simulation of an industrial three phase boot separator using computational fluid dynamics

S t r a c t three-phase separators are used to separate immiscible phases in petroleum industries. computational fluid dynamics (cfd) simulation of industrial separators are rather limited in the literature and most of them are based on eulerian-eulerian (e-e) or eulerian-lagrangian (e-l) approaches with poor agreement between simulation and industrial data. in this research a coupled e-e and e-l method, i.e., the combination of the volume of fluid (vof) and dispersed phase model (dpm) was developed to simulate an industrial three phase boot separator. noted that despite the wide usage of boot separators in petroleum industry, no research has been performed on it. in order to develop the coupled model, effects of different sub-models including virtual mass force, droplet break up and also discrete random walk (drw) model which was ignored in most of the researches, were considered. liquid droplet entrainment in the gas outlet taken from data of borzoyeh petrochemical company in the south of iran, was the criteria for evaluating the cfd model. it is concluded that the coupled model using three mentioned sub-models with the high importance of applying drw, is a successful way in predicting the separator efficiency so that considering all sub-models decreases the simulation error from 40.81% to 12.9%. using the validated model, effects of inlet droplet size and flow rate on the separation performance were considered. results demonstrated that decreasing droplet size (by 20%) and increasing flow rate (from 5800-6475 kg/hr), decreased the efficiency, such that the liquid entrainment in the gas outlet increased by 29% and 38 % respectively.

شبیه سازی جداکننده سه فازصنعتی دارای بوت با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی

جداکننده‌های سه فازی برای جدایش فازهای غیر قابل امتزاج در صنایع نفتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. شبیه‌سازی این جداکننده‌های صنعتی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی در مراجع بسیار محدود بوده و اکثر کارهای انجام شده مربوط به شبیه‌سازی با استفاده از دیدگاه اولراولر یا اولرلاگرانژ با تطابق ضعیف بین نتایج مربوط به شبیه‌سازی و داده‌های صنعتی بوده است. در این کار یک مدل که ترکیبی از دو مدل حجم سیال(VOF) و مدل فاز ناپیوسته ( DPM) که ترکیب دو دیدگاه اولراولر و اولرلاگرانژ بوده، برای شبیه‌سازی یک جداکننده سه فاز صنعتی دارای بوت توسعه داده شده است. لازم به ذکر است که با وجود کاربرد گسترده جداکننده‌های دارای بوت در صنایع نفتی، تا کنون هیچ پژوهشی روی این نوع از جداسازها انجام نشده است. به منظور توسعه این مدل ترکیبی در این کار، اثر زیر مدل های مختلف شامل نیروی جرم مجازی، شکست قطرات و مدل گام تصادفی (DRW) که در اکثر شبیه سازی ها از آن صرف نظر شده، مورد بررسی قرار گرفته است. میزان جرم قطرات در گاز خروجی از داده‌های مربوط به جداکننده موجود در شرکت پتروشیمی برزویه واقع در جنوب ایران به عنوان معیاری برای ارزیابی مدل مورد نظر، مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج نشان داد که مدل ترکیبی مورد نظر با در نظر گرفتن هر سه زیر مدل و تاثیر بالای زیرمدل DRW یک مدل موفق در تخمین بازده جداکننده بوده است، به طوری که با استفاده از زیر مدل‌ها خطای نتایج شبیه‌سازی از۴۰/۸۱٪ به ۱۲/۹٪ کاهش پیدا کرده است. در این کار همچنین با استفاده از مدل اعتبار سنجی شده به بررسی اثر اندازه قطرات و دبی ورودی روی عملکرد جدا کننده پرداخته شده است. نتایج نشان دادند که کاهش اندازه قطرات (به اندازه ۲۰٪) و افزایش دبی ( kg/hr ۵۸۰۰۶۴۷۵) باعث کاهش راندمان جداساز شده است به‌طوری که میزان جرم قطرات مایع در گاز خروجی به ترتیب به اندازه ۲۹٪ و ۳۸٪ افزایش یافته است.