Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Analysis of process of emulsions transport in hydrophilic/oleophilic granular porous media driven by capillary force

Shtyka O. S., Przybysz Ł., Błaszczyk M., Sęk J. P.

Technical Sciences / University of Warmia and Mazury in Olsztyn

|

2018

|

nr 21(2)

85--101

EN

The research focuses on the issues concerning a process of multiphase liquids transport in granular porous media driven by the capillary pressure. The current publication is meant to introduce the results of experimental research conducted to evaluate the kinetics of the imbibition and emulsions behavior inside the porous structures. Moreover, the influence of the dispersed phase concentration and granular media structure on the mentioned process was considered. The medium imbibition with emulsifier-stabilized emulsions composed of oil as the dispersed phase in concentrations of 10 vol%, 30 vol%, and 50 vol%, was investigated. The porous media consisted of oleophilic/hydrophilic beads with a fraction of 200–300 and 600–800 μm. The experimental results provided that the emulsions imbibition in such media depended stronger on its structure compare to single-phase liquids. The increase of the dispersed phase concentration caused an insignificant mass decreasing of the imbibed emulsions and height of its penetration in a sorptive medium. The concentrations of the imbibed dispersions exceeded their initial values, but reduced with permeants front raise in the granular structures that can be defined as the influential factor for wicking process kinetics.

2

Transport of emulsions in granular porous media driven by capillary force

Shtyka O., Przybysz Ł., Sęk J.

Acta Innovations

|

2018

|

no. 26

38--44

EN

The transport of liquids driven by capillary suction-pressure and balanced by both viscous drag force and gravity acceleration is known as spontaneous imbibition. The prediction of spontaneous imbibition in porous media is of importance due to its relevance as a fundamental phenomenon in numerous industrial technologies as well as in nature. A vast majority of the experimental results and mathematical models concerning the imbibition process of single-phase liquids are considered and analyzed in the literature. The present research focuses on two-phase liquids transport in porous medium driven by capillary force. The penetrating liquids were surfactant-stabilized emulsions with the different dispersed phase concentrations. The discussed issues are the influence of porous bed composition and inner phase concentration on the height of an emulsion penetration, which allows to predict the velocity of imbibition process. From a practical point of view, the experimental results give the possibility to evaluate: productivity of granular sorbents applied to recover the environment, efficiency of building materials wetting with multiphase liquids, process of oil-derived pollutants migration in porous media, e.g. soil and other rock structures, etc.

3

Porównanie wpływu niejonowych surfaktantów na proces wsiąkania emulsji w struktury porowate

Shtyka O., Błaszczyk M., Sęk J.

Przemysł Chemiczny

|

2016

|

T. 95, nr 7

1348--1352

PL

Badano imbibicję emulsji w oleofilowych/hydrofobowych strukturach porowatych w celu określenia wpływu różnych niejonowych emulgatorów na zmianę masy absorbowanej emulsji oraz zmianę jej stężenia w czasie trwania procesu w zależności od wysokości penetracji. Stosowano emulsje typu olej-w-wodzie o zawartości fazy rozproszonej 10% i 30% obj., a udział dodanych emulgatorów zmieniał się w zakresie 1–5% obj. Stwierdzono, że stężenie emulgatora, wartość parametru HLB (równowaga hydrofilowo-lipofilowa) i początkowa lepkość wsiąkającego płynu mają duży wpływ na przebieg procesu nasiąkania. Wykazano, że czas krytyczny rośnie wraz ze stężeniem emulgatora, a czas maksymalny procesu maleje wraz ze wzrostem stężenia fazy wewnętrznej. Stwierdzono, że emulgator z etoksylenowego kwasu tłuszczowego zapewniał największą zawartość fazy zdyspergowanej w sorbencie. Dla emulsji o stężeniu 10% największą zaabsorbowaną masę odnotowano w przypadku Rokanolu NL6. Dla emulsji o stężeniu 30% maksymalną masę zaabsorbowanej substancji zaobserwowano w przypadku emulgatora Rokacet O7.

EN

Three com. emulsifiers were used (1–5% by vol.) for dispersing a com. vegetable oil in water to produce resp. emulsions (oil content 10–30% by vol.) used for imbibitions a polypropylene nonwoven (porosity 0.93). The ethoxylated oleic acid-based emulsifier was the most efficient due to providing the highest amts. of the dispersed phase in a sorbent. For 10% emulsions, the largest mass of the imbibed permeant was observed in case of alkoxylated alc.-based emulsifier.

4

Analytical model of water flow in coal with active matrix

Siemek J., Stopa J.

Archives of Mining Sciences

|

2014

|

Vol. 59, no. 4

1077--1086

EN

This paper presents new analytical model of gas-water flow in coal seams in one dimension with emphasis on interactions between water flowing in cleats and coal matrix. Coal as a flowing system, can be viewed as a solid organic material consisting of two flow subsystems: a microporous matrix and a system of interconnected macropores and fractures. Most of gas is accumulated in the microporous matrix, where the primary flow mechanism is diffusion. Fractures and cleats existing in coal play an important role as a transportation system for macro scale flow of water and gas governed by Darcy’s law. The coal matrix can imbibe water under capillary forces leading to exchange of mass between fractures and coal matrix. In this paper new partial differential equation for water saturation in fractures has been formulated, respecting mass exchange between coal matrix and fractures. Exact analytical solution has been obtained using the method of characteristics. The final solution has very simple form that may be useful for practical engineering calculations. It was observed that the rate of exchange of mass between the fractures and the coal matrix is governed by an expression which is analogous to the Newton cooling law known from theory of heat exchange, but in present case the mass transfer coefficient depends not only on coal and fluid properties but also on time and position. The constant term of mass transfer coefficient depends on relation between micro porosity and macro porosity of coal, capillary forces, and microporous structure of coal matrix. This term can be expressed theoretically or obtained experimentally.

PL

W artykule zaprezentowano nowy model matematyczny przepływu wody i gazu w jednowymiarowej warstwie węglowej z uwzględnieniem wymiany masy między systemem szczelin i matrycą węglową. Węgiel jako system przepływowy traktowany jest jako układ o podwójnej porowatości i przepuszczalności, składający się z mikroporowatej matrycy węglowej oraz z systemu szczelin, spękań i ewentualnie największych porów. Przepływowi w systemie szczelin towarzyszyć może wymiana masy z matrycą, której intensywność zależy m.in. od właściwości węgla i warunków panujących w układzie przepływowym. W szczególności matryca węglowa może pochłaniać wodę pod wpływem sił kapilarnych, co wpływa na przepływ w szczelinach. W artykule zostało zaproponowane równanie różniczkowe cząstkowe opisujące nasycenie wodą w systemie szczelin z uwzględnieniem wymiany masy z matrycą pod wpływem sił kapilarnych. Podano dokładne rozwiązanie analityczne, które może być zastosowane w praktyce inżynierskiej. Zauważono, że szybkość wymiany masy między szczelinami i matrycą wyraża się formułą analogiczną do prawa stygnięcia Newtona, ale w analizowanym przypadku współczynnik wymiany masy zależy nie tylko od właściwości węgla i płynów ale również od położenia i czasu. Stały człon tego współczynnika może być obliczony teoretycznie lub wyznaczony eksperymentalnie.

5

Opis procesu nasiąkania struktur porowatych za pomocą równania kinetycznego

Sęk J., Błaszczyk M., Przybysz Ł.

Inżynieria i Aparatura Chemiczna

|

2010

|

Nr 1

97-98

PL

Zaproponowano nowe równanie modelowe pozwalające na opis przebiegu procesu nasiąkania struktur porowatych. Wykorzystano postać zależności wykorzystywanej zazwyczaj do opisu kinetyki reakcji chemicznych. Dokonano jej modyfikacji wprowadzając koncepcję potencjału złoża porowatego czyli jego zdolności do pochłonięcia określonej ilości cieczy. Uwzględniono w rozważaniach teoretycznych fakt, że w praktyce, na skutek działania czynników zewnętrznych wartość tego potencjału nigdy nie jest w pełni wykorzystana. Przydatność proponowanego modelu potwierdzono na drodze eksperymentalnej. Wykazano, że pozwala on na opis przebiegu procesu nasiąkania z dokładnością rzędu dziesięciu procent w całym okresie jego trwania.

EN

A new modeling equation was proposed for the description of imbibition processes. The classical kinetic equation was modified using a concept of imbibitions potential, i.e. overall ability of porous structure of liquid sorption. It was also taken into account that in practice, due to side effects, this potential was never fully exploited. Applicability of the proposed model was confirmed on basis of experimental investigations. It was found that the data could be approximated with the accuracy of about ten percent in the whole range of sorption process.

6

Modelowanie procesu nasiąkania struktur ziarnistych

Sęk J.

Inżynieria i Aparatura Chemiczna

|

2009

|

Nr 6

164-165

PL

Zależnością powszechnie wykorzystywaną do modelowania procesów nasiąkania struktur porowatych jest tak zwane równania Washburna. Podjęto próbę modyfikacji tej zależności mającąna celu uwzględnienie w tym modelu parametrów charakteryzujących złoże ziarniste takich jak średnica ziaren złoża, jego porowatość oraz pole przekroju złoża. Zastąpiono również trudne do wyznaczenia wielkości parametrami charakteryzującymi właściwości cieczy wsiąkającej do wnętrza złoża.

EN

Washburn's equation is a commonly used formula for modeling imbibition processes of porous structures. An attempt was made to introduce into this equation parameters characterizing a granular bed like grains' diameter, porosity and bed cross section area. Parameters difficult to determine experimentally were eliminated from a final form of the equation.

7

Badanie procesu nasiąkania struktur porowatych

Sęk J., Tryluk M., Kucharek A.

Inżynieria i Aparatura Chemiczna

|

2009

|

Nr 4

112-113

PL

Podjęto próbę zaproponowania zależności, które pozwalałyby z większą dokładnością niż powszechnie stosowane równanie Washbuna przewidywać przebieg procesu nasiąkania materiałów porowatych. Zaproponowano wykorzystanie czterech takich równań sprawdzając ich przydatność w oparciu o własne dane doświadczalne.

EN

An attempt was carried out to provide dependences that would allow one to predict a course of imbibition processes with higher accuracy then the commonly used Was/t6HrM equation. Four such formulae were proposed and yerified using own experimental data.

8

Theoretical and laboratory investigations on oil displacement from the rock matrix under capillary forces

Liszka K., Stopa J.

Archives of Mining Sciences

|

2000

|

Vol. 45, nr 4

543-553

EN

The paper contains two parts. The theoretical basis for the process of oil displacement through the water from the fractured porous medium, due to capillary forces, has been discussed in the part No. 1. The functional equation describing the relative water content increase in the fractured rock matrix, surrounded by the water layer, has also been introduced. This may reflect the actual reservoir conditions, if a fractured oil reservoir is flooded with water, at the moment when the rock matrix porous block has already been surrounded by the water forced in as a result if shifting of watering front in the fractures system. The impact of particular parameters of this process on its performance has also been determined. This equation is non-linear, and may be solved using numerical methods, in general case. The analytical solution may be arrived at when the constant value of the mass exchange coefficients has been assumed, as well as simple geometry, such as spherical geometry and process symmetry. Having assumed as above, the analytical solution has been arrived at and compared with a numerical solution. Taking into consideration the assumptions, the error committed has been slight, in order of few percent. The results of the theoretical contemplations have been compared with laboratory experiments' results, in the second part of the paper. The detailed description of performed research and its methodology have been given. The experiments have confirmed theoretical results.

PL

Zjawisko wnikania wody do przestrzeni porowych wypełnionych ropą pod wpływem sił kapilarnych jest istotnym czynnikiem wpływającym na efektywność nawadniania złóż ropy, zwłaszcza w przypadku, gdy skalą zbiornikową jest skała porowato-szczelinowata. Z punktu widzenia hydromechaniki złoże takie składa się z systemu spękań i szczelin oraz bloków ośrodka porowatego przepuszczalności wielokrotnie mniejszej od systemu szczelin. Bloki te noszą nazwę matrycy skalnej. Front wypierania ropy przez wodę przemieszcza się przede wszystkim (szybciej) w systemie szczelin, następnie zaś następuje proces wymiany masy pomiędzy szczelinami a porami matrycy skalnej. Według modeli znanych z literatury, np. Greenkorn (1983), M a r 1 e (1981), wypieranie ropy przez wodę następuje pod wpływem sił kapilarnych. W niedawno opublikowanej pracy Zhang X. i Morrow N. R. (1996) wykazali na podstawie prób laboratoryjnych, że przebieg procesu kapilarnego wypierania ropy przez wodę zależny jest od kształtu próbki, warunków brzegowych w czasie eksperymentu, stosunku lepkości cieczy, napięcia powierzchniowego na granicy ropa-woda oraz przepuszczalności względnych i przepuszczalności absolutnej. Interpretacja wyników laboratoryjnych jest jednak utrudniona, gdyż model matematyczny procesu jest silnie nieliniowy. W niniejszej pracy rozważono pojedynczy blok matrycy ośrodka porowatego o podwójnej porowatości i przepuszczalności. Blok ten nasycony jest cieczą węglowodorową (ropą lub naftą), zaś jego powierzchnia boczna znajduje się w kontakcie z wodą, która jest cieczą wypierającą. Przy założeniu, że ciśnienie kapilarne jest jedynym czynnikiem powodującym wypieranie ropy otrzymano równanie (22) opisujące względny przyrost nasycenia wodą bloku matrycy w czasie trwania procesu wypierania. W równaniu tym występuje współczynnik dyfuzji D określony wzorem (14). Określono wpływ poszczególnych parametrów tego procesu na jego przebieg. Równanie (22) jest nieliniowe i w ogólnym przypadku może być rozwiązane metodami numerycznymi. Rozwiązanie analityczne może być znalezione przy przyjęciu stałego współczynnika dyfuzji i prostych geometrii i symetrii procesu. Po przyjęciu takich założeń otrzymano rozwiązanie analityczne i porównano je z numerycznym. Jak widać z wykresu na rys. 3 różnica otrzymanych wyników jest niewielka. Wynik otrzymany na drodze rozważań teoretycznych porównano następnie z wynikami badań laboratoryjnych wymienionego zagadnienia. Podano szczegółową metodykę przeprowadzonych badań. Ich wyniki potwierdziły słuszność rozważań teoretycznych. Wyniki pomiarów oraz dopasowanie krzywych teoretycznych do danych pomiarowych pokazano na rys. 4 i 5.