ipolytechiPolytech JournaliPolytech Journal2782-40042782-6341Irkutsk National Research Technical University10.21285/1814-3520-2020-6-1232-1242ipolytech-451Research ArticleЭНЕРГЕТИКАPOWER ENGINEERINGИсследование влияния диаметра выходных отверстий на эффективность разделения эмульсии в прямоугольных сепараторахInvestigation of outlet diameter effect on emulsion separation efficiency in rectangular separatorsМадышевИ. Н.MadyshevI. N.

Мадышев Ильнур Наилович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, кафедра оборудования пищевых производств

420015, г. Казань, ул. Карла Маркса, 68

Ilnur N. Madyshev, Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher of the Department of Food Production Equipment

68 Karl Marx St., Kazan 420015

ilnyr_91@mail.ruЗинуровВ. Э.ZinurovV. E.

Зинуров Вадим Эдуардович, аспирант

420066, г. Казань, ул. Красносельская, 51

Vadim E. Zinurov, Postgraduate Student

51, Krasnoselskaya St., Kazan 420066

vadd_93@mail.ruДмитриевА. В.DmitrievA. V.

Дмитриев Андрей Владимирович, доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Теоретические основы теплотехники»

420066, г. Казань, ул. Красносельская, 51

Andrey V. Dmitriev, Dr. Sci. (Eng.), Associate Professor, Head of the Department of Theoretical Foundations of Heat Engineering

51, Krasnoselskaya St., Kazan 420066

ieremiada@gmail.comДангСуан ВиньDangXuan Vinh

Данг Суан Винь, аспирант

420066, г. Казань, ул. Красносельская, 51

Dang Xuan Vinh, Postgraduate Student

51, Krasnoselskaya St., Kazan 420066

ssonvinh@gmail.comБадретдиноваГ. Р.BadretdinovaG. R.

Бадретдинова Гузель Рамилевна, магистрант

420066, г. Казань, ул. Красносельская, 51

Guzel R. Badretdinova, Master Degree Student

51, Krasnoselskaya St., Kazan 420066

nice.badretdinova@mail.ruКазанский национальный исследовательский технологический университетРоссияKazan National Research Technological UniversityRussian FederationКазанский государственный энергетический университетРоссияKazan State Power Engineering UniversityRussian Federation20201201202124612321242Copyright © Мадышев И.Н., Зинуров В.Э., Дмитриев А.В., Данг С., Бадретдинова Г.Р., 20212021Мадышев И.Н., Зинуров В.Э., Дмитриев А.В., Данг С., Бадретдинова Г.Р.Madyshev I.N., Zinurov V.E., Dmitriev A.V., Dang X., Badretdinova G.R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/451

Цель – экспериментальные исследования разделения водонефтяных эмульсий в прямоугольном сепараторе в диапазоне скоростей движения по рабочей зоне устройства от 1,43 до 2,5 м/с. Для определения эффективности разделения эмульсии был использован экспериментальный метод, основанный на измерении плотности двухфазной жидкости при условии, что плотность каждого компонента смеси была предварительно определена. Авторами работы предлагается использовать устройство с П-образными элементами для повышения его производительности при разделении водонефтяных эмульсий. Исследуемое устройство состоит из одной полной ступени разделения, представляющей собой два ряда П-образных элементов. Авторами были проведены экспериментальные исследования устройства с П-образными элементами на системе «масло – вода». В ходе экспериментальных исследований оценивалась эффективность разделения эмульсии. Установлено, ч то наиболее высокая эффективность разделения эмульсии в предлагаемых устройствах наблюдается при диаметре отверстий равных 2,5 мм, предназначенных для выхода тяжелой фазы в диапазоне скоростей движения эмульсии от 1,43 до 2,5 м/с, и составляет 68%. Проведенные экспериментальные исследования позволят подобрать модель турбулентности для расчета в таких программах как Ansys Fluent или FlowVision, которая будет наиболее адекватно описывать процесс разделения подобных эмульсий. Эксперименты доказали возможность получения высоких значений эффективности. Следовательно, правильный подбор технологических параметров (среднерасходной скорости, концентрации) и размеров характерных элементов предлагаемого устройства позволит определиться с конструкцией прямоугольного сепаратора, например, рассчитать количество ступеней для достижения требуемой эффективности разделения или определить размер сепарационных элементов.

The purpose of the study is to conduct experimental studies of oil -water emulsion separation in a rectangular separator in the range of velocities along the device working area from 1.43 to 2.5 m/s. The efficiency of emulsion separation is determined by an experimental method based on measuring the density of a two-phase liquid, provided that the density of each component of the mixture is previously determined. The authors propose to use a device with U-shaped elements to increase its performance when separating oil-water emulsions. The device under study including two rows of U-shaped elements consists of one complete separation stage. The authors have conducted experimental studies of the device with U-shaped elements on the "oil-water" system, during which the efficiency of emulsion separation was evaluated. It was detemined that the proposed device provides the highest efficiency of emulsion separation of 68% when the diameter of the holes intended for the exit of the heavy phase equals to 2.5 mm in the range of emulsion velocities from 1.43 to 2.5 m/s. The conducted experimental studies will allow to use a turbulence model for calculation in the programs like Ansys Fluent or FlowVision, which will most adequately describe the separation process of similar emulsions. The experiments have proved the possibility of obtaining high values of efficiency. Therefore, the correct selection of technological parameters (average flow rate, concentration) and the size of the characteristic elements of the proposed device will allow to specify the design of a rectangular separator, for example, to calculate the number of stages to achieve the required separation efficiency or to determine the size of the separation elements.

водонефтяная эмульсиясепараторотстойникнефтепродуктысточные водыoil-water emulsionseparatorsumpoil productswaste waterРабота выполнена при финансовой поддержке гранта Президента РФ № МК -616.2020.8ReferencesЛаптедульче Н.К., Сергеева Е.С. Пути оптимизации системы очистки сточных вод ТЭС от нефтепродуктов // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2007. № 11–12. С. 99–104.Laptedulche NK, Sergeeva ES. Ways of modernization of system TPS's sewage treatment from oil products. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Problemy energetiki = Power Engineering: Research, Equipment, Technology. 2007;11-12:99–104. (In Russ.)Зинуров В.Э., Дмитриев А.В., Шарипов И.И., Данг Суан Винь, Харьков В.В. Интен-сификация очистки сточных вод ТЭС от нефтепродуктов в отстойниках // Вестник технологического университета. 2020. Т. 23. № 6. С. 64–67.Zinurov VE, Dmitriev AV, Sharipov II, Dang Suan Vinh, Kharkov VV. Efficiency of wastewater treatment from oil in thermal power stations using wash tanks. Vestnik tekhnologicheskogo universiteta. 2020;23(6):64–67. (In Russ.)Дмитриев А.В., Зинуров В.Э., Дмитриева О.С., Данг Суан Винь. Моделирование процесса разделения водонефтяной эмульсии в прямоугольном сепараторе // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2018. № 3. С. 65–71.Dmitriev AV, Zinurov VE, Dmitrieva OS, Dang Suan Vinh. Modeling of separation pro-cess of water-oil emulsion in a rectangular separator. Vestnik Kazanskogo gosudarstven-nogo energeticheskogo universiteta. 2018;(3(39)):65–71. (In Russ.)Мелихов А.В., Тупик Ю.В. Сепарация нефти на плавучих платформах // Фундамен-тальные и прикладные исследования молодых ученых: сб. матер. III Междунар. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых (г. Омск, 7–8 февраля 2019 г.). Омск: Изд-во СибАДИ, 2019. С. 23–26.Melikhov AV, Tupik YuV. Oil separation on floating platforms. Fundamentalnye i prikladnye issledovaniia molodykh uchenykh: sbornik materialov III Mezhdunarodnoj nauch-no-prakticheskoj konferencii studentov, aspirantov i molodyh uchyonyh = Fundamental and Applied Research of Young Scientists: Collected articles of III International scientific and practical conference of students, postgraduate students and young scientists. 7–8 February 2019, Omsk. Omsk: Siberian State Automobile and Highway University; 2019, р. 23–26. (In Russ.)Jiang Wen-ming, Chen Yi-mei, Chen Ming-can, Liu Xiao-li, Liu Yang, Wang Tianyu, et al. Removal of emulsified oil from polymer-flooding sewage by an integrated apparatus including EC and separation process // Separation and Purification Technology. 2019. Vol. 211. Р. 259–268. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2018.09.069Jiang Wen-ming, Chen Yi-mei, Chen Ming-can, Liu Xiao-li, Liu Yang, Wang Tianyu, et al. Removal of emulsified oil from polymer-flooding sewage by an integrated apparatus including EC and separation process. Separation and Purification Technology. 2019;211:259–268. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2018.09.069Zhang Haoran, Liang Yongtu, Yan Xiaohan, Wang Bohong, Ning Wang. Simulation on water and sand separation from crude oil in settling tanks based on the particle model // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2017. Vol. 156. P. 366–372. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2017.06.012Zhang Haoran, Liang Yongtu, Yan Xiaohan, Wang Bohong, Ning Wang. Simulation on water and sand separation from crude oil in settling tanks based on the particle model. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2017;156:366–372. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2017.06.012Ochowiak M., Matuszak M., Włodarczak S., Ancukiewicz M., Krupińska A. The modified swirl sedimentation tanks for water purification // Journal of Environmental Management. 2017. Vol. 189. Р. 22–28. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2016.12.023Ochowiak M, Matuszak M, Włodarczak S, Ancukiewicz M, Krupińska A. The modified swirl sedimentation tanks for water purification. Journal of Environmental Management. 2017;189:22–28. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2016.12.023Shah M.T., Parmar H.B., Rhyne L.D., Kalli C., Utikar R.P., Pareek V.K. A novel settling tank for produced water treatment: CFD simulations and PIV experiments // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2019. Vol. 182. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2019.106352Shah MT, Parmar HB, Rhyne LD, Kalli C, Utikar RP, Pareek VK. A novel settling tank for produced water treatment: CFD simulations and PIV experiments. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2019. Vol. 182. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2019.106352Zinurov V., Sharipov I., Dmitrieva O., Madyshev I. The experimental study of increasing the efficiency of emulsion separation // Key Trends in Transportation Innovation: E3S Web of Conferences. 2020. Vol. 157. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202015706001Zinurov V, Sharipov I, Dmitrieva O, Madyshev I. The experimental study of increasing the efficiency of emulsion separation. In: Key Trends in Transportation Innovation: E3S Web of Conferences. 2020;157. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202015706001Дремичева Е.С., Шамсутдинов Э.В. Интенсификация седиментационной очистки сточных вод от нефтепродуктов // Вода и экология: проблемы и решения. 2018. № 1. С. 3–8. https://doi.org/10.23968/2305-3488.2018.23.1.3-8Dremicheva ES, Shamsutdinov EV. Intensification of sedimentation treatment of wastewater from oil products. Voda i ekologiya: problemy i resheniya = Water and Ecology. 2018;1:3–8. https://doi.org/10.23968/2305–3488.2018.23.1.3–8Гамзаева Н.Х. Идентификация модели осаждения твердой частицы в гравитационном сепараторе // Журнал Сибирского федерального университета. Химия. 2020. Т. 13. № 1. С. 46–52. https://doi.org/10.17516/1998-2836-0156Gamzaeva NKh. Identification of the model of solid particle deposition in the gravity separator. Zhurnal Sibirskogo federal'nogo universiteta. Himiya = Journal of Siberian Federal University. Chemistry. 2020;13(1):46–52. (In Russ.) https://doi:10.17516/1998-2836-0156Гасанов А.А., Гамзаева Н.Х. Моделирование процесса осаждения твердой частицы из потока жидкости в горизонтальном гравитационном сепараторе // Химическая технология. 2020. Т. 21. № 5. С. 230–235. https://doi.org/10.31044/1684-5811-2020-21-5-230-235Gasanov AA, Gamzaeva NH. Simulation of solid particle deposition from a liquid flow in a horizontal gravity separator. Khimicheskaya Tekhnologiya. 2020;21(5):230–235. (In Russ.) https://doi.org/10.31044/1684-5811-2020-21-5-230-235Гладий Е.А., Кемалов А.Ф., Гайнуллин В.И., Бажиров Т.С. Оценка эффективности широко применяемых реагентов-деэмульгаторов для обезвоживания нефти термохимическим способом // Экспозиция нефть газ. 2015. № 5. С. 16–18.Glady EA, Kemalov AF, Gainullin VI, Bazhirov TS. Assessment of the effectiveness of a widely used reagent demulsifier in the thermochemical dehydration of oil. Ekspoziciya neft' gaz = Exposition Oil & Gas. 2015;5:16–18. (In Russ.)Лаптев А.Г., Сергеева Е.С. Водоподготовка и водоочистка в энергетике. Ч. 2. // Вода: химия и экология. 2011. № 4. С. 32–37.Laptev AG, Sergeeva ES. Water treatment and wastewater purification in power systems. Part 2. Voda: himiya i ekologiya. 2011;(4):32–37. (In Russ.)Таранцев К.В., Коростелева А.В. Топливные водонефтяные эмульсии как способ утилизации нефтесодержащих вод // Экология и промышленность России. 2013. № 2. С. 14–17. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2013-2-14-17Tarantsev KV, Korostelev AV. Fuel oil emulsions as method of oil containing waters recovery. Ekologia i promyshlennost Rossii = Ecology and Industry of Russia. 2013;2:14–17. (In Russ.) https://doi.org/10.18412/1816-0395-2013-2-14-17Кузнецова И.С., Ермакова Е.Ю., Козулина О.В., Кузнецов М.Г. Аппарат для нагрева и разделения водонефтяной эмульсии // Вестник Казанского технологического университета. 2013. Т. 16. № 17. С. 235–237.Kuznecova IS, Ermakova EYu, Kozulina OV, Kuznecov MG. Apparatus for water-oil emulsion heating and separation. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. 2013;16(17):235–237. (In Russ.)Тимербаев А.С., Лищук А.Н., Таранова Л.В., Голубев Е.В., Митрошин О.Ю. Исследование особенностей процесса разделения водонефтяных эмульсий в центробежном сепараторе с крыльчаткой // Нефтяное хозяйство. 2014. № 12. С. 138–141.Timerbaev AS, Lishchuk AN, Taranova LV, Golubev EV, Mitroshin OYu. Research in specifics of separation of oil-in-water emulsions inside of a centrifugal separator with impeller. Neftyanoe Khozyaistvo = Oil Industry. 2014;12:138–141. (In Russ.)Guo Guangdong, Deng Songsheng. Research on dispersed oil droplets breakage and emulsification in the dynamic oil and water hydrocyclone // Advance Journal of Food Science and Technology. 2013. Vol. 5. No. 8. Р. 1110–1116. [Электронный ресурс]. URL: https://studylib.net/doc/13311563/advance-journal-of-foodscience-and-technology-5-8---1110... (17.08.2020).Guo Guangdong, Deng Songsheng. Research on dispersed oil droplets breakage and emulsification in the dynamic oil and water hydrocyclone. Advance Journal of Food Science and Technology. 2013;5(8):1110–1116. Available from: https://studylib.net/doc/13311563/advance-journal-of-foodscience-and-technology-5-8---1110 [Accessed 17th August 2020].Зинуров В.Э., Дмитриев А.В., Дмитриева О.С., Данг С.В., Салахова Э.И. Удаление влаги из загрязненного трансформаторного масла в прямоугольных сепараторах // Вестник технологического университета. 2018. Т. 21. № 11. С. 75–79.Zinurov VE, Dmitriev AV, Dmitrieva OS, Dang SV, Salakhova EI. Moisture removal from the polluted transformer oil in rectangular separators. Vestnik tekhnologicheskogo universiteta. 2018;21(11):75–79. (In Russ.)Madyshev I.N., Dmitriev A.V., Vin Dang Suan. Determination of oil-water emulsions separation efficiency in the separator with a vortex flow // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 709. Issue 3. Р. 033025. https://doi.org/10.1088/1757-899x/709/3/033025Madyshev IN, Dmitriev AV, Vin Dang Suan. Determination of oil-water emulsions sepa-ration efficiency in the separator with a vortex flow. In: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020;709(3): 033025. https://doi.org/10.1088/1757-899x/709/3/033025

The authors declare that there are no conflicts of interest present.