การศึกษาพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณของผลของขนาดมุมกรวยต่อประสิทธิภาพการแยกของไฮโดรไซโคลนของเหลว-ของเหลว-ของแข็งแบบทรงกรวยสองชิ้นต่อกัน

Abstract

เนื่องจากในปัจจุบันอุตสาหกรรมปิโตรเลียมมีแหล่งวัตถุดิบค่อนข้างจำกัดและการสำรวจมีความยากลำบากมากขึ้น ดังนั้นแหล่งพลังงานชนิดใหม่ จึงเข้ามามีความสำคัญเพิ่มขึ้น คือ ทรายน้ำมัน เนื่องจากทรายน้ำมันเป็นสารผสมสามวัฏภาคคือ น้ำ น้ำมัน และ ทราย โดยจะมีความหนืดสูงมากจึงทำให้ต้องทำการลดความหนืดโดยการผสมน้ำที่มีอุณหภูมิสูงเข้าไป แล้วจึงทำการแยกสารด้วยอุปกรณ์ไฮโดรไซโคลนแบบสองวัฏภาคที่มีประสิทธิภาพการแยกค่อนข้างต่ำ ทำให้ต้องทำการติดตั้งไฮโดรไซโคลนดังกล่าวแบบอนุกรมเพื่อทำการเพิ่มประสิทธิภาพ แนวทางการแก้ปัญหาที่มีศักยภาพที่ดีอีกทางหนึ่งคือการประยุกต์ใช้ไฮโดรไซโคลนสามวัฏภาคชนิดแยก ของเหลว-ของเหลว-ของแข็ง ในการแยกทรายน้ำมัน งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาถึงผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงมุมของทรงกรวยสองชิ้นต่อกันของไฮโดรไซโคลนชนิดแยก ของเหลว-ของเหลว-ของแข็ง โดยทำการปรับขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางทรงกรวยสองชิ้นต่อกัน 11 โครงสร้างที่ความเร็วช่องทางขาเข้าของสารผสมมีค่าระหว่าง 3.608 ถึง 7.398 เมตรต่อวินาที โดยทำการศึกษาผ่านแบบจำลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD) ซึ่งได้ตรวจสอบความถูกต้องของแบบจำลองโดยการเปรียบเทียบประสิทธิภาพการแยกที่ได้จากแบบจำลองกับผลการทดลองที่แสดงในงานวิจัย พบว่าปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการแยกน้ำมัน คือ ความเร็วที่ช่องทางขาเข้าของสารผสม ในขณะที่การเปลี่ยนแปลงมุมของทรงกรวยสองชิ้นต่อกันส่งผลเพียงเล็กน้อย ยกเว้นกรณีที่มุมทรงกรวยล่างมากกว่ามุมทรงกรวยบนพบว่าเมื่อค่าผลต่างของมุมกรวยล่างมากกว่ามุมกรวยบนเพิ่มขึ้นซึ่งประสิทธิภาพแยกน้ำมันมีแนวโน้มลดลงอย่างเห็นได้ชัด ขณะที่การเปลี่ยนแปลงมุมของทรงกรวยสองชิ้นต่อกันทำให้การไหลแกว่งของเม็ดทรายรอบแกนกลางทรงกรวยเปลี่ยนไป ซึ่งส่งผลอย่างมีนัยสำคัญต่อประสิทธิภาพการแยกเม็ดทรายมากกว่าการเปลี่ยนแปลงความเร็วที่ช่องทางขาเข้าของสารผสม