试析新型聚合物水解搅拌装置应用研究及搅拌流场的数值模拟

《试析新型聚合物水解搅拌装置应用研究及搅拌流场的数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、天津大学博士学位论文新型聚合物水解搅拌装置应用研究及搅拌流场的数值模拟姓名：姜斌申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：李鑫钢20051201中文摘要随着聚合物驱油技术研究的快速发展，新型聚合物不断被开发和应用。新型聚合物溶液显现巨大的超分子结构，表现出非常高的粘度。现有常规配制工艺不能适应新型聚合物的配制要求，为适应大规模生产，满足不同分子量及不同抗盐聚合物水解配制要求，本文开发出适应新型聚合物水解的工业搅拌装置，实现对搅拌聚合物溶液流场的三维模拟，主要包括以下内容。通过流变仪测量超高分子量抗盐聚丙烯酰胺溶液的流变特性，研究了聚丙烯酰胺溶液的表观粘度与溶

2、液的浓度、温度、聚合物相对分子量及流动时的剪切速率的关系。聚合物溶液的浓度越高、相对分子量越大，聚合物溶液的表观粘度就越大。随着剪切速率的增大，聚合物溶液显现出剪切稀化的特性，聚合物溶液的表观粘度与剪切速率关系服从幂律关系。温度升高，聚合物溶液粘度下降。聚丙烯酰胺溶液的浓度越高，聚合物溶液的第一法向应力差越大，说明聚合物溶液具有的弹性能量越高。在相同的剪切速率下，聚合物分子量增加，聚合物溶液的弹性增强。温度升高，聚合物溶液弹性减弱。根据聚丙烯酰胺溶液流变实验数据，建立的聚合物溶液的粘弹公式为模拟聚合物溶液流体流动提供了依据。设计开发适用于该聚合物水解的新犁搅

3、拌装置，通过小试及工业放大试验研究，优化设备结构、优化操作参数。这种新型搅拌装置能有效地改善流场的循环性能，提高均一化的速度，使新型聚合物的熟化时间由原来的4h降到现在的2h，聚合物溶液的粘度提高了10％，而且搅拌功率略有下降。实现对搅拌聚合物溶液流场的二维模拟。流场模拟显示，二叶桨的轴向流动不足以使聚合物溶液在全槽形成主体大循环；远离桨叶的地方流动渐弱：搅拌轴、槽壁及液面附近流体近乎静止。新型搅拌装置使搅拌槽聚合物溶液形成全流域轴向大循环，这种流型是提高聚合物溶液的均一化速度的关键。搅拌槽内流体的平均表观粘度大于三叶桨搅拌槽流体的粘度。整个流场速度、剪切应

4、力及表观粘度分布规律符合聚合物溶液在搅拌槽中的流动规律；模拟结果与小试、工业试验及经典文献的结果相吻合。关键词：聚合物驱油；超高分子量抗盐聚合物；流变特性；粘弹性流体；搅拌装置；数值模拟ABSTRACTWiththedevelopmentofthestudyonpolymerfloodingtechnology，new-typeofpolymersaredevelopedandapplied．Thesepolymers，whichmolecularweightismol'ethan2．5x10’g／m01．areaptt0formultra-molecula

5、rstructuresinsolutionwithprettyhighviscosities．Conventionaltechnicscouldn’tfittheneedofnewtypepolymershydrolyzationquitewell．Inthispaperanewtypeofindustrialmixerisdesigned．Wealsofinishthemixingfluidfield3-Dsimulationinit．Maincontentsareasfollows．Bymeansofmeasuringrheologicalpropert

6、yofUHlVlW-PAIVlsolution,itisinvestigatedthatviscosityofPAMsolutionrelatest0concentration,temperature．molecularweightandshearrate．Thehigherconcentrationandmolecularweightare，thebiggerviscosityis．Increasingwiththeshearrate，polymersolutionshowspropertyofshearthinning．nerelationshipbet

7、weenviscosityofpolymersolutionandshearrateobeypower-law．Viscositydecreases谢mincreasingtemperature．Theresultsshowedthatthehigherconcentrationis，thebiggerfirstnormalstressdifferenceis．ItmeansthatsolutionhashJlgherelasticenergy．Atthesameshearrate，elasticityintensifieswimpolymermolecul

8、arweightincreasing．Elastic