Читайте также:
|
Применение постоянного электрического поля для целей деэмульсации до последнего времени было весьма ограниченным. Это связано с тем, что поведение эмульсий в этом виде поля имеет свои особенности. Для того, чтобы не повторяться, скажем, чтовсе то, что было сказано о воздействии переменного электрического поля на дисперсную фазу эмульсии: поляризация капелек, их деформация в направлении поля, диспергирование и наличие критической напряженности поля — справедливо и для постоянного электрического поля.
Основной причиной, ограничивающей применение постоянного электрического поля для деэмульсации, является то, что при обвод-ненностях эмульсии порядка 5% и выше расстояния между отдельными взвешенными капельками становятся соизмеримыми с размерами капелек. Это приводит к тому, что напряженности местных электрических полей между капельками становятся значительными и они, деформируясь, вытягиваются и выстраиваются в токо-проводящие цепочки в направлении вектора напряженности поля, что ведет к короткому замыканию электродов.
Конечно, образование токопроводящих цепочек из водяных капелек не исключено и при обработке эмульсий в переменном электрическом поле. Однако в последнем случае они менее устойчивы, так как полярность электродов, образующих поле, меняется во времени с промышленной частотой 50 герц. В постоянном же электрическом поле такой смены полярности нет, поэтому для разрушения токопроводящих цепочек необходимо принимать какие-то специальные меры. Говорить о возможности деэмульсации в постоянном электрическом поле можно лишь в смысле обработки в этом поле малообвод-ненных эмульсий (не выше 1-2% воды), то есть тогда, когда расстояния между отдельными капельками равны нескольким их диаметрам и влияние местных электрических полей настолько мало, что вероятность образования токопроводящих цепочек между электродами стремится к нулю.
Следовательно, в отличие от переменного электрического поля, где движущей силой процесса деэмульсации является диполь-ди-польное взаимодействие, в постоянном электрическом поле это взаимодействие должно быть сведено к минимуму. За счет каких же сил водяные капельки будут коалесцировать в этом поле?
Характерной особенностью поведения дисперсных систем в постоянном электрическом поле даже пространственно-однородном (не градиентном) является то, что водяные капельки дисперсной фазы имеют тенденцию к направленному движению в сторону одного из электродов (в однородном переменном электрическом поле направленное движение капелек, образующих малообводненную эмульсию, вообще невозможно). Это объясняется наличием электрокинетического потенциала (дзета-потенциала), обусловленного двойным электрическим слоем. Скорость движения водяных капелек, взвешенных в углеводородной среде и помещенных в постоянное электрическое поле, определяется уравнением Гельмгольца:
U = εε0 Е 0ζ/η(11)
где ζ — электрокинетический потенциал, В;
Е 0 — напряженность внешнего электрического поля, В/м;
ε — относительная диэлектрическая постоянная дисперсионной среды;
ε0 — электрическая размерная постоянная (диэлектрическая проницаемость вакуума), Ф/м;
η — коэффициент внутреннего трения (динамическая вязкость) дисперсионной среды, Па×с;
U — скорость движения частиц дисперсной фазы, м/с.
Анализ этого уравнения показывает, что скорость движения частиц дисперсной фазы крайне мала, то есть для того, чтобы водяные капельки, находящиеся в объеме эмульсии вдали от электродов, достигли их поверхности, нужно очень много времени. Однако для капелек, находящихся у поверхности электрода (например, на расстоянии диаметра капельки), эта скорость уже оказывается достаточной для того, чтобы покрыть этот путь в течение долей секунды.
При контакте с поверхностью электрода водяная капелька не удерживается около него, а отталкивается и с увеличившейся во много раз скоростью устремляется к противоположному электроду. Объясняется это тем, что капелька в результате контакта с электродом получает от него электрический заряд, величина которого во много раз больше ее «естественного» заряда (то есть заряда, обусловленного наличием двойного электрического слоя).
Величина заряда, получаемого капелькой от электрода в результате контакта, определяется выражением:
q = 2/3 π3 εε0Еr2 (12)
где r — радиус капельки, м,
q — заряд водяной капельки, Кл.
В результате взаимодействия внешнего электрического поля с этим зарядом и происходит увеличение скорости движения капелек. Приблизившись к противоположному электроду, капелька касается его своей поверхностью, в результате чего происходит электрическая перезарядка (капелька получает равный по величине и противоположный по знаку электрический заряд), и устремляется к первому электроду, где опять происходит ее перезарядка, и так далее.
В частности, пусть, например, при горизонтальном расположении электродов верхний электрод находится под высоким потенциалом, а нижний электрод заземлён. Тогда, соприкоснувшись с нижним электродом, капелька получает отрицательный заряд по отношению к верхнему электроду и двигается в сторону увеличения потенциала. При контакте с верхним электродом она получает положительный заряд по отношению к нижнему электроду и двигается в сторону уменьшения потенциала, то есть к нижнему электроду.
Таким образом, водяные капельки дисперсной фазы эмульсии, помещенной в постоянное электрическое поле, совершают колебательные движения между электродами, образующими поле. Причем при своем перемещении между электродами они сталкиваются друг с другом, как имеющие противоположные заряды, так и с незаряженными капельками, находящимися в объеме, и укрупняются. Укрупнившиеся капельки при контакте с электродом получают от него еще больший заряд (величина заряда, при прочих равных условиях, прямо пропорциональна квадрату радиуса капельки), а следовательно, и большую скорость, что, во-первых, увеличивает вероятность столкновений с другими капельками и, во-вторых, увеличивает эффективность этих столкновений.
Литература
Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. М., Химия, 2006.
Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. М., Химия, 1964.
Левченко Д.Н., Бергштейн Н.В., Худякова А.Д., Николаева Н.М. Эмульсии нефти с водой и методы их разрушения. М., Химия, 1967.
А.ПанченковГ.М., ЦабекЛ.К. Поведение эмульсий во внешнем электрическом поле. М„ Химия, 1969.
Каспаръянц К.С. Промысловая подготовка нефти. М., Недра, 1966.
Виноградов В.М. Основные свойства и принципы разрушения нефтяных эмульсий. М., МИНХ и ГП, 1974.
Т.Виноградов В.М. К вопросу об электрообезвоживании эмульсий в постоянном электрической поле. Диссертация. М., МИНХ и ГП, 1970.
СОДЕРЖАНИЕ
Глава I. Общая характеристика эмульсий.. 3
§ 1. Типы эмульсий. 3
§ 2. Методы определения типа эмульсий. 5
§ 3. Образование и устойчивость эмульсий. 5
Глава II. Методы разрушения нефтяных эмульсий.. 10
§ 1. Механические способы разрушения эмульсий. 11
А. Фильтрация. 12
Б. Центрифугирование. 12
§ 2. Термические способы разрушения эмульсий. 13
§ 3. Физико-химические способы разрушения эмульсий. 14
§ 4. Электрические способы разрушения эмульсий. 17
А.. Разрушение эмульсий в переменном электрическом поле. 17
Б... Разрушение эмульсий в постоянном электрическом поле. 19
Литература. 22
ВИНОГРАДОВ В.М., ВИНОКУРОВ В.А.
Образование, свойства и методы разрушения нефтяных эмульсий
Методические указания
Редактор Г.Г. Дёмина
Св.тем.план 2007
Подписано в печать 1.07.2007 г. Объём 2 уч.-нзд. л.
Формат 60x90/16 Тираж 50 экз.
117917, Москва, Ленинский проспект, д. 65
Дата добавления: 2015-12-07; просмотров: 193 | Нарушение авторских прав