[논문]유적 합체기가 포함된 공기-물-기름 분리 공정에 대한 3상 Eulerian 전산유체역학

임영일; 박치균; 이병돈; 김병국; 임동하

doi:10.9713/kcer.2017.55.2.201

유적 합체기가 포함된 공기-물-기름 분리 공정에 대한 3상 Eulerian 전산유체역학
Three-Phase Eulerian Computational Fluid Dynamics (CFD) of Air-Water-Oil Separator with Coalescer 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.55 no.2, 2017년, pp.201 - 213

임영일 (한경대학교 화학공학과 지속가능공정기술연구센터) , (한경대학교 화학공학과 지속가능공정기술연구센터) , 박치균 (전진엔텍) , 이병돈 (전진엔텍) , 김병국 (전진엔텍) , 임동하 (생산기술연구원 동남지역본부)

초록
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물이 포함된 원유는 oil separator 를 거쳐 물이 제거된다. 본 연구의 목적은 공기-물-기름 3상 혼합물에 대한 3차원 oil separator 의 분리성능을 예측하기 위하여 Eulerian 전산유체역학(CFD: computational fluid dynamics) 모델을 개발하는 것이다. 비압축성, 등온, 비정상상태 CFD 모델식은 공기상을 연속상으로, 물과 기름상을 분산상으로 정의하며, 운동량 보존식은 항력(drag force), 양력(lift force), 다공성매체 저항력을 포함한다. 또한, 난류현상으로 standard k-${\varepsilon}$ 모델이 이용된다. 물과 기름 출구압은 oil separator 의 액위를 결정하는 중요한 인자이며, 정상운전상태 액위 25 cm를 맞추기 위하여 측정압은 각각 6.3 kPa, 5.1 kPa으로 결정되었다. 시간에 따른 공기, 물, 기름의 부피분율의 변화를 조사하였고, 정상상태에 도달하였을 때, 물과 기름상의 침강속도를 oil separator의 종축 길이에 따라 분석하였다. 본 연구에서 제시된 CFD 모델로부터 얻은 oil separator의 기름분리성능은 99.85%이며, 실험값과 거의 일치하였다. 비교적 단순한이 CFD 모델은향후 oil separator의구조를 변경하거나, 최적운전조건을 찾기위하여 유용하게사용될수있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Water is removed from crude oil containing water by using oil separator. This study aims to develop a three-dimensional (3D) Eulerian computational fluid dynamics (CFD) model to predict the separation efficiency of air-water-oil separator. In the incompressible, isothermal and unsteady-state CFD model, air is defined as continuous phase, and water and oil are given as dispersed phase. The momentum equation includes the drag force, lift force and resistance force of porous media. The standard k-${\varepsilon}$ model is used for turbulence flow. The exit pressures of water and oil play an important role in determining the liquid level of the oil separator. The exit pressures were identified to be 6.3 kPa and 5.1 kPa for water and oil, respectively, to keep a liquid level of 25 cm at a normal operating condition. The time evolution of volume fractions of air, water and oil was investigated. The settling velocities of water and oil along the longitudinal separator distance were analyzed, when the oil separator reached a steady-state. The oil separation efficiency obtained from the CFD model was 99.85%, which agreed well with experimental data. The relatively simple CFD model can be used for the modification of oil separator structure and finding optimal operating conditions.

주제어

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	O/W emulsion 으로부터 기름을 분리하기 위한 화학적 방법의 단점은 무엇인가?	화학적 방법은 유수상분리를 증진시키는 물질(demulsifier)를 첨가하는 것이다[6]. 이 방법은 빠르지만, 비용이 많이 들고 첨가물을 제거해야 하는 단점을 갖는다. 물리적 방법은 중력 침강(gravity settler), 원심 침강(centrifugal settler), 공기부상(air floatation), 여과 및 분리막(filtration and membrane), 전기 침강(electrostatic settler), 초음파 침강(ultrasound settler) [4,6] 등이 있다.
	O/W emulsion 으로부터 기름을 분리하기 위한 물리적 방법으로 무엇이 있는가?	이 방법은 빠르지만, 비용이 많이 들고 첨가물을 제거해야 하는 단점을 갖는다. 물리적 방법은 중력 침강(gravity settler), 원심 침강(centrifugal settler), 공기부상(air floatation), 여과 및 분리막(filtration and membrane), 전기 침강(electrostatic settler), 초음파 침강(ultrasound settler) [4,6] 등이 있다. 이들 물리적 방법은 분산상 액적의 이동, 충돌, 합체를 도모하여 상분리를 향상시킨다[6].
	O/W emulsion의 특징은 무엇인가?	물이 많이 포함된 원유 혼합물은 water-in-oil (W/O) 혹은 oil-in-water (O/W) emulsion으로 구분될 수 있다[2,3]. 기름은 분산상, 물은 연속상으로 간주되는 O/W emulsion 은 기름 액적 표면에 존재하는 친수성 물질들로 인하여 매우 안정적이며, 20 mm 이하의 미세 유적으로도 존재할 수 있다[2]. 환경오염을 발생시킬 수 있는 기름을 함유하는 산업 폐수도 석유화학, 제철, 제약, 해운, 음식업체에서 많이 발생한다[4,5].

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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