Способы разрушения эмульсий

Проблема деэмульгирования не менее важна, чем про­блема получения эмульсий. Деэмульгирование лежит в основе многих технологических процессов, например, производства масла и сливок из молока, каучуков из латексов и т. д. На деэмульгировании основано обезвожи­вание сырой нефти, содержание воды в которой необхо­димо снизить с 10–60% до 1%, очистка сточных вод и многие другие важные процессы.

Разрушение эмульсий может быть достигнуто двумя путями: седиментацией и коалесценцией.

СЕДИМЕНТАЦИЯ

Седиментация наблюдается, например, при отделении сливок от молока. При этом не происходит полного разру­шения .эмульсии, а образуются две эмульсии, одна из кото­рых богаче дисперсной фазой. Так, в обычном молоке содержится 8–10% жира, а в сливках – 30–35%. Известно, что капля радиусом r и плотностью будет всплывать в более тяжелой жидкости с плотностью ₀ и вязкостью со скоростью _сед, которая определяется уравнением Стокса

_сед = .

Если > ₀, то капля будет опускаться на дно под действием силы тяжести. Таким образом, осаждение ка­пель в эмульсии – седиментация – есть следствие об­разования больших капель и большого различия в плот­ностях жидкостей. Для типичных эмульсий r 1 мкм; ₀ – 0,2 г/см³; = 0,01 Па и скорость имеет порядок нескольких сантиметров в сутки. Чтобы ускорить про­цесс, например, для получения масла, обычно применяют центрифугирование, где центробежное ускорение более чем в 100 раз превышает ускорение свободного падения.

КОАЛЕСЦЕНЦИЯ

Коалесценция – полное разрушение эмульсии, когда выделяются в чистом виде отдельные компоненты. При разрушении эмульсии имеют место две стадии: флокуляция и собственно коалесценция.

На первой стадии капли дисперсной фазы образуют аг­регаты, которые легко распадаются при слабом перемеши­вании. На второй стадии капли в агрегате сливаются в одну большую каплю. Этот процесс необратим в том смысле, что для разрушения больших капель на малые и воссоздания эмульсии требуется очень сильное перемешивание. Разде­ление фаз при коалесценции видно невооруженным глазом.

ТЕХНИКА РАЗРУШЕНИЯ ЭМУЛЬСИЙ

В промышленных масштабах эмульсии разрушают:

• химическими методами;

• термическими методами;

• осаждением под действием силы тяжести или центро­бежных сил;

• электрическими методами.

Часто используют несколько методов одновременно.

Химические методы разрушения. Действие этих мето­дов заключается в удалении барьеров, препятствующих ко­алесценции. Химические вещества – деэмульгаторы нейт­рализуют действие защитного слоя, например, сероуглерод и четыреххлористый углерод растворяют защитные плен­ки. Прямые эмульсии, стабилизированные эмульгаторами, можно разрушить добавлением электролитов с поливален­тными ионами. Такие ионы не только сжимают ДЭС, но и переводят эмульгатор в малорастворимую в воде форму.

Эмульгатор можно нейтрализовать другим эмульгато­ром, способствующим образованию эмульсии обратного типа. Можно добавить вещество более поверхностно–активное, чем эмульгатор, которое само не образует проч­ных пленок. Например, спирты (пентиловый, амиловый и т. д.) вытесняют эмульгаторы, растворяют их пленки и способствуют коалесценции.

Для каждой эмульсии выбирается «свой» деэмульгатор, который оказывает оптимальное действие.

Термические методы разрушения. Многие эмульсии можно разделить на составляющие их компоненты нагре­ванием до высокой температуры с последующим отстаива­нием. Вероятно, нагревание ускоряет химические реакции, которые могут протекать в эмульсиях, изменяет природу поверхностного слоя, уменьшает вязкость. Таким образом, возникают условия, благоприятные для распада эмульсии.

В процессе замораживания зарождаются кристаллы льда, которые затем растут, захватывая воду. Масляные капли (если эмульсия М/В) сжимаются. Кроме того, лю­бая растворенная соль в отдельных участках эмульсии может кристаллизоваться. При этом разрываются обо­лочки, которые предотвращают коалесценцию. Противо­стоят замораживанию только эмульсии, в которых капли окружены жесткой оболочкой, например молочные слив­ки, но и они являются неустойчивыми при длительном хранении в условиях низкой температуры.

ОСАЖДЕНИЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ

ИЛИ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СИЛ

Грубые эмульсии, например нефтяные, содержат кап­ли больших размеров. Для разделения жидкостей эмуль­сии выдерживают в отстойнике. Однако при этом мел­кие капли остаются во взвешенном состоянии. Обычно время отстаивания составляет около 1 часа.

Более эффективным является использование центри­фуг. В них более тяжелая жидкость выталкивается к периферии и отводится, а более легкая жидкость собира­ется вблизи центра. Продолжительность операции состав­ляет несколько минут.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАЗРУШЕНИЯ

Эти методы применимы в двух случаях:

• когда капли заряжены;

• когда они электронейтральны, но приобретают дипольный момент, индуцируемый в постоянном или пере­менном электрическом поле.

В последнем случае происходит коалесценция дипо­лей. Разрушение эмульсий электрическими методами осу­ществляется в специальных аппаратах.