Berechnung: Entmischung einer Emulsion mit Hilfe von Stokes

alexa · Anmeldungsdatum: 12.03.2009 Beiträge: 4

Zur Zeit schreibe ich meine Diplomarbeit, in der geht es um das Entwässern von Erdöl. Es wird mit Absicht Wasser ins Öl gefahren, damit die Salze für den anschließenden Prozess ausgewaschen werden.

Ist es jetzt möglich mit Hilfe der Stokes-Gleichung eine Berechnung über die Entmischung von Rohöl/Wasser zu machen?

Es soll nicht um genaue Zahlen gehen, sondern erstmal nur um die Physikalischen Zusammenhänge, z.B. je größer der Durchmesser der Blasen je schneller wird sich die Emulsion entmischen.

bottom · Anmeldungsdatum: 04.02.2009 Beiträge: 333 Wohnort: Kiel

ich hab leider keine vorstellung, wie dieser "entmischvorgang" vor sich geht. wird gewartet, bis sich das ganze automatisch aufgrund der unterschiedlichen dichten trennt? oder wird zentrifugiert?

das Gesetz von Stokes lautet

jetzt musst du gucken, wodurch die trennung passiert. lasst man das gemisch beispielsweise einfach stehen bis es sich getrennt hat, so könnte man über die gewichtskraft der wassertröpfchen, der auftriebskraft im öl und der stokes'schen reibung berechnen, wie schnell die tropfen sinken (ähnlich wie beim millikan versuch, falls du den kennst).

aber wenn du nochmal was zur technik der trennung sagst, können wir dir bestimmt noch genauer weiter helfen.

gruß bottom

alexa · Anmeldungsdatum: 12.03.2009 Beiträge: 4

Ok, ich versuche das ganze etwas genauer zu beschreiben.

Wie erwähnt handelt es sich dabei um einen Apparat, welcher das Rohöl entsalzen und entwässern soll. Es ist ein Kontinuierlicher Prozess, durch den Behälter werden etwa 150 t/h gefördert. Der Behälter hat ein Volumen von gut 50 m^3.

Zu erst wird in die Rohöl Leitung, über eine andere Leitung Wasser dazu gegeben (das Wasser beträgt etwa 5vol% vom Rohöleinsatz, das Wasser hat den Sinn das Salz aus dem Öl zu lösen). Das Wasser/Öl- Gemisch wird duch ein Mischventil gefördert und hier vermischt, anschließend gelangt die Emulsion von unten in den Behälter. In diesem Behälter soll sich nun die Emulsion trennen.

Genau an diesem Punkt möchte ich das ganze berechnen können, ich denke in einer Diplomarbeit sieht die Herleitung der Stokes-Gleichung gut aus, und es ist möglich durch die Gleichung aussagen zu treffen, welche das Verfahren optimieren können.

Weiterhin sind in den Behältern drei getrennte Elektrische Felder. Diese lassen mit Wechselspannung die Wasser Tröpfchen schwingen und dadurch schneller größer werden, um die Emulsion so schneller trennen. (aber das möchte ich jetzt erstmal ausser acht lassen)

so habe mich noch gar nicht vorgestellt, ich studiere Verfahrenstechnik mit dem Schwerpunkt Anlagenbau und muss jetzt in meinem 8 Semester, als Abschluss eine Diplomarbeit schreiben. Und die "Stokes-Gleichung" fand ich ganz passend.

Und die eigentliche Frage ist, ist die Stokes-Gleichung anwendbar auf eine Emulsion? - normal ist es ja ein Feststoff der in einer Flüssigkeit absinkt?

bottom · Anmeldungsdatum: 04.02.2009 Beiträge: 333 Wohnort: Kiel

die Stokes'sche reibung beschreinbt die reibung eines kugelförmigen Körpers in in einem fluid in abhängigkeit von viskosität des fluids und radius & geschwindigkeit des körpers. der Körper muss jedoch kein feststoff sein - beim millikanversuch fallen beispielsweise öltröpfchen durch die luft - die reibung wird näherungsweise mit stokes berechnet. die wassertröpfchen in der emulsion müsste man eigendlich als näherungsweise sphärisch betrachten können. deshalb würde ich behaupten, dass du die formel benutzen kannst - verbürgen möchte ich mich allerdings nicht dafür Augenzwinkern

edit: achja, zur herleitung. man kann das stokes'sche gesetz herleiten - dass wird dann aber sehr mathematisch Augenzwinkern

edit2: noch ein nachtrag - eigendlich ist die stokessche reibung für starren kugeln. für deinen fall wäre es also eine näherung, unter der annahme dass die tröpfchen wirklich kugelförmig sind und sich bei bewegung nicht verformen.
edit3: noch ein letzter nachtrag Augenzwinkern

hab ich gerade gefunden, dass sollte dich interessieren: klick!

wishmoep · Anmeldungsdatum: 07.09.2008 Beiträge: 1342 Wohnort: Düren, NRW

bottom · Anmeldungsdatum: 04.02.2009 Beiträge: 333 Wohnort: Kiel

alexa · Anmeldungsdatum: 12.03.2009 Beiträge: 4

Erstmal Danke für Eure Hilfe!

@Bottom Den Link von dir kannte ich schon, dort ist ja eine vereinfachte Herleitung in einer grafischen Form angegeben!

Ob ich die Herleitung benutze oder nicht, weiss ich jetzt noch nicht. Ich denke da sollte ich lieber meine Professorin fragen.

Was und wie es gemacht habe, dass werde ich Euch dann später mal mitteilen. :-)

mfg

wishmoep · Anmeldungsdatum: 07.09.2008 Beiträge: 1342 Wohnort: Düren, NRW

Ich hab mal im Zuge des Millikan-Versuchs auch die Grenzen der Stokes'schen Reibung gesehen... ich find die Grafik nur nicht mehr. Werden die Objekte zu groß, muss man sich halt der Newton'schen Reibung (mit dem v^2) bedienen.

Edit: In bottoms PDF Link auf Seite 19 Augenzwinkern

bottom · Anmeldungsdatum: 04.02.2009 Beiträge: 333 Wohnort: Kiel

ich habe heute nochmal mit jemand anders über diese frage diskutiert, und die andere person meinte, allerdings ohne es wirklich begründen zu können, dass da eventuell noch chemische kräfte berücksichtigt werden müssten (z.b. Van-der-Waals-Kräfte oder elektrostatische wechselwikungen zwischen den dipoolen).
ich würde behaupten, dass diese wechselwirkungen so "gleichmäßig verteilt" sein müssten, dass sie sich in der summe warschleinlich aufheben. letztendlich konnten wir uns aber auf keine lösung einigen - daher wollte ich dass nochmal anmerken, vll weiß noch jemand was dazu ?!

alexa · Anmeldungsdatum: 12.03.2009 Beiträge: 4

Hallo,

erstmal danke für eure gedanken, wie schon erwäht sind in dem Entsalzer 3 Trafos. und somit 3 Felder mit Wechselspannung ohne diese wäre der Betrieb nicht möglich. Also werden da sehr wohl noch Wehchselwirkungen vorhanden sein.

Aber zunächst habe ich mit Hilfe der Stokes Gleichung und dem Kräfte Gleichgewicht

folgende Gleichung hergeleitet:
(habs in latex probiert, aber irgendwie hab ich das mit dem Roh nicht hinbekommen, und keine zeit jetzt ewig rum zu probieren, hoffe ihr versteht mich auch so)

v = d^2*g*(rhoWasser-rhoÖl)/(18*mu)

mit Hilfe dieser Gleichung kann ich halt sagen, das die Absetzgeschwindigkeit größer wird, wenn der Tröpfchendurchmesser größer wird, der Dichte unterschied sollte möglichst groß sein. Und eine möglichst geringe Viskosität. Im Prinzip kann nur der Tröpfchen Durchmesser mit Hilfe des Differenzdrucks am Mischventil eingestellt werden.

Mal gucken ob ich noch die Stokes Leitung hergeiltet bekomme, aber ich denke das übersteigt meine Mathematischen kenntnisse, und würde mir im zweifelsfall in der mündlichen Prüfung der Diplomarbeit das genick brechen Augenzwinkern