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    MODELISATION D'UN DECANTEUR GRAVITAIRE EAU/PETROLE







Résultats



                                  Etude analytique:                                    

     A  l’entrée de décanteur, les gouttelettes de l’huile dans l’eau sont de tailles différentes. Dans ce chapitre, on va essayer de calculer l’écoulement  des ces particules en fonction de leurs diamètres. En cherchant dans la littérature, ces diamètres varient de 3 mm à 0.5 mm, donc on doit chercher les écoulements correspondants pour chaque diamètre à partir des lois hydrodynamiques.


 *Vitesse terminale des goutellettes isolées en fonction de leurs diamètres :

 vd

   

























*Calcul de temps de sejour en fonction de débit d'entrée :


ts


















*Calcul de temps de décantation en fonction des diamètres des gouttes:  


td



















*Calcul des vitesses de décantations en fonctions des fractions volumiques:


vt






















                          

          Maillage  2D:                                      

Le décanteur utilisé dans notre projet est un décanteur de 2m long et de 0.5m de hauteur. Une chicane de 0.4m de hauteur est située à 1.8m de l'entrée. Deux sorties sont positionnées   respectivement à 1.65m et 1.85m de l'entrée pour séparer l'eau et l'huile.
On a choisit d'utiliser un maillage quadratique de taille 0.01m.





                  choix de modèle:                     


*Choix de modèle:


    Nombre de stokes en fonction du débit d'entrée.


Débits (m3/h)

nombre de stockes

2

1,73E-03

4

3,47E-03

6

5,20E-03

8

6,93E-03

10

8,67E-03

15

1,30E-02

 

Le tableau indique que le nombre de Stokes pour l’ordre de grandeur des débits étudies  est considérablement  inferieur a 1, ce qui justifie l’utilisation du modèle de mélange dans le cadre de cette étude.





                     Résultats de simulations:                         



*Q fixe et alpha varie:

Fraction volumique de l’huile dans le décanteur avec les conditions limites à l’entrée Q=6m3.h-1 et (a) αhuile= 0.1, (b) αhuile = 0.2, (c) αhuile = 0.3, (b) αhuile = 0.4



q6-a

(a)

























q6-b

(b)

























q6-c

(c)

























a


(d)



























     Les figures montrent la fraction volumique de la phase dispersée (huile) dans le décanteur en régime permanent pour un débit à l’entrée fixé, Q = 6m3.h-1  et différentes valeurs de fraction volumique d’huile à l’entrée, αhuile = {0.1 ; 0.4}. Les lignes de contour en rouge représentent la valeur maximale de la fraction volumique d’huile tandis que le bleu représente la valeur minimale. Le changement de couleur signifie la zone de mélange. On observe que l’huile flotte en dessus de l’eau  à cause de la différence de densité.

On remarque bien que la fraction volumique d’huile à l’entrée joue un rôle important dans la décantation eau-huile. La décantation est d’autant plus efficace que la fraction volumique d’huile à l’entrée. On constate d après la figure 8(a) que la fraction volumique d’huile du mélange est faible dans la zone de mélange de la partie principale du décanteur. En plus, dans ce cas, l’eau traverse la chicane ce qui n’est pas bon pour la décantation eau-huile. Par contre, dans le cas où la fraction volumique d’huile à l’entrée est égale à 0.4, la séparation eau-huile est très visible puisque la fraction volumique d’huile dans la zone de mélange de la partie principale du décanteur est importante c’est-à-dire se rapproche de la valeur 1.

Ces résultats sont attendus car une fraction volumique d’huile grande représente aussi un débit d’huile important par rapport au débit d’eau du mélange à l’entrée du décanteur, ce qui implique une meilleure séparation.






*alpha fixe=0.3 ,débit volumique varie:



   Fraction volumique de l’huile dans le décanteur avec les conditions limites à l’entrée αhuile =0.3 et (a) Q=4 m3.h-1, (b) Q=6 m3.h-1, (c) Q=8 m3.h-1, (b) Q=10 m3.h-1






(a)



























(b)




























(c)



























(d)























Les figures montrent la fraction volumique de la phase dispersée (huile) dans le décanteur au régime permanent pour une fraction volumique d’huile fixé, αhuile = 0.3 et différentes valeurs de débits à l’entrée, Q = {4, 6, 8, 10} m3.h-1. On peut remarquer que pour cette valeur de αhuile, la séparation eau-huile est meilleure pour un débit faible. Ici, la valeur de débit dont la séparation eau-huile est la plus « idéale » est de 6 m3.h-1. Pour les débits supérieurs, la fraction volumique d’huile dans la zone de mélange de la partie principale du décanteur est faible. Ceci peut être du au régime de l’écoulement, c’est-à-dire au grand débit, l’intensité de turbulence de l’écoulement augmente et perturbe le mécanisme de décantation. On peut en déduire donc, la vitesse d’entrée qui ensuite détermine la turbulence de l’écoulement dans le décanteur influence la séparation eau-huile.

Les résultats obtenus ne sont pas à notre avis aussi satisfaisants dans la mesure où lorsqu’on regarde les profils de fraction volumique en détail on remarque que plus précisément à la sortie d’eau (et à la sortie d’huile respectivement), il y a toujours de l’huile (et de l’eau respectivement) qui en sort.







*Débit fixe=6 m3/h , alpha fixe=0.3 ,diamètres des gouttelettes variables:


Fraction volumique de l’huile dans le décanteur avec les conditions limites à l’entrée αhuile =0.3 et Q=6 m3.h-1 pour des gouttelettes de l’huile de diamètre (a) 3mm et (b) 1mm






(a)




























(b)
























Les figures  montrent la fraction volumique de la phase dispersée (huile) dans le décanteur en régime permanent pour une fraction volumique d’huile αhuile = 0.3 et un débit de 6 m3.h-1 fixés pour deux diamètres des gouttelettes de l’huile différents (1mm et 3mm). En comparant les figures (a) et (b), on observe une diminution de zone de mélange par une augmentation de diamètre des gouttelettes de l’huile. La zone de mélange indique qu’il n’y a pas un changement « clair » de l’eau à l’huile qui indique l’existence d’une couche d’émulsion dans l’interface eau-huile. La formation d’émulsion est due principalement à l’agitation eau-huile dans le décanteur.

Pour conclure cette partie, les résultats obtenus montrent que pour le même volume d’huile, il y a une différence importante de la séparation eau-huile pour différents diamètres de gouttelettes de l’huile choisis : un diamètre plus petit résulte en une zone de mélange plus grande que des gouttelettes plus grandes ou la séparation des deux phases est plus importante. La géométrie du décanteur doit prendre en compte la taille des gouttelettes afin d’éviter la zone de mélange.



        Conclusion et recommandations:         




*Conclusion:


Au cours de ce projet,  on a mené une étude d un décanteur gravitaire eau/pétrole.  Le logiciel Fluent a été utilise pour performer des simulations de la dynamique des fluides du mélange.

En guise de conclusion de ce travail, les résultats obtenus montrent que l’efficacité du séparateur est liée a des débits modérés ; de l’ordre de 6 m3/h et des fractions volumiques d’huile de l’ordre de 0.4. D’autre part, l’effet de la turbulence sur la trajectoire est déduit à partir des profils de vitesse de mélange. Finalement, l’étude de l’effet du diamètre des gouttelettes sur la décantation montre que la qualité de la séparation est améliorée pour de grosses gouttes (d >=2.5 mm).


*Recommandations:


Ce travail constitue une première étape dans la modélisation du décanteur gravitaire eau/huile.   Dans une deuxième phase qui vient compléter à cette étude serait d’  inclure d’autres paramètres afin de mieux modéliser le décanteur dans des conditions opératoires réelles. Ci-dessous, on a listé quelques suggestions de directions à poursuivre dans ce cadre.

*Mettre des chicanes perforées juste à l’entrée de décanteur pour homogénéiser la vitesse de mélange à l’entrée de décanteur.

*Changer la température opératoire dans le but d’augmenter l’écart de la masse volumique entre l’huile et l’eau.

*Prendre en compte l’effet de coalescence des particules.

*Prendre en compte la présence de gaz et des particules solides aux seins de décanteur.

*Faire varier la géométrie de décanteur notamment la longueur de chicane, mettre des barrages tout au long de décanteur.

*Travailler en régime  non stationnaire.

*Changer le modèle de mélange et faire la comparaison entre les différents modèles utilisés.

*Etendre le modèle a un cas  3D.









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