Optimum hydrocyclone separation of oil and water using CFD simulation

Abedini, Amin (2020) Optimum hydrocyclone separation of oil and water using CFD simulation. Masters thesis, University of Mohaghegh Ardabili.

[img] Text
Amin Abedini.pdf

Download (1MB)
Official URL: http://uma.ac.ir/

Abstract

Research Aim: Investigation of effective parameters in increasing the efficiency of water and oil separation within hydrocyclone Research method: Hydrocyclones play an important role in various industries such as medicine, mines and Refineries and petrochemicals, and one of the most important applications in the separation sector. Hydrocyclones are used to separate water from oil or other types of oils and other immiscible liquids. In this study, the Hsieh geometrical and experimental model was simulated by computational fluid dynamics. This simulation was performed using the Euler-Euler model and k-ɛ turbulence model to investigate the behavior of two-phase fluid (water and oil) inside a hydrocyclone in a new geometry. Findings: As expected, Due to the difference in pressure within the hydrocyclone as well as the centrifugal force applied to the fluid stream, the heavier phase (water) moves to the hydrocyclone wall and the lighter phase (oil) moves to the center of the hydrocyclone, and two different vortices are created, one around the hydrocyclone body. And the other one is in the center that Causes separation in hydrocyclone. The vortex around the body of hydrocyclone moves water to the underflow and the central (secondary) vortex moves oil to the overflow. The results show that according to the theory of the problem, a high proportion of oil droplets move to the overflow after being created in the secondary vortex and also water droplets move around the hydrocyclone wall And after placing around the body, a large proportion of the water droplets move toward the underflow of the hydrocyclone. Conclusion: Due to the change in geometry of the Hsieh model, the results are acceptable by the software. The proper flow pattern of vortices inside the hydrocyclone is one of the most important research results in this simulation. Due to the total rotation of the hydrocyclone equipments in the Hsieh model, it was concluded that by increasing the inlet velocity up to a cross section under drop failure condition, the equilibrium efficiency was increased by considering this equation and not its outer rotation. Due to the inlet velocity and drop failure condition, increasing Reynolds number increases the probability of system erosion, and with increasing droplet erosion and failure at high speeds, the overall separation efficiency decreases. Therefore, it is necessary to reach the maximum point in the input velocity value. In this study, by examining different input velocity with respect to the geometrical form of the problem, it was concluded that at 4.5 m/s speed the highest separation efficiency is obtained. By examining the pressure inside the hydrocyclone, it was observed that the pressure from the inside of the hydrocyclone increased from top to bottom. It was also observed that as the size of the inlet droplets increased, the separation increased. By examining the different concentrations, it was found that at all of these concentrations, the efficiency was almost constant in the hydrocyclone. Also, by examining the density difference between the two phases, it was observed that the more the density difference between the two phases, the higher the separation efficiency of the system.

Item Type: Thesis (Masters)
Persian Title: جداسازی بهینه آب و نفت با استفاده از هیدروسیکلون به کمک شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی
Persian Abstract: هدف: بررسی پارامترهای تاثیرگذار در افزایش راندمان جداسازی آب و نفت درون هیدروسیکلون روش‌شناسی پژوهش: هیدروسیکلون¬ها در صنایع مختلفی اعم از پزشکی، معادن و صنایع نفتی و پتروشیمی نقش بسزایی را ایفا می¬کنند که یکی از مهم¬ترین استفاده¬ی آن در بخش جداسازی می¬باشد. از هيدروسيكلون¬هاي آب‌زدا براي جداسازي آب از نفت يا انواع روغن‌ها و ديگر مايعات غيرقابل امتزاج در آب استفاده می¬گردد. در این پژوهش مدل هندسی و تجربی هسیه (Hsieh) توسط مدل دینامیک سیالات محاسباتی شبیه‌سازی گردید. این شبیه‌سازی با استفاده از مدل اولر- اولر و همچنین مدل آشفتگی k-ɛ برای بررسی رفتار جریان سیال دوفازی آب و نفت درون هیدروسیکلون در یک هندسه جدید انجام پذیرفت. یافته‌ها: با به¬وجود آمدن اختلاف فشار درون هیدروسیکلون و همچنین نیروی گریز از مرکز واردشده بر جریان سیال، فاز سنگین‌تر (آب) به‌طرف دیواره‌ی هیدروسیکلون حرکت می‌کند و فاز سبک‌تر (نفت) به‌طرف مرکز هیدروسیکلون می¬رود و دو گردابه مختلف ایجادشده که یکی دور بدنه هیدروسیکلون و دیگری در مرکز آن می¬باشد، باعث جداسازی درون هیدروسیکلون می‌شود. گردابه دور بدنه هیدروسیکلون، آب را به سمت ته¬ریز حرکت می‌دهد و گردابه مرکزی (ثانویه)، نفت را به سمت سرریز منتقل می‌کند. نتایج نشان داد با توجه به تئوری مسئله، سهم بالایی از قطرات نفت پس از قرار گرفتن در گردابه ثانویه ایجادشده، به سمت سرریز حرکت می¬کنند و همچنین قطرات آب به سمت دور دیواره هیدروسیکلون می¬روند و پس از قرار گیری در گردابه دور بدنه سهم بالایی از قطرات آب به سمت ته¬ریز هیدروسیکلون حرکت می¬کنند. نتیجه‌گیری: با توجه به تغییر هندسه مدل هسیه نتایج قابل قبولی توسط نرم‌افزار ارائه‌شده است. الگوی جریان مناسب گردابه¬های درون هیدروسیکلون، در این شبیه‌سازی از مهم‌ترین دستاوردهای پژوهش است. با توجه به چرخشی بودن کل تجهیز هیدروسیکلون در مدل هسیه، با ثابت در نظر گرفتن این تجهیز و عدم چرخش بیرونی آن، این نتیجه حاصل شد که با افزایش سرعت ورودی تا یک مقطع به‌شرط عدم شکست قطرات، راندمان جداسازی افزایش پیدا می‌کند. با توجه به‌سرعت ورودی و شرط عدم شکست قطرات، افزایش عدد رینولدز احتمال ایجاد فرسایش در سیستم را افزایش می‌دهد و با افزایش فرسایش و شکست قطرات در سرعت¬های بالا، راندمان کلی در جداسازی کاهش می¬یابد، لذا رسیدن به نقطه بیشینه در مقدار سرعت ورودی امر ضروری است. در این پژوهش با بررسی سرعت¬های مختلف در ورودی با توجه به شکل هندسی مسئله این نتیجه حاصل شد که در سرعت m/s 5/4، راندمان بالای 90 درصد در جداسازی حاصل می¬شود. با بررسی فشار درون هیدروسیکلون مشاهده شد که فشار درون هیدروسیکلون از بالا تا پایین، kPa 12 افزایش می¬یابد. همچنین نتایج نشان¬داد که با افزایش اختلاف چگالی بین دوفاز و همچنین اندازه قطرات ورودی، میزان جداسازی افزایش می¬یابد، اما با تغییر غلظت، راندمان هیدروسیکلون تقریباً ثابت می-ماند.
Supervisor:
SupervisorE-mail
Mirzaei, BehroozUNSPECIFIED
Advisor:
AdvisorE-mail
-, -UNSPECIFIED
Subjects: Faculty of Engineering > Department of Chemical Engineering
Divisions > Faculty of Engineering > Department of Chemical Engineering
Divisions: Subjects > Faculty of Engineering > Department of Chemical Engineering
Faculty of Engineering > Department of Chemical Engineering
Date Deposited: 26 Oct 2020 07:20
Last Modified: 26 Oct 2020 07:20
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/11869

Actions (login required)

View Item View Item