Процессы укрупнения капель воды

Процессы укрупнения капель воды в нефтепродукте играют очень важную роль, так как приводят к существенному возрастанию скорости седиментации. Процесс слияния капель воды, или коалесценция, может происходить в результате соударения частиц разного размера при седиментации, при взаимодействии поляризованных частиц в электрическом поле или при соударении частиц, участвующих в турбулизированном движении среды.

Число соударений при седиментации растет при увеличении относительной скорости сближения частиц. Как следует из (11.3)
Vотн = a12 — a22
где а1 и а2 — соответственно радиусы взаимодействующих частиц.

Таким образом ясно, что эффективность коалесценции растет с увеличением радиуса частиц при одновременном увеличении различия в их размере.

На процесс слияния капель воды при столкновении оказывает влияние слой нефтепродукта, который препятствует этому слиянию.

Разрушение тонкого слоя нефтепродукта на поверхности капли обеспечивается воздействием химическими веществами — деэмульгаторами. Действие деэмульгатора приводит к снижению сил поверхностоного натяжения и, таким образом, облегчает их слияние.

Основным недостатком процесса удаления влаги за счет седиментации являются:
1. Большая длительность процесса седиментации.

2. Необходимость содержания больших объемов нефти в специальных отстойниках.

Пленка на поверхности капель активно разрушается при взаимодействии капель в электрическом поле. Процесс слияния капель происходит следующим образом.

Капли, попадая в электрическое поле, поляризуются, и их форма приближается к эллипсоидальной (рис.1).

Поляризация взаимодействующих капель в электрическом
Рис.1. Поляризация взаимодействующих капель в электрическом

Соударение и слияние капель происходит за счет кулоновского взаимодействия противоположных по знаку поляризационных зарядов частиц, оказавшихся вблизи друг от друга. Из электростатики известно, что заряд поляризации qn=Еа2. Следовательно, сила взаимодействия, определяющая сближение и слияние капель Fвз = qnЕ = а2Е2.
Таким образом, эффективность коалесценции капель в электрическом поле существенно растет с увеличением размера частиц и напряженности поля.

Однако деформация капель в электрическом поле может привести к процессу обратному по отношению к коалесценции — разрыву капель. Это происходит, когда действие поля на поляризационные заряды превышает действие сил поверхностного натяжения, препятствующих разрыву капель.

Таким образом, если Fразр = а2Е2 и Fпов = σа, где σ — коэффициент поверхностного натяжения на границе раздела сред вода-нефть (σ ≈ 20×10-3 Н/м), то из условия Fразр= Fпов следует, что

Eкр = √(σ/a) или aкр = Eкр-2 (1)

На рис. 2 показана зависимость критической напряженности электрического поля от размера капель. В области, находящейся ниже этой кривой, преобладает коалесценция капель воды. Область, лежащая выше кривой, соответствует разрыву капель воды под действием сил поляризации.

Зависимость критической напряженности поля от радиуса капли
Рис.2. Зависимость критической напряженности поля от радиуса капли


Оставить комментарий





Статистика

Рейтинг@Mail.ru