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

فهرست نشانههای اختصاری

F (N)
(MLT-2)نیرو

F2
ضریب سرعت هیدرودینامیکی

l (m)
(L)واحد طول

P (m)
(L)محیط تماس

R
شعاع بدون بعد

R0 (m)
(L)شعاع انحنا در راس قطره

R1 (m)
(L)شعاع انحنا

h (m)
(L)ارتفاع

hn (m)
(L)ارتفاع سوزن

X (m)
(L)حول محور sشعاع چرخش

Xn (m)
(L)ضخامت دیواره

r (m)
(L)مولفه شعاعی

rn (m)
(L)شعاع داخلی سوزن

b (m)
(L)شعاع انحنا

g (m/s2)
(LT-2)شتاب جاذبه گرانشی

D (m)
(L)قطر استوایی قطره

d (m)
قطر قطره در فاصلهD از سر قطره(L)
DAB (m2/s)
(L2T-1)ضریب نفوذ
c (mol/m3)
(MolL-3)غلظت گاز در مایع
ceq (mol/m3)
(MolL-3)غلظت تعادلی
C
غلظت بدون بعد
t (s)
(T)زمان
T (K)
درجه حرارت
mt (g)
(M)مقدار گاز جذب شده به وسیله مایع
z (m)
(L)مولفه محوری
Z
ارتفاع بدون بعد
PL (KPa)
(ML-1T-2)فشار فاز مایع
PS (KPa)
(ML-1T-2)فشار فاز بخار
PL0 (KPa)
(ML-1T-2)فشار مرجع فاز مایع
PS0 (KPa)
(ML-1T-2)فشار مرجع فاز بخار
BO
عدد باند
n (mol)
مقدار گاز حل شده در مایع(Mol)
Vc (m3)
(L3)حجم قطره
VD (cm3/mol)
حجم مولی حلال وقتی نفوذ به سمت صفر میل کند (L3Mol-1)
VA (cm3/mol)
حجم مولی حل شونده در نقطه جوش(L3Mol-1)
k (m/s)
(LT-1)ضریب انتقال جرم مرزی
E
تابع خطا
IFTCAL (mN/m)
کشش سطحی محاسباتی(ML-1T-2)
ϴ (rad)
(rad)زاویه هلالی مایع
ΔP (KPa)
(ML-1T-2)اختلاف فشار
Δρ (kg/m3)
(ML-3)اختلاف دانسیته
φ
ضریب ثابت
ω (rad/s)
(radT-1)سرعت زاویهای
νg (m3/g)
تغییر حجم ایجاد شده به ازای واحد جرم گاز حل شده در مایع (L3M-1)
β
ضریب ثابت

فصل اول

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 سبک1(و حتی متوسط) نفت به وسیلهی سیال
کاهش کشش سطحی بین حلال و نفت و کاهش ویسکوزیته نفت از طریق حل شدن حلال در نفت2
3. متورم شدن نفت از طریق نفوذ حلال درون نفت3
از بین روشهای موجود برای اندازهگیری کشش سطحی، روش قطره معلق4، 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- مباني تحقيق

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 سطحی5 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 عبارتی
(2-1)
Fdx=2dxlσ
معادله (2-1) را میتوان به صورت زیر ساده نمود
(2-2)
σ=F/2l
این 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 میشود. این پدیده به صورت شماتیک در شکل 2-1 نشان داده شده است ]10[.

هر 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 ویلهلمی6وحلقهی دوندیا7 میباشد.
اندازهگیری فشار موئینه که شامل روشهای بیشترین فشار حباب8 و رشد قطره9 میباشد.
آنالیز تعادل بین نیروهای گرانش و موئینه شامل روشهای حجم قطره10 و بالا رفتن در لولهی موئین11.
آنالیز قطرههای منحرف شده بر اثر گرانش شامل قطره معلق12 و قطره چسبیده13.
روش انحراف قطره تقویت شده شامل روش چرخش قطره14 و میکروپیپت 15 ]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 افزای

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید