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油包水乳化液水击谐波破乳动力学分析及其机理研究

吴峰平  
【摘要】:随着全球石油资源需求量的增加,油液使用过程中不可避免的被水分污染,极易形成油包水型乳化液,简称W/O乳化液,使油液的理化性能降低,造成油液的报废,进行焚烧或倾倒,不仅造成油资源的浪费,还对环境产生了严重的污染。因此,对W/O乳化液的污染治理摆在专家面前的一项重大课题。目前,国内外很多学者提出了多种破乳方法,包括物理和化学方法,由于这些方法都存在各自的瓶颈,比如针对性较差、产生二次污染、原材料难于获取等。因而本文以46#透平油W/O乳化液为研究对象,提出一种利用系统中乳化液流速变化产生的水击驻波场来进行破乳的方法,称为水击谐波破乳方法,为今后的W/O乳化液的破乳提供一种绿色的方法,丰富破乳方法体系。 首先,论文探讨了水击谐波场的形成原理,针对本文的研究对象—W/O乳化液,进行了水击谐波波速的推导,并与目前应用广泛的单相流水击谐波波速公式进行了对比验证,证明论文中两相流水击谐波波速公式既适用于单相流水击波速的计算,也适用于也液-液两相流水击波速的计算。并根据W/O乳化液中分散相液滴受力情况,建立了W/O乳化液在水击谐波场内的一维非恒定两相流模型和分散相液滴在水击谐波场中的动力学模型,并利用MATLAB7.5对上述模型进行数值求解,分析了W/O乳化液中分散相液滴的运动轨迹、分散相液滴运动过程中速度变化规律以及系统参数对分散相液滴运动速度的影响规律。 通过实验,分别验证了分散相液滴到达波节的时间与速度:一方面水击谐波破乳实验的图像采集系统对水击谐波破乳前后的图片进行分析,约200秒后驻波波节处液滴达到最大,实验结果与仿真结果相对误差为6.4%;另一方面实验的平均速度为4.6×10~(-4) m/s,实验与仿真的结果相对误差为4.3%。实验与仿真结果吻合。 然后,在W/O乳化液中分散相液滴在水击谐波场中动力学分析的基础上,揭示了水击谐波场破乳的机理: W/O型乳化液中的分散相液滴在水击谐波场中的运动过程的动态行为依次为:迁移—聚集—碰撞—聚结,并在波节处形成大液滴,在重力的作用下与油相分离,从而达到破乳的目的。即一方面是利用分散相液滴所受的波辐射力实现液滴在水击谐波场的波节进行积聚,另一方面是利用波辐射力的大小、变化的快慢以及拖曳力的作用实现聚结。 在对水击谐波破乳动力学分析及其机理研究的基础上,根据W/O乳化液中分散相液滴粒径、水击谐波频率、破乳管段压力变化等因素对破乳效果影响规律,设计了水击谐波破乳工艺流程,为在实际工程中应用水击谐波破乳方法提供了理论基础。


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