高压脉冲电场中乳化油最佳破乳电场参数

合理的电场参数是确保高压脉冲电场实现乳化油液高效破乳脱水的重要前提,目前关于电场参数的理论研究鲜有报道。通过建立乳化油液滴在高压脉冲电场中的振动动力学模型,研究液滴振动幅频特性,得到液滴共振频率及共振振幅。在此基础上,根据乳化油系统物性参数,结合液滴最大稳态拉伸变形条件,利用作图法可计算出乳化油最佳破乳电场频率与电场强度的值。实验结果表明,计算得到的最佳破乳电场参数能够实现乳化液滴高效结聚。因此,利用非线性振动动力学确定的乳化油最佳破乳电场参数是合理可靠的。     

基于相场法模拟液滴在电场作用下的聚结特性

随着三元复合驱试验区的逐步扩大,联合站电脱水设备垮电场的问题日益凸显。为研究竖挂电极电脱水器中水滴的动力学行为及其影响因素,采用相场法模拟电场作用下分散液滴的变形和聚结过程,分析了电场强度、液滴距离、液滴直径和连续相粘度对液滴运动特性的影响。利用自制电脱装置和现场采出液开展了实验研究,实验结果与模拟结果相吻合。模拟研究结果表明,在竖挂电极中,随着电压的增大,聚结时间越短,但是存在最佳电场范围,当电场强度高于3000V/cm时,会发生电分散的现象。随着液滴直径变大,液滴聚结时间变短;随着液滴间距的变小,液滴聚结时间变短,但液滴开始作用的间距不能简单地用几倍直径来表示。实验研究结果表明电场强度越大脱水效果越好,作用时间越长脱水效果越好,所得结论可为现场电脱水器参数的选取提供参考。     

直流脉冲电场下液滴-界面聚并行为

为了深入探究直流脉冲电场下液滴-界面聚并行为,针对去离子水作为分散相、葵花油作为连续相的体系,分别改变电场参数（电场强度、频率、波形）和物性参数（界面张力、电导率、液滴粒径、固体颗粒）进行显微实验研究,得到了液滴-界面聚并机制及各参数的影响规律。实验结果表明,液滴-界面存在完全聚并和不完全聚并两种机制,决定因素是泵吸和颈缩过程的相互作用。电场强度增大,不完全聚并程度增大,而电场频率的作用则相反,这与电场力大小和液滴稳定程度有关。随表面活性剂浓度增大,二次液滴急剧增大,超过临界胶束浓度后,小幅减小。随电导率和SiO₂浓度增大,不完全聚并程度均先增大后减小,而随液滴粒径增大,不完全聚并程度持续增大。大部分工况下,液滴在直流稳恒电场下不完全聚并程度高于直流脉冲电场。为脉冲静电破乳机理的深入探讨及高效紧凑脉冲电脱盐脱水设备的研发奠定了理论基础。     

直流脉冲电场下液滴-界面聚并行为

为了深入探究直流脉冲电场下液滴-界面聚并行为,针对去离子水作为分散相、葵花油作为连续相的体系,分别改变电场参数(电场强度、频率、波形)和物性参数(界面张力、电导率、液滴粒径、固体颗粒)进行显微实验研究,得到了液滴-界面聚并机制及各参数的影响规律。实验结果表明,液滴-界面存在完全聚并和不完全聚并两种机制,决定因素是泵吸和颈缩过程的相互作用。电场强度增大,不完全聚并程度增大,而电场频率的作用则相反,这与电场力大小和液滴稳定程度有关。随表面活性剂浓度增大,二次液滴急剧增大,超过临界胶束浓度后,小幅减小。随电导率和SiO_2浓度增大,不完全聚并程度均先增大后减小,而随液滴粒径增大,不完全聚并程度持续增大。大部分工况下,液滴在直流稳恒电场下不完全聚并程度高于直流脉冲电场。为脉冲静电破乳机理的深入探讨及高效紧凑脉冲电脱盐脱水设备的研发奠定了理论基础。     

一种高稳定性聚合物驱采出液的成因、预防措施和破乳方法

自20世纪90年代开始,国内研究人员在聚合物驱采出液性质和破乳方法方面开展了大量研究和试验工作,发现与水驱采出液相比,聚合物驱采出液水相粘度和携砂量大,油水分离速率低,乳化原油导电性强,造成游离水脱除器和电脱水器内淤积严重,电脱水器运行电流升高甚至频繁垮电场。     

高压高频脉冲电脱水机理探析

对电场作用下W/O乳化液中分散相水滴进行了受力分析,并探讨了高压高频脉冲电脱水机理。分析表明,水滴相互靠近、即将聚并时,阻力显著增加,阻力大小与水滴粒径、间距、连续相粘度以及排液系数等有关;电场强度介于临界破乳场强和临界乳化场强时,水滴发生聚并且不发生电分散;水滴在脉冲电场下的受迫振动频率与其固有频率相接近时,共振效应最为明显;脉宽比适中时,静电极化效应明显,可避免电场能泄漏、垮电场等事故的发生。     

乳化萃取中乳状液的重力沉降和搅拌破乳研究

乳化萃取是强化溶剂萃取的有效方法,可大大缩短反应时间、减小设备占地面积、提高萃取效率,但技术瓶颈是形成的乳状液破乳困难。采用了重力沉降和搅拌剪切法对乳化过程形成的油包水乳状液破乳,研究了2种方法的破乳机理、破乳率及破乳前后乳液微观粒径、显微镜图像的演变过程。结果表明：2种破乳方法结合可取得良好的破乳效果,破乳后两相间有明显的相界面,连续相内悬浮液滴数量急剧减少且液滴粒径显著变大,分布变窄。实验确定适宜的操作条件：搅拌速度为180 r/min、搅拌时间为5 min、静置时间为8 min,在此条件下破乳率可达到96%,临界液滴粒径为15 μm。     

脉冲电场作用下液滴数值模拟研究

根据高频脉冲电场中乳状液破乳的相关研究,拟通过对液滴在脉冲电场中变形、破裂以及聚并研究,设计水滴静电聚结实验样槽,并运用comsol软件进行脉冲电场数值模拟,建立液滴在脉冲电场作用下的理论模型。通过模拟结果发现,电场的临界电场强度在350～500 k V/m之间时,液滴的拉伸接近纺锤形且达到拉伸极限,同时对电场中变形因素进行分析,形象的描述了液滴在电场中的变形,为电场破乳提供研究基础。     

新型静电聚结器中水滴聚结特性研究

传统电脱水器采用裸电极,含水率较高时在高强电场作用下容易发生击穿现象,今设计了包覆绝缘层的高压电极并加工了新型静电聚结器,可有效避免击穿现象的发生。采用水/原油乳状液为实验介质,并利用显微高速摄像系统结合图像处理技术对水滴的聚结规律进行了观察和分析,探索了电场强度、流量、含水率等因素对水滴聚结特性的影响。结果表明:包覆绝缘层的高压电极可有效防止电击穿现象的发生,增加电场强度有助于油水分离,但高于临界场强后容易导致液滴破碎;含水率为10%、20%、30%时,最优电场强度不同,分别是372、320和204 kV m 1;含水率10%和30%乳化物液滴粒径增大倍数明显大于含水率20%的工况;电场作用时间影响液滴聚结效果,高强电场在低流量下具有很显著的作用;随着流量的增加电场作用降低,但高强电场在高流量下依然使液滴粒径明显增大。     

匀强电场作用下分散相液滴的变形和破裂

基于Cahn-Hilliard方程的相场方法,建立了在匀强电场作用下液滴的变形和破裂行为模型。从微观角度研究分散相液滴变形过程中电荷密度、电场强度和电场力的分布规律以及流场和电场分布,探讨了微观液滴变形机理;采用数值模拟方法研究了电场强度、液滴直径和界面张力对液滴变形的影响,结果表明电场强度越强,液滴直径越大,界面张力越小,液滴变形量越大;分析了液滴的两种主要破裂方式,其破裂主要取决于连续相和分散相物性条件,为电破乳技术提供了理论基础。     

非均匀电场下乳化油中液滴变形动力学行为

外加电场下液滴的变形动力学行为是乳化液电脱水机理研究的重要内容。基于Cahn-Hilliard方程的相场方法,建立了液滴在非均匀电场下的仿真模型,研究了电场作用下乳化液中液滴在形变、移动和聚结过程中电荷密度和电场力的分布规律,以及流场和电场的耦合作用。仿真分析了液滴粒径、电场强度以及电场非均匀系数对液滴运动行为的影响。利用实验室小型脱水系统开展了乳化液脱水实验,并通过高速摄像机对乳化液中液滴的运动行为进行了观测与分析。研究结果表明,在非均匀电场中液滴表面的极化电荷分布不均,由液滴中部向两端逐渐增大,在靠近电场集中方向处的电荷密度和Maxwell应力值最大;在一定范围内增大电场强度、电场非均匀系数或液滴粒径,可使液滴形变量增大,液滴向电场集中区域的移动速度以及液滴间的聚结速度增加。     

Coalescence behaviour of water droplets in water‐oil interface under pulsatile electric fields

In this research, the deformation of water droplets in sunflower oil-interface under pulsatile electric field was studied experimentally. Three types of coalescence were observed:(i) complete coalescence, (ii) incomplete coalescence and (iii) no-coalescence. The first type is desirable because of leaving no secondary droplets. The second type that produced secondary droplets which caused by necking process, due to extreme elongation of droplets (mostly small droplets), was undesirable; because the small droplets were more difficult to coalesce and remove. The no-coalescence was caused by very fast coalescence and extensive pushing of droplet into the continuous phase. In this work the process was operated with the utilization of a batch cylindrical separator with high voltage system. The lower part of the cylinder was filled with the aqueous phase and its top part was filled with sunflower oil to form an interface between the two phases. The effects of electric field strength, frequency, and waveform types were investigated. It was found that, the ramp-ac waveform was the best waveform, avoiding the production of secondary droplets and in this case the frequency also played an important role.     

The effect of interfacial tension on secondary drop formation in electro-coalescence of water droplets in oil

The coalescence of water droplets in oils may be enhanced by application of an electric field. This approach is commonly used in the crude oil and petroleum industry to separate water from crude oil. However, the process could lead to the formation of fine secondary droplets during the process of coalescence. This is obviously undesirable, as it becomes more difficult to separate finer water droplets. In this work the effects of interfacial tension, manipulated by the use of surfactants, and electric field strength on the formation of secondary droplets are investigated. Two competing processes of necking and pumping determine whether secondary droplets are formed. The dimensionless groups Weber Number (describing droplet deformation and necking due to the electric field) and Ohnesorge Number (describing the pumping of water into the continuous phase in the process of coalescence) may be coupled to give a new dimensionless group WO, describing the volume fraction of secondary droplets that are formed. WO Number describes the ratio of the electrical stress energy that causes necking over the energy required for pumping the viscous fluid out of the droplets. For a wide range of interfacial tensions, brought about by the use of non-ionic and anionic surfactants and electric field strengths, a good unification of data is obtained. The outcome of this work will be useful for optimizing the design of the electro-coalescence systems.     

Electro-coalescence of an aqueous droplet at an oil-water interface

The coalescence of an aqueous droplet at an oil-water interface under an electric field has been investigated, with a view to quantify conditions that give rise to secondary droplet formation. Two patterns of drop-interface coalescence may occur: complete coalescence and partial coalescence. The former is obviously the desirable pattern for industrial coalescers. However in practice, the process of coalescence could actually produce smaller droplets, which become more difficult to remove, and hence undesirable. This is caused by either necking, due to extensive elongation of the droplet, or reaction to a fast and energetic coalescence and is referred to as partial coalescence. The volume of the droplets formed in this way has been analyzed as a function of the initial droplet size, electric field strength and the distance between the droplet and the interface. The expansion speed of the neck connecting the droplet and interface at the beginning of the pumping process has also been quantified. These results are useful in optimizing the electro-coalescence process.     

电场对液滴界面张力及动力学特征影响的研究进展

电场是改变液滴界面张力的重要因素,施加不同类型的电场对驱动微流体运动、变形、分裂及合并等行为起着至关重要的作用,该技术广泛用于微液滴操控、电子显示和原油脱水等领域,并具有潜在的应用前景。文中综述了电场作用下微液滴气-液、气-固与液-液交界面张力的变化,分析了与界面张力对微液滴运动学行为影响相关的实验现象及模拟成果;指出电场作用下气-液交界面处表面张力的变化趋势,因实验及模拟方法不同目前仍存在较大争议;探讨了直流电和交流电对电润湿过程液滴铺展的不同影响和液滴形态振荡特征;分析了直流电、交流电及电脉冲对电破乳过程中液滴运动行为的重要作用。总结了电场对液滴界面张力影响研究中存在的问题,并提出了值得进一步深入研究的可能方向。     

冷冻解冻法破除液体石蜡W/O乳状液

冷冻解冻法是一种新型的破除W/O乳状液的物理破乳方法.为了揭示冷冻解冻破乳作用机制,本文以稳定性好的液体石蜡W/O乳状液为研究对象,采用差热扫描量热仪（DSC）与显微镜,研究了高黏度连续相液体石蜡体系的W/O乳状液的冷冻解冻破乳过程.结果表明：该破乳过程是一个渐进过程.当乳珠粒径均匀细小,小于5.5 μm时,乳珠在冷冻解冻循环中逐渐长大,经多次冷冻解冻后完成破乳;然而当乳珠粒径较大时,如51 μm,乳状液体系仅需单次冷冻解冻循环就可破乳较完全,破乳率超过90%.此外,乳状液含水量的增加有利于提高破乳效率.乳状液水相的凝固点受乳珠尺度的影响,但受含水量的影响不显著.当乳珠粒径较大时,水相凝固点随乳珠粒径的减小而降低;但是当乳珠粒径降至5.5 μm时,乳珠粒径的改变对其影响已不明显.