شکست مغناطیسی امولسیون‌های آب در نفت

محقق دانشگاه علم و صنعت با مطالعه تجربی و عددی ته نشینی امولسیون آب در نفت با استفاده از نانوسیالات مغناطیسی موفق شد نشان داد که قطره های آبی در حضور میدان مغناطیسی غیر یکنواخت تا 4 برابر بیشتر از عد حضور میدان ته نشین می شوند.

به گزارش خبرنگار دانش و فناوری «انرژی امروز»، استفاده از میدان مغناطیسی به عنوان جایگزین میدان الکتریکی برای جداسازی امولسیونهای آب در نفت با هدف افزایش راندمان جداسازی و کاهش خطراتی که در استفاده از میدان الکتریکی وجود دارد، در دهه های اخیر مورد توجه محققین قرار گرفته است. اگرچه اولین تحقیقات در زمینه فناوری ائتلاف مغناطیسی در دهه های 1960 ارائه گردیده است اما به دلیل محدودیت های موجود در مغناطیسه نمودن سیالات، استفاده از این فناوری در مقیاس صنعتی با چالش جدی روبه رو بوده است. امروزه با گسترش فناوری نانو و فراهم شدن امکان ساخت سیالات مغناطیسی با صرفه اقتصادی، زمینه برای استفاده از فناوری ائتلاف مغناطیسی بیش از پیش فراهم گردیده است.

مهندس علیرضا غفاری، دانشجوی دوره دکتری مهندسی شیمی دانشگاه علم و صنعت، با توجه به جدید بودن موضوع و کمبود تحقیقات در زمینه استفاده از میدان مغناطیسی جهت شکست امولسیون ها، در تحقیق حاضر به بررسی و مطالعه مکانیسم اثر میدان مغناطیسی بر شکست امولسیون های آب در نفت پرداخته است.

برای این منظور مهندس غفاری با راهنمایی های دکتر سید حسن هاشم آبادی در قالب رساله دکترای خود، رفتار دینامیک قطره های آب که با اضافه نمودن نانوذرات مغناطیسی دارای خاصیت مغناطیسی را مورد بررسی تجربی و شبیه سازی قرار داد. او در رساله خود درباره فرایند پژوهش خود نوشته است:

شکل تعادلی قطره مغناطیسی و فرایند برخورد و ائتلاف دو قطره مغناطیسی تحت تاثیر میدان مغناطیسی یکنواخت شبیه سازی گردید. همچنین حرکت و تغییر شکل قطره مغناطیسی در حال سقوط تحت تاثیر میدان مغناطیسی غیریکنواخت تصویربرداری شد و با نتایج شبیه­سازی نیز مقایسه گردید.

شبیه سازی ها بر مبنای تکنیک دینامیک سیالات محاسباتی با افزودن کدهای جدید در بستر نرم افزار متن باز  OpenFoam صورت پذیرفت. برای شبیه سازی قطره های مغناطیسی از ترکیب معادلات مغناطیسی ماکسول و معادلات حرکت ناویر استوکس به همراه یک دیدگاه دو فازی، استفاده گردید. به منظور حذف خطاهای جریان کاذب و افزایش دقت در تعیین فصل مشترک، از ترکیب دو دیدگاه VOFو Level Set، یک دیدگاه دوفازی به نام SCLSVOFتوسعه داده شد و در شبیه سازی ها استفاده گردید. اثر پارامترهای مختلف نظیر شدت میدان مغناطیسی، مغناطیس پذیری قطره، اندازه قطره، کشش سطحی و ویسکوزیته بر شکل تعادلی قطره منفرد و همچنین بر روی سرعت برخورد و ائتلاف دو قطره مغناطیسی مورد بررسی قرار گرفتند.

غفاری با استفاده از نتایج شبیه سازی ها و آنالیز ابعادی، یک رابطه بدون بعد برای تخمین شکل تعادلی قطره مغناطیسی و همچنین رابطه ای برای تخمین زمان برخورد دو قطره تحت تاثیر میدان مغناطیسی یکنواخت ارائه نکوده است.

 بررسی نتایج تصویربرداری و شبیه سازی ها نشان می دهد که قطره ها در حضور میدان مغناطیسی غیریکنواخت با سرعت بیشتری در مقایسه با میدان مغناطیسی یکنواخت ته نشین می شوند. نتایج آزمایشگاهی نیز نشان می دهد که سرعت سقوط قطره در حضور میدان مغناطیسی غیریکنواخت تا 4 برابر نسبت به حالت بدون میدان، می تواند افزایش یابد.

این پژوهش در قالب رساله دکترا در تاریخ شنبه یازدهم شهریور ماه 1396 در دانشگاه علم و صنعت مورد دفاع قرار گرفته است.