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《西南石油大学》 2016年
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乙二醇脱盐闪蒸分离器中氯化钠的结晶过程研究

刘阳  
【摘要】:深水气田开发,采出液含盐量高,从管道中回流的乙二醇溶液在吸收了部分采出液后,会含有一定量的盐类。当含盐较多时,再生回收乙二醇时其中的盐易在再生流程中沉积在容器内表面,出现结垢现象,影响重沸器、换热器的换热效果。因此,研究乙二醇再生脱盐技术十分必要。乙二醇再生脱一价盐的关键是使溶液中的高溶解度盐达到过饱和继而析出,为了改善乙二醇脱一价盐晶体结晶析出过程中,生成的晶体颗粒较小、无法顺利沉降与溶液分离,细晶易被卷入装置中的外加强制加热热流出口管路,并在换热设备中沉积、堵塞设备,影响整个乙二醇再生脱一价盐装置的运行的问题。本文对乙二醇再生脱一价盐装置闪蒸分离器内氯化钠在乙二醇溶液中结晶过程进行了系统的研究。在实验研究的基础上,引入计算流体力学方法模拟乙二醇再生脱一价盐装置闪蒸分离器中氯化钠在乙二醇溶液中结晶过程的多相流动,预测实际操作中晶体的粒度分布,优选操作参数;并在模拟得到的各粒子相在装置闪蒸分离器内的体积分率的基础上,指导改进闪蒸分离器内部结构,节约实验成本。具体进行了以下几方面的研究:(1)使用激光法测定了氯化钠在乙二醇溶液中的溶解度和超溶解度,并应用Apelblat双对数经验方程拟合实验数据得到溶解度和超溶解度方程。得到介稳区,结果表明:介稳区宽度随着温度的升高而减小,随着初始浓度的增大而增大,在乙二醇脱一价盐过程中,温度控制在402.15-417.15K之间,初始浓度(用每100g乙二醇中溶解的氯化钠量表示)控制在4.5-7g/100g乙二醇比较适宜。(2)依据结晶热力学数据选取操作参数,利用乙二醇脱一价盐装置采用间歇动态法得到了氯化钠在乙二醇溶液中的结晶动力学数据,采用矩量法求解粒数衡算方程,拟合实验数据得到氯化钠在乙二醇溶液中结晶的成核速率方程和生长速率方程。分析讨论了温度、过饱和度、悬浮密度等对结晶过程的影响,结果表明:提高结晶温度和溶液过饱和度均可增大氯化钠的成核速率和生长速率;悬浮密度对成核速率的影响比较大,氯化钠在乙二醇溶液中的结晶以二次成核为主。(3)在结晶热力学和结晶动力学实验基础上,使用欧拉多相流模型,采用分组法求解氯化钠在乙二醇溶液中结晶过程的粒数衡算方程,建立并推导了关联氯化钠结晶过程成核速率和生长速率的相间质量传递模型,利用ANSYS 15.0的UDF (User Defined Function)功能将传质模型关联至计算流体力学基本方程,模拟闪蒸分离器内各粒子相的体积分率和晶体粒度分布。(4)在建立乙二醇脱一价盐装置闪蒸分离器中结晶过程模拟模型的基础上,考察了各操作参数(结晶温度、进料浓度、进料流速等)对结晶过程的晶体粒度分布的影响,并从理论上分析原因,通过对比优选操作参数,具体为:结晶温度412.15K、进料浓度6.0%、进料流速0.028m/s。通过模拟不同闪蒸分离器内部结构下各粒子相在闪蒸分离器内的体积分率,指导改进闪蒸分离器内部结构,避免氯化钠晶体由外加强制加热热流出口管路进入换热设备,造成换热设备的堵塞、结垢。
【关键词】:乙二醇 脱一价盐 结晶模拟
【学位授予单位】:西南石油大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TE89;TQ026.5
【目录】:
  • 摘要3-5
  • Abstract5-10
  • 第1章 绪论10-17
  • 1.1 研究的目的意义10-11
  • 1.2 国内外研究现状11-14
  • 1.2.1 海上平台乙二醇回收应用现状11-12
  • 1.2.2 结晶规律研究现状12-13
  • 1.2.3 结晶模拟研究现状13-14
  • 1.3 研究内容与技术路线14-17
  • 1.3.1 研究的主要内容14-15
  • 1.3.2 研究的技术路线15-17
  • 第2章 氯化钠结晶热力学研究17-28
  • 2.1 理论研究17-22
  • 2.1.1 固液相平衡17-19
  • 2.1.2 溶解度和超溶解度19-20
  • 2.1.3 介稳区20-22
  • 2.2 氯化钠结晶热力学数据测定22-24
  • 2.2.1 实验试剂和实验仪器22-23
  • 2.2.2 实验装置23-24
  • 2.2.3 实验步骤24
  • 2.3 实验结果与讨论24-26
  • 2.3.1 氯化钠在乙二醇溶液中的介稳区24-25
  • 2.3.2 结晶温度对介稳区宽度的影响25-26
  • 2.3.3 结晶初始浓度对介稳区宽度的影响26
  • 2.4 本章小结26-28
  • 第3章 氯化钠结晶动力学研究28-44
  • 3.1 理论研究28-32
  • 3.1.1 晶体成核28-31
  • 3.1.2 晶体生长31-32
  • 3.2 结晶动力学的测试方法32-36
  • 3.2.1 连续稳态法33
  • 3.2.2 连续动态法33-34
  • 3.2.3 间歇动态法34-36
  • 3.3 氯化钠结晶动力学数据的测定36-40
  • 3.3.1 实验试剂和实验装置36-37
  • 3.3.2 实验装置37-38
  • 3.3.3 实验步骤38
  • 3.3.4 实验数据的测定38-40
  • 3.4 实验结果与讨论40-42
  • 3.4.1 实验结果40-42
  • 3.4.2 结果分析与讨论42
  • 3.5 本章小结42-44
  • 第4章 结晶模拟模型建立44-62
  • 4.1 计算流体力学在结晶过程中的应用44-46
  • 4.1.1 结晶过程的单相模拟44-45
  • 4.1.2 结晶过程的多相流模拟45-46
  • 4.1.3 结晶过程结晶粒度分布的多相流模拟46
  • 4.2 氯化钠结晶的分组法多相流模型建立46-52
  • 4.2.1 欧拉模型47-49
  • 4.2.2 衡算粒数方程的分组法求解49-50
  • 4.2.3 粒数衡算方程与多相流方程的耦合50
  • 4.2.4 相间质量传递50-52
  • 4.3 模型的模拟52-60
  • 4.3.1 闪蒸分离器尺寸和网格划分53-54
  • 4.3.2 模拟条件与参数54
  • 4.3.3 模拟结果与讨论54-60
  • 4.4 本章小结60-62
  • 第5章 氯化钠结晶过程固-液多相流的欧拉法模拟62-85
  • 5.1 温度的影响62-67
  • 5.1.1 模拟条件与参数62
  • 5.1.2 模拟结果与讨论62-67
  • 5.2 进料浓度的影响67-71
  • 5.2.1 模拟条件与参数67
  • 5.2.2 模拟结果与讨论67-71
  • 5.3 进料流速的影响71-76
  • 5.3.1 模拟条件与参数71-72
  • 5.3.2 模拟结果与讨论72-76
  • 5.4 结构的影响76-84
  • 5.5 本章小结84-85
  • 第6章 结论与建议85-87
  • 6.1 结论85-86
  • 6.2 建议86-87
  • 致谢87-88
  • 参考文献88-93
  • 附录93-94
  • 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果94

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