Ход работы

1. Рассчитали размеры вертикального и горизонтального отстойников

Сначала рассчитаем плотность эмульсии по правилу аддитивности:

Начальная обводненность: 35 % = ,

Массовый расход эмульсии:

Затем рассчитывается материальный баланс аппарата, откуда находят количества удаленной воды и обезвоженной нефти:

где – массовый расход эмульсии, кг/с; – массовый расход воды, кг/с; – начальная обводненность эмульсии, масс.доли; – обводненность эмульсии после обезвоживания, масс.доли

Далее определяем режим движения отстаиваемой эмульсии и рассчитываем линейную скорость осаждения.

где – коэффициент гидравлического сопротивления среды.

Проведем преобразование:

Для того, чтобы получить обобщенное уравнение для определения скорости осаждения , перемножим левую и правую части уравнения на . Получим:

или:

где – критерий Архимеда. Уравнение называют обобщенным уравнением осаждения. Критерий Архимеда:

Граничные значения критерия для ламинарного режима осаждения капель:

Следовательно, режим осаждения капель ламинарное.

C учетом уравнения Архимеда для ламинарного режима:

Область ламинарного режима осаждения частицы характеризуется значениями параметра Рейнольдса:

Коэффициент гидравлического сопротивления среды движению капли при этом режиме равен:

При осаждении капель воды в водонефтяной эмульсии эффективная динамическая вязкость эмульсии рассчитывается по формуле:

Скорость осаждения частицы:

Скорость свободного осаждения мелких капель в ламинарном режиме часто рассчитывают по уравнению Адамара, что является более правильным из-за особенностей поведения капли:

• Уравнение Адамара применимо, когда критерий Рейнольдса для капли Re < 1.

Исследованиями было установлено, что при содержании дисперсной фазы более 5 % об. необходимо учитывать стесненность осаждения (всплытия) капель. Скорость стесненного осаждения является функцией скорости свободного осаждения и концентрации суспензии, которая в расчетных формулах выражается через объемную долю сплошной фазы в суспензии ε:

где и – объем соответственно сплошной и дисперсной фазы.

Для расчетов могут быть использованы следующие уравнения:

На практике для расчета стесненной скорости осаждения капель пользуются отношением:

или для более точного расчета:

где – скорость стесненного осаждения частицы; – объемная доля дисперсной фазы в системе, т.е. обводненность эмульсии; – скорость свободного осаждения частицы; n – в первом приближении может быть принят равным +4,7.

Тогда в области ламинарного режима осаждения, относительную скорость оседания капель воды в нефти в зависимости от ее обводненность можно определить:

где В – обводненность нефти (доли объемн.).

Обычно, аппарат проектируют так, чтобы скорость течения жидкости в корпусе аппарата не превышала нескольких миллиметров в секунду, и режим течения был ламинарным, что предупреждает смешение фаз и улучшает процесс отстаивания. Таким образом, можно заведомо использовать формулу Стокса для расчета скорости, а затем проверить находится ли число Рейнольдса в пределах ламинарного режима для спроектированного аппарата.

По известному значению скорости определяем площадь поверхности осаждения:

где – объемный расход эмульсии.

Далее рассчитываем конструктивные размеры аппарата. Методики для расчета вертикальных и горизонтальных отстойников несколько отличаются.

А) Вертикальный отстойник

Рассчитываем диаметр аппарата и округляем полученное число до ближайшего, кратного 0.2м:

Высота рабочей зоны аппарата определяется из условия:

где – время пребывания капли в аппарате (принимают равным 0,25 - 0,5 ч) – время отстаивания.

Тогда:

где – высота рабочей зоны аппарата, – средняя линейная скорость потока.

Общая высота аппарата равна (см. рис.1):

где – высота водяной подушки, которую принимают в пределах 0.7-1м, - высота рабочей зоны, – высота парового пространства.

Б) Горизонтальный отстойник

При этом наиболее простая формула расчета диаметра:

Толщина водяной подушки (h) может быть рассчитана по формуле:

длина рабочей зоны аппарата (между сырьевым и продуктовым патрубками) определяется из условия:

где – время пребывания капли в аппарате, – время отстаивания.

Время оседания капель воды в эмульсии в горизонтальной емкости равно:

Тогда:

где D – диаметр аппарата, – длина рабочей зоны аппарата, - горизонтальная скорость движения эмульсии.

Тогда:

Определяем горизонтальную скорость движения эмульсии:

найдем площадь поперечного сечения аппарата с учетом водяной подушки:

2. Рассчитать размеры и требуемую мощность трансформатора ЭДГ.

Расчет скорости осаждения капель в электрическом поле:

где d – диаметр капли; – эффективная вязкость эмульсии; – диэлектрическая проницаемость эмульсии; Е – напряженность электрического поля.

Определим объем рабочей зоны аппарата – объем пространства между электродами, аналогично расчетам для вертикального отстойника.

Рассчитаем требуемую мощность трансформатора для создания электрического поля Р, кВА:

где – заряд капли, n - количество заряженных капель, проходящих между электродами в единицу времени (каплю считать шаром), l – расстояние между разноименно заряженными электродами.

Итого: требуемая мощность трансформатора: ≈ 1.2 кВА; размеры аппарата: диаметр аппарата (D) ≈ 16.93 м; высота аппарата (H_общ​) ≈ 2.235 м.

Вывод: В ходе работы были рассчитаны основные размеры и рабочие параметры аппаратов для разделения водонефтяных эмульсий, а именно: вертикального и горизонтального отстойников, а также электродегидратора.