обычно u_э не превышает 0,002 - 0,005 м/с (из опытных данных). Искомый диаметр аппарата определяют по формуле:

D_B= (130)

Если аппарат имеет отбойную перегородку, то расчет необходимо вести по наиболее узкому месту, т.е. по площади сегмента MEN.

В этом случае формула (127) дает нам величину не S_r, a S_c т.е. необходи­мую площадь сегмента, пересчитать которую на внутренний диаметр можно по формуле:

D_В=2 (131)