液液聚结分离器原理及石油化工中的应用

对非均相液-液两相的聚结分离机理,以纤维类介质为例,将聚结过程分为液滴捕集、液滴聚结和液滴沉降,同时也对影响聚结分离的因素进行了阐述.在此基础之上,介绍了目前在石油化工行业中应用比较广泛的高效的液-液两相分离设备:单级聚结器和二级聚结分离器,重点论述滤芯式聚结分离设备.为在石油化工领域中液-液分离提供指导和借鉴作用,为实现经济、有效的分离操作提供理论和实践支持.最后指出液-液两相聚结分离技术及设备的发展方向.     

液-液两相高效分离技术及应用

在对非均相液-液两相的分离的重要性进行阐述基础之上,分析了影响液-液两相分离的因素,主要包括液-液两相的物性、聚结材料的选择等方面。此外详细地介绍了目前普遍使用的液-液两相高效的分离措施及设备,重点介绍了目前普遍使用的三种高效的设备：单级聚结器、两级聚结分离器以及三级过滤-聚结-分离器。为实际应用中非均相液-液两相实现最经济、有效的分离提供指导作用。     

液液体系界面上的液滴聚结特性

<正>众所周知,分散相液滴的大小影响液液萃取设备的处理能力和传质效率.Garg和Pratt对脉冲筛板柱的研究及Hamilton和Pratt对填料柱的研究均表明,液滴大小受液滴聚结和破碎速率控制.聚结速率对混合澄清槽的澄清室设计极为重要,并已成为许多科学工作者的研究课题.如Jeffreys等对连续澄清器性能的宏观研究及水平界面上单液滴聚结特性的研究等.单液滴研究有助于判别聚结时作用在液滴上的一些重要的作用力.一般说,聚结过程包括以下步骤:     

新型液-液分离设备——斜板沉降器

介绍了斜板沉降器的结构和操作特性，并对液滴在斜板层膜上的聚结过程以及影响液滴聚结的因素进行了分析；提出了液滴在斜板上有效聚结作为斜板沉降器的设计依据，最后对斜板沉降器的进一步研究重点提出了建议。     

高效复合聚结板式油水分离器数学模型

通过对油水分离过程中油滴在聚结板间浮升和在聚结板表面聚结的过程机理的研究,建立了关于聚结板式油水分离器的油水分离过程数学模型,求得分散相液滴分离所需的时间。该模型充分考虑了油水两相的物性以及两相分层流动对分离过程的影响。     

聚结技术及其乳化油水分离性能

聚结分离是一种利用油、水两相对材料浸润性的不同而实现乳化液滴聚结长大并最终通过重力沉降实现油水分离的物理方法,这种方法结构可控性好、分离效率高、运行成本低,是乳化油水分离领域的研究热点。本文首先对聚结分离方法进行详细阐述,介绍了聚结分离原理和影响因素;总结了近年来国内外学者对聚结材料表面改性和修饰等方面的研究。通过调控聚结材料的表面具有特殊浸润性,可显著提高油水分离效率;系统介绍聚结分离器的分类及其应用。最后阐述了聚结分离技术在石油化工领域的应用。本文对聚结分离技术进行展望,指出可以进一步研究实际液滴聚结过程和分离效果影响因素,应深入研究分离器在乳化油水分离过程中液滴聚结行为、机理、控制机制将是研究的重点。     

撞击流内液滴碰撞后续发展行为

为了探索撞击流内液滴碰撞后续发展行为,设计搭建了由激光点光源和高速数码摄像机构成的高速数码摄像系统及气液两相撞击流实验平台。利用高速数码摄像系统记录下同轴对置气液两相撞击流中液滴碰撞导致的融合聚结或二次雾化过程,通过处理记录下的液滴运动过程图像,分析了进口液滴粒径、速度、黏度以及液滴碰撞角度等对撞击流中液滴碰撞结果的影响规律。结果表明：随着进口液滴粒径和速度的无限增大,液滴碰撞后最终发生炸裂;进口液滴黏度越小、表面张力越大、Ohnesorge数越小,液滴碰撞后越容易破碎;在本实验条件下,液滴同轴同向运动发生碰撞时,液滴碰撞后全部聚结,当液滴以一定角度发生斜碰时,碰撞后发生拉伸断裂,而当液滴同轴相向运动发生碰撞时,液滴碰撞后可能发生反射分离也可能炸裂。     

聚碳酸酯液液分离器的流体力学模拟和中试试验

对聚碳酸酯混合液,通过液液间歇沉降实验得到分散相液滴的Sauter平均粒径为330 μm。采用Mixture多相流模型对聚碳酸酯液液静态分离器进行了模拟和分析。对平行板、波纹板和斜板进行了比较,得出斜板更适合聚碳酸酯液液分离。考察了斜板长、板间距、倾斜角度、入口流量对液液分离效果的影响,得出对于水油相体积比为0.6的物料,最优的聚结板参数为斜板倾角20°、板长0.8 m、板间距40 mm、筒内最大流速5.3×10^-3 m·s^-1。设计了聚碳酸酯液液分离器,进行了中试试验,水油两相出口浓度接近各自的溶解度值,筒内最大流速为3.9×10^-3 m·s^-1,结果表明该分离器起到了很好的液液分离效果,可以取代原有的碟片离心机设备,降低了设备和操作费用。     

新型的纤维-液膜油水分离器

介绍一种新型的纤维 液膜油水分离设备 ,主要由聚结罐和分离罐组成 ,采用改性强亲油性纤维作为聚结罐内件 ,使含油污水中的细小油滴通过强亲油性纤维在较短的时间内合并为大油滴成为可能 ,缩短分离罐沉降时间 ,提高油水分离效率。试验表明 ,新型的纤维 液膜油水分离设备用于处理含油污水是行之有效的 ,用于处理稀油污水比稠油污水效果更好     

重力式油气分离器内聚结元件分离流场的数值模拟

应用标准к-ε模型和多相混合模型,对重力式油气分离器内聚结元件分离流场进行了三维数值模拟,通过改变进入分离器液滴粒径来模拟其在加装了蛇形相向平行板型和田字型聚结板的分离器中的流场,研究粒径对于聚结板聚结性能的影响,研究结果表明:聚结板并非能够聚结沉降所有粒径下的液滴,对于粒径在50μm以下的液滴,蛇形相向平行板型聚结板无法有效使之聚结并沉降下来;对于粒径在75μm以下的液滴,田字型聚结板无法有效使之聚结并沉降下来。对于粒径在175μm以上的液滴,在模拟用边界条件下,上述两种聚结板也无法使之有效聚结沉降。而粒径在75μm至175μm之间的液滴,现有边界条件下,蛇形相向平行板型聚结板和田字型聚结板可以有效的使之聚结并沉降下来。相比而言,蛇形相向平行板型聚结板的聚结性能优于田字板型聚结板,该分析结果为分离器的设计提供了科学的参考依据。     

Hydrodynamics and morphologies of droplets coalescence on fiber

Fiber coalescence is an effective oil–water separation technology. In this article, the micro-coalescence process of droplets on fiber was studied through high-speed camera technology, and the hydrodynamics and morphology evolution in the process of droplet-fiber coalescence were explored and compared with non-fiber system. The results show that the change of the droplet surface morphology is local at the initial stage of the coalescence process. The droplet morphology changes obviously near the neck. The growth rate of the liquid bridge and the propagation speed of capillary wave in droplet-fiber system are higher than those in non-fiber system. At 0.8 ms, the capillary waves' polar angle difference between the two conditions reaches 10.44°. There is an obvious periodicity and damping attenuation mechanism in the oscillation process. In the droplet-fiber system, the oscillation process attenuates faster and the average oscillation period is shorter. The droplet relaxes to a stable state more quickly.     

小液滴在水平液液界面上的聚并

对纯净系统中的小液滴在水平液液界面上聚并时的薄液膜排液过程进行了理论分析，研究两相物理性质、范德华力、界面切向运动对聚并速率的影响，得到了计算聚并时间的公式．理论预测与实验结果符合良好．     

Analysis of droplet expulsion in stagnant single water-in-oil-in-water double emulsion globules

Double emulsions created by phase inversion can be used for fast liquid–liquid separation; therefore, the coalescence behaviors of these types of multiple emulsions need to be predictable for different physical properties and drop size ratios. The aim of this study is to determine the influence of the effective overall drop diameter and the internal droplet size on the coalescence time and the coalescence behavior. Experimental investigations on the physical stability of single stagnant water-in-oil-in-water (W₁/O/W₂) double emulsion globules are performed. For this investigation, a formation device to inject one water droplet into an oil drop inside a water bulk phase is developed. The coalescence process of the sole internal water droplet floating on the O/W₂ interface with the water bulk phase, often termed droplet expulsion or external coalescence, is recorded with a high speed camera. Based on image analysis, the diameters of the effective overall drop D, containing the oil and entrapped water volume, and the internal water droplet d are determined. Additionally, the coalescence time τ, including the time from the first contact of the internal droplet and the drop-bulk interface to the film rupture is measured. A large increase in coalescence time with increasing water droplet diameters is found. For the investigated paraffin oil–water system and initial drop sizes, partial coalescence occurs. In this case, the diameter ratio of daughter-to-mother droplet ψ is determined.     

Coalescence Behavior of Pure and Natural Fat Droplets Characterized via Micromanipulation

For two approaching oil droplets, a region of arrested coalescence lies between full coalescence and total stability. Here the fusion of two droplets begins, but they are stopped from fully relaxing into one spherical droplet. The internal rigidity of the solid fat network within each droplet can provide the resistance necessary to arrest the shape change driven by Laplace pressure. These intermediate doublet structures lead to the partially‐coalesced fat networks important for the desired physical properties of ice cream and whipped topping. The use of micromanipulation techniques allows coalescence events between two oil droplets to be microscopically observed. In this study, oil droplets composed of different fats were manipulated at varying elastic moduli, interfacial tension, and radii. It was seen that increasing the elastic moduli of the droplets or increasing droplet radii resulted in coalescence being arrested earlier. Under these experimental conditions, different interfacial tensions did not change the coalescence behavior between two oil droplets.     

电场作用下双液滴聚合特性

乳状液破乳分离是目前高含水期油田开采过程中难以解决的技术问题，电场破乳方法具有高效清洁等优点，是解决该问题的有效手段。采用数值模拟与试验验证相结合的方法研究电脱水过程中阶跃、斜坡电场诱导下双液滴的聚合与分离特性。结果表明，在斜坡电场作用下，界面张力引起的泵吸作用大于电场力引起的颈缩作用，有利于液滴聚并，且液滴发生二次乳化现象的概率降低。而施加阶跃电场时，一定范围内能够达到液滴破乳的目的，但液滴在聚并过程中易发生二次乳化现象。从电场对连续相影响的角度分析发现，阶跃电场不仅对液滴具有驱动作用，对连续相的影响也较为明显，阶跃电场会增大连续相内湍流作用，不利于电脱水过程。因此，采用斜坡信号诱导液滴聚合能够降低二次乳化现象发生的概率。     

斜板沉降器的设计

简要叙述了流离倾斜斜板的层膜上的单个液滴的基本聚结原理。着重介绍重力沉降器的设计方法，并指出在设计过程中可能出现的错误。     

微通道内纳米颗粒对液滴聚并的影响规律

Pickering 乳液是纳米颗粒稳定的液液两相体系,微流控技术是制备单分散Pickering 乳液的有效方法,而含有纳米颗粒体系在微通道内的液滴聚并规律是该实施方法的关键科学问题之一。以正辛醇为连续相,水为分散相,研究了六边形扩大微通道内液滴碰撞过程,发现了液滴聚并、碰撞不聚并和不相互接触3 种流动状态,研究了流量、颗粒浓度和颗粒亲疏水性对于液滴聚并率的影响规律,分析了颗粒在液膜排空过程中的作用机理。     

超疏水表面液滴合并诱导弹跳现象分析

在紫铜基表面上制备了具有微纳结构的十八烷基硫醇自组装超疏水表面,采用高速摄像和显微技术研究了水平表面上液滴合并运动特性。实验结果表明,超疏水表面上液滴合并过程中释放出的表面能可以克服表面黏附作用诱发液滴弹跳现象,液滴越小,弹跳高度越大。考虑液滴表面黏附功、液滴运动引起的黏性耗散能等,根据能量守恒原理进行了理论分析。理论分析结果表明,液滴合并诱导弹跳现象存在最小液滴半径约为39.9 μm;随着液滴半径的增大,液滴弹跳高度增大,液滴半径为83.7 μm时达到弹跳最大高度点,随着液滴半径继续增大,液滴弹跳高度减小,直至最大半径约3.9 mm时,无液滴弹跳现象发生而是在合并位置发生脉动。