D0I:10.13374/j.issn1001053x.2005.05.034 第27卷第5期 北京科技大学学报 Vol.27 No.5 2005年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2005 液膜乳化液的离心一脉冲电场连续破乳 王文才12)蔡嗣经》 黄万抚列 1)北京科技大学土木与环境工程学院,北京1000832)内蒙古科技大学,包头0140103)江西理工大学,赣州341000 摘要在分析离心一脉冲电场连续破乳原理的基础上,设计和制作了竖式圆柱绝缘电极实 验室用的离心-脉冲电场连续破乳器.在M6401-L113B-煤油-HS0,和Lix984N-L113A-煤油- HSO,乳化液膜体系处理含Cu废水的实验中,研究了离心-脉冲电场连续破乳时的各种影响 因素,结果表明,离心一脉冲电场能有效地对上述乳化液膜体系进行连续破乳,且其破乳效果 比单一脉冲电场连续破乳效果要好, 关熊词乳化液;离心:脉冲;连续破乳 分类号TQ028.8 连续化破乳是乳化液膜工业化的前提.目 水滴密度大于油相密度,水滴借助这一运动产生 前,有关乳化液的破乳方法研究较多,然而连续 的惯性离心力向器壁运动,同时油相变更运动方 化破乳的研究还是相当有限.在破乳方法中,研 向,产生向心的径向运动,水相和油相在径向得 究和使用较多的是静电破乳法.静电破乳法有裸 以分离.在重力作用下,油水轴向分层,水相沉降 电极法、绝缘电极交流电法、脉冲电场法以、离 到破乳器底部排出,油相从破乳器的上部流出, 心-脉冲电场法和电磁场破乳法等.C E Figu- 其液滴的分离速度为: croa等研究了在不同场强、频率和脉冲条件下 v=√++2 (1) 乳化液膜的稳定性;Jong-Wook Ha等a对在均匀 式中,y为液滴的分离速度,”,为液滴的切向速 电场中乳化液滴的稳定变形和破乳进行了实验 度,为液滴的径向速度,%为液滴的轴向速度, 研究:陆岗等设计了竖式平板绝缘电极静电连 其单位均为ms. 续破乳器,并进行了乳化液膜连续电破乳研究, 根据伯努里方程,有R=罗,即: 认为绝缘材料、电极形式及加料方式对静电连续 破乳器的设计至关重要 西 (2) 式中,P为待破乳化液在切向入口处的压强,Pa: 1乳化液破乳原理分析 p为乳化液密度,kgm’,乳化液滴作匀速圆周运 动时,有: 乳化液的电破乳过程,就是乳化液滴内的电 a=y (3) 解质溶液在电场中极化,产生电聚结力F,在F。 a 和重力的作用下,克服乳化液滴之间的排斥力和 F,=udApa.-rdApv: 6 6a (4) 界面张力的作用,使乳化液滴产生变形、碰撞、 式中,a,为液滴的法向加速度,ms';F,为液滴的 絮凝、聚结和凝并,进而油水分离,实现乳化液的 离心力,N;d为液滴直径,m;a为液滴所在圆周的 破乳. 半径,m:△p为内水相与膜相的密度差,kgm.依 具有一定压强P的乳化液从乳液入口切向 据Stokes定律,直径为d的球形液滴在膜相中作 进入离心-脉冲电场连续破乳器后,受器壁的约 匀速运动时法向受到的阻力为: 束而产生旋转运动.乳化液在静电力和离心力的 F.=3nudv, (5) 作用下,膜相破裂,内水相微液滴聚结成较大的 式中,F,为液滴运动时法向受到的膜相阻力,N;4 液滴.由于水滴和油相在破乳器中作旋转运动, 为膜相的粘度,Pa·s. 收稿日期:2004-10-19修回日期:20050309 当旋流稳定时,有F=F,由此求得: 基金项目:江西省主要学科学术和技术带头人培养对象资助项目 v=Apv (6) 作者简介:王文才(1966一,副教授,博士研究生 18ua
第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 几 晚 ’ 液膜乳化液的离心一脉冲电场连续破乳 王 文 才 ’, 蔡 嗣 经 ” 黄 万 抚 ” 北 京科技大学土 木 与 环 境工 程 学 院 , 北 京 内蒙 古科技大学 , 包头 江 西 理 工 大学 , 赣州 摘 要 在 分 析 离心一 脉 冲 电场 连 续破乳 原 理 的基 础 上 , 设 计 和 制 作 了竖 式 圆柱 绝 缘 电极 实 验 室 用 的离心一 脉 冲 电场连续破 乳器 在 士压煤油 和 议珍煤油一 众 乳化 液膜 体 系 处 理 含 废 水 的 实验 中 , 研究 了离心一 脉冲 电场 连 续破 乳 时 的各种影 响 因 素 结 果表 明 , 离心一 脉 冲 电场 能有 效地 对 上述 乳化 液膜 体系进行 连续破 乳 , 且 其破 乳效果 比 单 一 脉 冲 电场 连 续破 乳效果 要 好 关键词 乳化 液 离心 脉冲 连续破乳 分 类号 连 续 化 破 乳 是 乳 化 液 膜 工 业 化 的 前 提 目 前 , 有 关 乳 化 液 的破 乳 方 法 研 究 较 多 , 然 而 连 续 化 破 乳 的研究 还 是相 当有 限 在破 乳 方 法 中 , 研 究和 使用 较 多 的是 静 电破 乳法 静 电破 乳 法 有裸 电极法 川 、 绝 缘 电极 交 流 电法 、 脉 冲 电场 法 、 离 心一 脉 冲 电场 法 『 和 电磁 场 破 乳 法 “,等 等 〔 研 究 了在 不 同场 强 、 频 率和 脉 冲 条件 下 乳 化 液膜 的稳 定 性 一 等 陌,对 在 均 匀 电场 中乳 化 液 滴 的稳 定 变 形 和 破 乳 进 行 了实验 研 究 陆 岗等 「刀 设 计 了竖 式 平 板 绝 缘 电极静 电连 续 破 乳 器 , 并进 行 了乳 化 液 膜 连 续 电破 乳 研 究 , 认 为绝缘 材 料 、 电极 形 式 及 加 料 方 式对 静 电连 续 破 乳 器 的设 计 至 关 重 要 水 滴 密度 大 于 油相 密度 , 水 滴 借助 这 一运 动产 生 的惯 性 离心 力 向器 壁 运 动 同时油相 变 更运 动 方 向 , 产 生 向心 的径 向运 动 , 水相 和 油 相 在 径 向得 以分 离 在 重 力作用 下 , 油水轴 向分层 , 水 相 沉 降 到破 乳 器 底 部 排 出 , 油 相 从 破 乳器 的上 部 流 出 其 液滴 的分 离速度 为 了讨十讨十讨 式 中 , 为 液 滴 的 分 离 速 度 , 为 液 滴 的 切 向 速 度 , 铸 为 液 滴 的径 向速 度 , 为 液 滴 的轴 向速 度 , 其 单位 均 为 · 一 , · 根 据 伯 努 里 方 程 , 有。 一 卒 , 即 ‘ 、 一 浮 孔习一 ‘ 从一,卜 口。一孟卜﹄一‘峨六 一 乳 化 液破 乳原 理 分 析 乳 化 液 的 电破 乳 过 程 , 就 是 乳化 液滴 内的 电 解 质 溶 液 在 电场 中极 化 , 产 生 电聚 结 力 , 在 和 重 力 的作用 下 , 克服 乳 化 液滴 之 间 的排 斥 力和 界 面 张 力 的作 用 , 使 乳 化 液 滴 产 生 变 形 、 碰 撞 、 絮凝 、 聚 结和 凝 并 , 进 而 油水 分 离 , 实现 乳 化 液 的 破 乳 【】 具 有 一 定 压 强 的 乳 化 液 从 乳 液 入 口 切 向 进 入 离 心一 脉 冲 电场 连 续 破 乳 器 后 , 受 器 壁 的约 束 而产 生旋转 运 动 乳化 液 在 静 电力和 离心 力 的 作 用 下 , 膜 相 破 裂 , 内水 相 微 液 滴 聚 结 成 较 大 的 液 滴 由 于 水 滴 和 油 相 在 破 乳 器 中作 旋 转运 动 , 收稿 日期 仁 修 回 日期 刁刁 基 金项 目 江 西 省主 要学 科学术和 技术带 头人培 养对 象 资助 项 目 作 者简 介 王 文 才一 , 副 教授 , 博士研 究 生 式 中 ,为待 破 乳 化 液 在 切 向入 口 处 的压 强 , , 为乳化 液密度 , 掩 · 一 , 乳化 液 滴 作 匀速 圆周运 动 时 , 有 几、、 、了、 式 中 ,, 为液 滴 的法 向加 速 度 , · 一 ‘ 为液 滴 的 离 心 力 , 为液 滴直径 , 为液 滴 所 在 圆周 的 半径 , 如为 内水 相 与膜 相 的密度 差 , · 一 , 依 据 定 律 , 直 径 为的球 形 液 滴 在 膜 相 中作 匀 速 运 动 时法 向受 到 的 阻 力 为 凡 犁卜 式 中 , 凡 为 液滴 运 动 时法 向受 到 的膜 相 阻 力 , 沼 为膜 相 的粘 度 , 当旋 流 稳 定 时 , 有 凡 , 由此 求 得 二 述坐业 即 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2005.05.034
Vol.27 No.5 王文才等:液膜乳化液的离心一脉冲电场连续破乳 ·525· 在稀薄的乳化液中,依据Stokes定律可知, 正电极 内水相液滴在重力作用下在膜相中轴向最终作 破乳后乳液出口 匀速沉降运动,其轴向速度为: 特破乳化液入口 负电极 dP△pg 18μ (7) 式中,g为重力加速度,ms2. 饱和的KCI溶液 当,0时,此即脉冲电场破乳法,由式(1)和 (6)可知一.可见在脉冲电场破乳中,乳化液滴 在电场作用下完全被极化,形成链而后絮凝、聚 结和凝并,形成大液滴,膜相破裂,并在重力场作 内相浓缩铜废液出口 用下向破乳器底部分离. 当>0时,即离心-脉冲电场破乳法,此时乳 图1离心一脉冲电场连续破乳器示意图 化液滴的分离速度v有v,y,和y三个分量.其中y, Fig.1 Diagram of the centrifugal pulse electric field continuous demulsifier 加速了乳化液滴在电场作用下发生的絮凝、聚结 和凝并,并将形成的大液滴向破乳器的器壁分 3实验 离,使水相和油相在径向得以分离:而将形成 的大液滴向破乳器底部分离,使水相和油相在轴 3.1实验仪器、化学试剂与分析方法 向得以分离.这就加快了乳化液的破乳速度. 实验仪器为自制的离心-脉冲电场连续破乳 器、0~250V低压可调电源、7kV脉冲高压电源、 2连续破乳器的设计与制作 100g挂槽浮选机制乳器、721型分光光度计和数 字pH计.化学试剂有分析纯硫酸铜、化学纯浓硫 21绝缘材料与方式 酸、Lix984N,M6401,L113A及L113B,液体石蜡和 根据经验,应选介电常数在3-6C2N-m2 磺化煤油.采用二乙基二疏代氨基甲酸钠比色法 之间的绝缘材料较合适.考虑到绝缘材料的耐老 对Cu2进行分析. 化、耐腐蚀、耐油以及抗潮等性能,有机玻璃是一 3.2实验条件 种较为理想的绝缘材料. (1)间歇式破乳.该操作方式用于破乳电压和 选用固液电极对的容器绝缘方法,中心为竖 破乳时间对破乳率影响的实验中,实验条件如 式圆柱形电极,与之相对应的为一圆筒形电极, 下:①膜相组成:膜溶剂为磺化煤油:表面活性剂 即电极对呈同轴放射状.这样整个待破乳的乳化 是L113B,体积分数5%;流动载体为M6401,体积 液都处于电极对之间,具有更高的破乳效率,避 分数4%:膜增强剂为液体石蜡,体积分数1%:内 免了裸电极和表面绝缘电极的缺点,裸电极破乳 相试剂是HSO,浓度1.5moL:油内比R= 效率高,但乳化液升温快,易产生火花,有机相易 2:1.②操作条件:提取转速为300rmin';外水 变质:表面绝缘电极避免了裸电极的缺点,但由 相pH-5:提取时间是15min:制乳转速为3500 于绝缘部分的高电压降使破乳效率下降例. rmin';制乳时间是15min;乳水比y=l:10.③ 22离心-脉冲电场连续破乳器 破乳条件:在0~250V电压下破乳,电场频率50 离心-脉冲电场连续破乳器选用30mm×0.5 Hz;极间距离是7mm. mm的有机玻璃管制成,采用中17mm的铜柱体作 (2)连续式破乳.该连续操作方式用于电场频 为内电极(正极),负极用饱和的KC1溶液代替,极 率和表面活性剂体积分数对脉冲电场连续破乳 间距离是7mm,如图1. 率和离心一脉冲电场连续破乳率影响的实验中, H=60m(RR3) (8) 实验条件如下:①膜相组成:膜溶剂为磺化煤油: 式中,H为破乳器高度,m:,为待破乳化液的流 表面活性剂为L113A,L113A:煤油=0.03(体积 量,mh:R为破乳器内半径,m:R为破乳器 比):流动载体是Lix984N,Lix984N:煤油=0.03 内电极半径,m;,为破乳时间,min.选取,= (体积比):内相试剂为H,SO4,浓度1.87moL:油 0.000625m-3.h,。=10min,由式(8)得H=0.22m, 内比R。=1:1.②操作条件:制乳转速为3000 确定H为0.25m. rmin,制乳时间是20min,外水相pH=5,乳水比
匕】 王 文 才等 液膜乳 化 液 的离心一 脉 冲 电场 连 续破乳 在 稀 薄 的乳 化 液 中 , 依 据 定律 可 知 , 内水相 液 滴 在 重 力 作 用 下 在 膜相 中轴 向最 终 作 匀速 沉 降运 动 , 其 轴 向速 度 为 正 电极 破乳后乳液 出口 待破乳化液入 口 负电极 从 式 中 , 为重 力 加 速 度 二 了匀啥 即 , · 一 饱和 的 溶液 当护时 , 此 即脉 冲 电场 破 乳 法 , 由式 和 可 知认 可 见 在 脉 冲 电场 破 乳 中 , 乳 化 液 滴 在 电场 作用 下 完 全 被 极 化 , 形 成 链 而 后 絮 凝 、 聚 结和 凝 并 , 形 成 大 液滴 , 膜 相 破 裂 , 并在 重 力场 作 用 下 向破 乳 器 底 部 分 离 当时 , 即离心一 脉 冲 电场 破 乳 法 , 此 时 乳 化 液 滴 的分 离速 度 有 认 , 和认 三 个 分 量 其 中 加速 了乳化 液滴在 电场 作用 下 发 生 的絮凝 、 聚 结 和 凝 并 , 并 将 形 成 的大 液 滴 向破 乳 器 的器 壁 分 离 , 使 水 相 和 油 相 在径 向得 以分 离 而 从 将 形 成 的大液滴 向破 乳 器底 部 分 离 , 使 水 相 和 油相 在 轴 向得 以分 离 这 就 加 快 了乳 化 液 的破 乳速 度 内相浓缩铜废液出 口 图 离心一 脉 冲 电场 连 续破乳器 示意 图 。健加 肠访 连 续 破 乳 器 的设 计 与 制 作 绝 缘 材 料 与方 式 根 据 经 验 〔, 应 选 介 电常 数 在 一 , · 一 ’ · 一 , 之 间 的绝 缘 材料较合适 考虑 到 绝 缘材料 的耐老 化 、 耐腐蚀 、 耐 油 以及 抗潮 等性 能 , 有 机 玻璃 是 一 种较 为理 想 的绝 缘 材 料 选 用 固液 电极对 的容 器 绝 缘 方 法 , 中心 为 竖 式 圆柱 形 电极 , 与 之 相 对 应 的 为 一 圆筒 形 电极 , 即 电极对 呈 同轴 放 射 状 这 样 整 个 待破 乳 的乳化 液 都处 于 电极 对 之 间 , 具 有 更 高 的破 乳 效 率 , 避 免 了裸 电极 和 表 面绝 缘 电极 的缺 点 裸 电极 破 乳 效率 高 , 但 乳 化 液升温 快 , 易产 生 火花 , 有 机相 易 变 质 表 面 绝 缘 电极 避 免 了裸 电极 的缺 点 , 但 由 于 绝 缘 部 分 的高 电压 降使破 乳 效 率 下 降 〔 离 心一脉 冲 电场 连续 破 乳 器 离心一 脉 冲 电场 连 续 破 乳 器 选 用 中 的有 机 玻璃 管制 成 , 采用 中 的铜 柱 体 作 为 内 电极 正 极 , 负 极用 饱 和 的 溶 液代 替 , 极 间距 离 是 , 如 图 一 赫编 式 中 , 为破 乳 器 高度 , 砚为 待 破 乳 化 液 的流 量 , , · 一 , 为 破 乳 器 内半 径 , 为 破 乳 器 内电 极 半 径 , 称为 破 乳 时 间 , 选 取 一, · 一 ,, 介 , 由式 得 , 确 定为 实验 实验 仪 器 、 化 学 试 剂 与分 析 方 法 实验 仪 器 为 自制 的离 心一脉 冲 电场 连 续破 乳 器 、 一 低 压 可 调 电源 、 脉 冲 高压 电源 、 挂 槽 浮 选 机 制 乳 器 、 型 分 光 光度 计 和 数 字 计 化 学试 剂 有 分 析 纯硫 酸铜 、 化 学 纯浓 硫 酸 、 , , 及 , 液 体 石 蜡 和 磺 化煤 油 采 用 二 乙 基 二 硫 代 氨 基 甲酸钠 比色 法 对 进 行 分析 实验 条件 间歇式破 乳 该操 作 方 式 用 于破 乳 电压 和 破 乳 时 间对 破 乳 率 影 响 的 实验 中 , 实验 条件 如 下 ①膜 相 组成 膜 溶 剂 为磺 化 煤 油 表 面 活性 剂 是 , 体 积 分 数 流 动 载 体 为 , 体 积 分 数 膜 增 强 剂 为液体 石 蜡 , 体 积 分数 内 相 试 剂 是 从以 , 浓 度 · 一 , 油 内 比 ② 操 作 条 件 提 取 转 速 为 · 一 , 外 水 相 提 取 时 间是 制 乳 转速 为 · 一 , 制 乳 时 间是 巧 乳 水 比卜 ③ 破 乳 条件 在 砚 电压 下 破 乳 , 电场 频 率 极 间距 离 是 连 续 式破 乳 该连 续操 作 方 式 用 于 电场 频 率 和 表 面 活 性 剂 体 积 分 数 对 脉 冲 电场 连 续 破 乳 率 和 离 心一 脉 冲 电场 连 续 破 乳 率 影 响 的实 验 中 , 实验 条件 如 下 ①膜 相 组成 膜 溶 剂 为磺 化 煤 油 表 面 活 性 剂 为 , 煤 油 体 积 比 流 动 载 体 是 , 煤 油 体 积 比 内相 试 剂 为 , 浓 度 比 油 内 比行 ② 操 作 条 件 制 乳 转 速 为 · 一 ’, 制 乳 时 间是 , 外 水 相 , 乳 水 比
·526 北京科技大学学报 2005年第5期 yw=1:8,提取时间为10min,提取转速是300 有关文献[8]认为,当电场强度大于4.8kVcm rmin.③破乳条件:7kV脉冲高压静电条件下 时,会产生电散作用,即较大的水滴会在电场中 破乳,极间距离是7mm,待破乳液流量',=0.0012 分散为较小的水滴,影响水滴聚结沉降,降低乳 m3h,破乳时间,为6min. 液破乳速率.图2是间歇式操作的实验结果中, 33实验步骤 可见L113B体积分数越大破乳率就越小,尤其当 ①用硫酸铜配制模拟含铜废水,间歇式操作 L113B体积分数达到6%时,250V的低压静电无 方式的Cu2质量浓度为120mgL',连续式的为 法进行正常破乳.这正说明了液膜体系不同,其 100mg·L:②将一定量的膜溶剂、表面活性剂和 破乳的临界电压也不同.但当L113B体积分数在 膜内相解析剂顺序加入制乳器中制取乳液:③将 4%以下时,250V的低压静电破乳率在较短时间 模拟含铜废水加入提取设备中并滴加一定量的 内(1min)达到87.84%以上.再者低压静电破乳对 乳液进行Cu的提取:④提取后静置分层,上层 膜相破坏较小,因而在一定条件下可以考虑采用 乳液以间歇方式或连续方式送入离心-脉冲电场 低压静电破乳法进行破乳 连续破乳器进行破乳:⑤连续式破乳时,通过调 42破乳时间的对破乳率的影响 节乳液入口尺寸来改变入口处乳化液滴运动的 100F 切向速度,从而产生离心一脉冲电场连续破乳或 脉冲电场连续破乳效果:⑥破乳完成后,量取破 一◆一2%日-4% 乳后内水相体积人与油相体积二,按=心+ 60 -5%46% V。 40 计算破乳率e 4实验结果与讨论 0 2 3456 78 41破乳电压对破乳率的影响 破乳时间min 陶2L113B体积分数对破乳率的影响 采用间歇操作方式,在0~250V范围内调节 Fig.2 Effect of the volume fraction of L113B volume rate on de 破乳电压,每50V进行一次测量,破乳时间取5 mulsification rate min.实验结果为:当破乳电压为50,100,150,200 采用间歇操作方式保持破乳电压在250V, 和250V时,其破乳率分别为0.19%,2.78%, 破乳率随破乳时间变化的实验结果是:当破乳时 7.85%,45.76%和92.84%.可见只要破乳电压增加 间为1,2,4,6和8min时,破乳率分别为45.86%, 破乳率就提高,当破乳电压达到250V时,静电破 82.89%,90.72%,91.13%和92.58%.可见破乳率随 乳才有较好的破乳效果.因此,可以认为250V是 破乳时间增加而一直在增加,破乳进行4min后, 该液膜乳化液破乳的临界电压,在电破乳中,乳 破乳率已达到90%以上,此时破乳率随破乳时间 化液滴内的电解质溶液在电场中极化,产生的电 增加已微乎其徽.由式(9)可知,对于一定的电场 聚结力F。为周: 强度E,将只能对大于某一粒径的乳化液滴进行 F.egeg (9) 破乳.由于液滴破裂是在瞬间完成的,故电破乳 式中,e为油的介电常数,C2.N-m2:E为电场强 速率主要由絮凝过程的速率及液滴的沉降速度 度,NC;R为液滴半径,m:h为两个液滴间的中 所控制.当絮凝和沉降过程完成后,再延长破乳 心距离,h=2R+h,其中h为两个液滴表面的最短 时间,乳化液的破乳率也不会有实质性增加, 距离,m. 43表面活性剂体积分数对破乳率的影响 对于特定的液膜乳化液,液滴所受的电聚结 表面活性剂体积分数提高,乳化液的粘度就 力F。必须大于其液膜破裂所需的临界电聚结力 增大,其液滴絮凝速度将减小,所以破乳率要降 F时,乳化液滴才能破乳.从式(9)可以看出,F与 低,图2的间歇式操作实验结果和表1的连续式 E成正比,因此也必然存在一个破乳的临界电场 操作实验结果均证明了这一点.从表1还可以看 强度E,所以对于特定的电场也一定存在一个破 出,当L113A体积分数达到4%后,破乳率明显降 乳的临界电压,且不同的液膜乳化液,其临界电 低.因此,在满足乳化液膜提取稳定性要求时,应 压不同,此外,电场强度并不能无限地增加,根据 尽量降低表面活性剂体积分数,以利于破乳·
一 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 夕洲 , 提 取 时 间 为 , 提 取 转速 是 · 一 ’ ③破 乳 条件 脉 冲 高压 静 电条 件 下 破 乳 , 极 间距 离 是 们。, 待破 乳 液 流 量 , · 一 ’, 破 乳 时 间介为 实验 步骤 ① 用硫 酸 铜 配 制 模拟 含 铜 废 水 , 间歇 式操 作 方 式 的 才 质 量 浓度 为 · 一 ,, 连 续 式 的为 · 一 ,② 将 一 定量 的膜 溶 剂 、 表 面 活 性 剂和 膜 内相解 析 剂顺 序 加 入 制乳 器 中制 取 乳 液 ③将 模 拟 含 铜 废 水 加 入 提 取 设 备 中并 滴 加 一 定 量 的 乳液进 行 扩 十 的提 取 ④ 提 取 后 静 置 分层 , 上 层 乳 液 以间歇方 式或 连 续方 式送 入 离心一脉 冲 电场 连 续破 乳器 进 行 破 乳 ⑤ 连 续 式破 乳 时 , 通 过 调 节 乳 液 入 口 尺 寸 来 改 变 入 口 处 乳 化 液 滴 运 动 的 切 向速 度 , 从 而 产 生 离 心一 脉 冲 电场 连 续破 乳 或 脉 冲 电场 连 续 破 乳 效 果 ⑥破 乳 完成 后 , 量 取 破 有 关文 献 【 认 为 , 当 电场 强度 大 于 一 , 时 , 会产 生 电散 作用 , 即较 大 的水 滴会 在 电场 中 分 散 为较 小 的水 滴 , 影 响水 滴 聚 结沉 降 , 降低 乳 液 破 乳 速 率 图 是 间歇 式 操 作 的实验 结 果 中 , 可 见 体积 分 数越大 破 乳 率就 越 小 , 尤其 当 体 积 分 数 达 到 时 , 的低 压 静 电无 法进 行 正 常破 乳 这 正 说 明 了液膜 体 系不 同 , 其 破 乳 的 临界 电压 也 不 同 但 当 体积 分 数 在 以下 时 , 的低 压 静 电破 乳 率 在 较短 时 间 内达 到 以上 再 者低 压 静 电破 乳对 膜 相 破坏 较 小 , 因而 在 一 定 条件 下 可 以考 虑采 用 低 压 静 电破 乳法 进 行破 乳 破 乳 时 间的对破 乳率的影 响 卜 ︺愁 僻解彬 乳 后 内水 相 体 积 与 油 相 体 积 , 按 计 算 破 乳 率 称 川卜一 ,查 书斗一 ,夺一 实验 结果 与讨 论 破 乳 电压 对 破 乳率 的影 响 采 用 间歇操 作 方 式 , 在 范 围 内调 节 破 乳 电压 , 每 进 行 一 次测 量 , 破 乳 时 间取 实验 结 果 为 当破 乳 电压 为 , , , 和 时 , 其 破 乳 率 分 别 为 , , , 和 可 见 只 要 破 乳 电压 增 加 破 乳率就 提 高 , 当破 乳 电压 达 到 时 , 静 电破 乳 才 有较好 的破 乳 效果 因此 , 可 以认 为 是 该 液膜 乳 化液破 乳 的临界 电压 在 电破 乳 中 , 乳 化 液滴 内的 电解 质 溶液在 电场 中极 化 , 产 生 的 电 聚 结 力 为 〔 一 £诀 , , 丫 尺 二岑子二 £议 令 、 言 ““ “ 。 式 中 , 为 油 的 介 电 常 数 , , · 一 , · 一 为 电场 强 度 , · 一 ,为液 滴 半径 , 。为 两 个 液 滴 间 的 中 心 距离 , 。二 十 , 其 中为两 个 液 滴 表 面 的最 短 距 离 , 对 于特 定 的液膜 乳 化 液 , 液滴所 受 的 电聚 结 力尺 必 须 大 于 其 液 膜 破 裂 所 需 的 临 界 电聚 结 力 兀时 , 乳化液 滴才 能破 乳 从 式可 以看 出 , 与 尸 成 正 比 , 因此 也 必 然 存 在 一 个破 乳 的临 界 电场 强度 , 所 以对 于 特 定 的 电场 也 一 定存 在 一 个 破 乳 的临 界 电压 , 且 不 同 的液膜 乳 化 液 , 其 临 界 电 压 不 同 此 外 , 电场 强度 并 不 能无 限地 增加 , 根 据 ‘ , · · 破乳 时 间 图 体积 分数对破 乳率的影 响 月免 咖 肠沈比幼。 采 用 间歇 操 作 方 式 保 持 破 乳 电压 在 , 破 乳 率 随 破 乳 时 间变 化 的实验 结果 是 当破 乳 时 间 为 , , , 和 时 , 破 乳 率 分 别 为 , , , 和 可 见 破 乳 率 随 破 乳 时 间增加 而 一 直 在 增 加 , 破 乳 进 行 后 , 破 乳 率 已达 到 以上 , 此 时破 乳 率 随破 乳 时 间 增 加 已微 乎 其 微 由式 可 知 , 对 于 一 定 的 电场 强度 , 将 只 能对 大 于某 一 粒 径 的 乳 化 液 滴进 行 破 乳 由于 液 滴破 裂 是 在 瞬 间完成 的 , 故 电破 乳 速 率 主 要 由絮 凝 过程 的速 率 及 液 滴 的沉 降速 度 所 控 制 当絮 凝 和 沉 降过 程 完 成 后 , 再 延 长 破 乳 时 间 , 乳 化 液 的破 乳 率 也 不 会 有 实 质 性 增 加 表 面 活性剂体 积 分 数 对 破 乳率 的影 响 表 面 活 性 剂 体积 分数 提高 , 乳 化 液 的粘度 就 增 大 , 其 液 滴 絮 凝速 度 将减 小 , 所 以破 乳 率要 降 低 , 图 的 间歇 式操 作 实验 结 果 和 表 的连 续 式 操 作 实验 结 果 均证 明 了这 一 点 从 表 还 可 以看 出 , 当 体 积 分 数 达 到 后 , 破 乳 率 明显 降 低 因此 , 在满足 乳化 液膜 提取稳 定性 要 求 时 , 应 尽 量 降低 表 面 活 性 剂 体 积 分 数 , 以利 于 破 乳
Vol.27 No.5 王文才等:液膜乳化液的离心一脉冲电场连续破乳 ·527· 表1L113A体积分数对破乳率的影响 结论 Table I Effect of the volume fraction of L113A on demulsification rate 脉冲电场破乳中,存在一个临界破乳电压, L113A 破乳率E% 且液膜体系不同,临界破乳电压也不同,破乳初 体积分数%脉冲电场连续破乳离心-脉冲电场连续破乳 期,破乳率随破乳时间增加而增大,但过一段时 2 92.10 94.21 3 90.62 93.01 间后,再延长破乳时间,破乳率也不会有实质性 4 85.67 87.65 增加,表面活性剂含量对脉冲电场破乳率影响明 5 84.15 85.86 显,因此在满足乳化液膜提取稳定性要求时应尽 44电场频率对破乳率的影响 量降低其体积分数.电场频率的增加有助于脉冲 从电学可知,改变电场频率会改变电极间绝 电场破乳率的提高,离心一脉冲电场连续破乳效 缘层以及乳化液层的电阻,频率增大,绝缘层以 果比单一脉冲电场连续破乳效果要好.该离心一 及乳化液层的电阻都将变小,使通过电极间的电 脉冲电场连续破乳器结构简单,破乳率较高,可 以实现连续化破乳, 流增大,即乳化液内相液滴从电场获得的能量增 加,有利于内相液滴的絮凝和聚结,从而使破乳 参考文献 速度加快,破乳率提高.表2是采用连续式操作 [1]严忠,李思芽.液膜的电破乳·膜科学与技术,1992,12(4):5 时的实验结果,结果证实了这一点, 2]谢琦,严忠.脉冲电场电破乳条件的研究.膜科学与技术, 1993,13(1):51 表2电场频率对破乳率的影响 Table 2 Effect of electric field frequency on demulsificatiou rate [3]李思芽,莫日根,离心-脉冲电压对液膜破乳的研究膜科 学与技术,1994,14(3):11 电场颊 破乳率£% [4]李可彬.乳状液电磁场破乳法的研究,膜科学与技术, 率2欧冲电场连续破乳离心-脉冲电场连续破乳 1996,16(4):50 25 81.25 85.63 [5]Figueroa CE,Wagner JP.Liquid membrane approach for remo- 50 90.31 92.15 val of metallic species from resinous extracts under imposed 75 88.08 91.84 electrical fields.Bioresource Technol,1997,60(2):153 [6]Ha J W,Yang S M.Breakup of a multiple emulsion drop in a uni- 4.5离心-脉冲电场的连续破乳效果 form electric field.J Colloid Interface Sci,1999,213(1):92 由表1和2可以看出,离心一脉冲电场连续破 [)陆别,李盘生,液膜乳状液连续电破乳研究.化学工程 1994,22(4):20 乳的破乳率明显高于单一脉冲电场连续破乳的 [8]陆刚,蒋楚生,路琼华,等.液膜乳状液电破乳的研究膜 破乳率,这说明乳化液在旋流产生的离心力和电 科学与技术,1993,13(2):40 场力的共同作用下,加速了乳化液滴的破乳过 [9]黄万抚.乳状液膜静电破乳器破乳机理研究,化学工程, 程,从而提高了破乳率 2003,31(3):58 Continuous demulsification of liquid emulsion membrane by a centrifugal pulse electric field WANG Wencai,CAl Sijing",HUANG Wanfu 1)Civil and Environmental Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)University of Science and Technology Inner Mongolia,Baotou 014010,China 3)Jiangxi University of Science and Technology,Ganzhou 341000,China ABSTRACT Based on analyzing the principle of continuous demulsification of liquid emulsion membrane by a centrifugal pulse electric field,a set of centrifugal pulse electric field continuous demulsifier was designed and fab- ricated with vertical cylinder insulated electrodes,which was used in laboratory.The effects of various factors on continuous demulsification were studied in extracting Cu"experiment by the liquid emulsion membrane composed of M6401-L113B-kerosene-HSO,or Lix984N-L113A-kerosene-HSO,from waste water.It is shown that the con- tinuous demulsification by the centrifugal pulse electric field was successful.And the continuous demulsifying ef- fectiveness of a centrifugal pulse electric field is better than that of a pulse electric field. KEY WORDS emulsion;centrifugal;pulse;continuous;demulsification
】 王 文 才等 液膜 乳化液 的离 心一脉 冲 电场 连 续 破乳 表 体积分 数对 破 乳率 的 影 响 、 七 血 口访。 皿加 体 积 分数 破 乳 率£ 脉冲 电场连续破 乳 离心一脉冲 电场连续破乳 石 石 名 电场 频 率对 破 乳 率 的影 响 从 电学 可 知 , 改变 电场 频率 会 改变 电极 间绝 缘 层 以及 乳化 液层 的 电阻 , 频 率 增 大 , 绝 缘 层 以 及 乳化 液层 的 电阻都将 变 小 , 使通 过 电极 间 的 电 流 增 大 , 即乳化 液 内相 液 滴 从 电场 获得 的能量 增 加 , 有利 于 内相 液 滴 的絮 凝和 聚 结 , 从 而使 破 乳 速 度 加 快 , 破 乳 率提 高 表 是采用 连 续 式 操 作 时 的实验 结果 , 结 果 证 实 了这 一 点 表 电场 频率对破 乳 率的 影 响 月交亡杭 右伙 析咖 电场频 破 乳率‘ 率用 脉冲 电场连 续破乳 离心一 脉冲 电场连 续破乳 离 心一 脉 冲 电场 的连 续破 乳 效 果 由表 和 可 以看 出 , 离心一脉 冲 电场 连 续 破 乳 的破 乳 率 明显 高 于 单 一 脉 冲 电场 连 续 破 乳 的 破 乳 率 这 说 明乳 化 液 在旋流 产 生 的离 心 力 和 电 场 力 的共 同作 用 下 , 加 速 了乳 化 液 滴 的破 乳 过 程 , 从 而 提 高 了破 乳 率 结 论 脉 冲 电场 破 乳 中 , 存 在 一 个 临 界破 乳 电压 , 且 液膜 体 系 不 同 , 临 界破 乳 电压 也 不 同 破 乳初 期 , 破 乳 率 随破 乳 时 间 增 加 而 增 大 , 但 过 一 段 时 间后 , 再 延 长 破 乳 时 间 , 破 乳 率也 不 会 有 实质 性 增 加 表 面 活性 剂含 量 对 脉冲 电场破 乳 率影 响 明 显 , 因 此在 满 足 乳化 液膜提取 稳 定性 要 求 时应 尽 量 降低 其体积 分 数 电场 频 率 的增加 有 助 于脉冲 电场 破 乳 率 的提 高 离心一 脉 冲 电场 连 续 破 乳 效 果 比单 一 脉 冲 电场 连 续破 乳 效 果 要 好 该 离 心一 脉 冲 电场 连 续破 乳 器 结 构 简 单 , 破 乳 率 较 高 , 可 以实现 连 续 化破 乳 参 考 文 献 【 严 忠 , 李思 芽 液膜 的 电破 乳 膜科 学与技 术 , , 夕 谢琦 , 严忠 脉冲 电场 电破乳条件 的研究 膜科学与技术 , , 李 思 芽 , 莫 日根 离心一 脉 冲 电压 对 液膜 破乳 的研 究 膜科 学 与技 术 , , 一 【 李 可 彬 乳 状 液 电磁 场 破 乳 法 的研 究 膜 科 学 与 技 术 , , 瓜厄即 甲团 化 加 化 理代 , , , 丫傲 】 如 画 化刀 , , 陆刚 , 李盘生 液膜乳 状液连续 电破乳 研 究 化 学工程 , ,刀 陆刚 , 蒋 楚生 , 路琼 华 , 等 液膜 乳状 液 电破 乳 的研 究 膜 科 学 与技 术 , , 黄万 抚 乳状液膜 静 电破乳器 破乳机理研 究 化学工 程 , , ︸、︸﹃ 一哎 砰月刃口 环毛月尸孔 乙月了匆朔茗 气万乙月刀吞 肠砂 幻刀匡 , , 哪 , 即 , , , 挽 , , , 化 , 明 一 一 认 议 一玩仪