芻議油水分離中聚結(jié)分離技術(shù)的應(yīng)用

摘要：工業(yè)發(fā)展中所形成的油水混合乳液通常需要進(jìn)行油水分離，聚結(jié)分離技術(shù)是油水分離中分離效率較高的一類分離技術(shù)，在較多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本文對(duì)聚結(jié)分離技術(shù)的基本原理以及分離過程進(jìn)行了闡述，并分析了分離效率的影響因素，最后分析總結(jié)了目前聚結(jié)分離技術(shù)在油水分離中的相關(guān)應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：聚結(jié)分離；油水分離；發(fā)展及應(yīng)用

常見的油水混合物中油與水是是互不相溶的，但是在工業(yè)發(fā)展過程中經(jīng)常會(huì)形成油水混合乳液。油水混合乳液狀態(tài)非常穩(wěn)定，因此要將油相和水相進(jìn)行分離的難度較大。目前常見的油水分離技術(shù)有重力法、離心法、電場(chǎng)分離法、聚結(jié)分離法等。其中，重力法、離心法以及電場(chǎng)分離法是發(fā)展較早的傳統(tǒng)分離方法，目前普遍存在著設(shè)備運(yùn)行成本較高、分離效率較低等問題。而聚結(jié)分離是近年來(lái)發(fā)展的一種新型油水分離技術(shù)，具有脫水效率高、容器設(shè)備簡(jiǎn)單、能量損耗小以及成本低等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)得到了快速發(fā)展。

1 聚結(jié)分離技術(shù)原理簡(jiǎn)介

聚結(jié)分離技術(shù)最早來(lái)源于雨滴和水滴的碰撞現(xiàn)象，后來(lái)逐漸發(fā)展為工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的一種常用分離技術(shù)。聚結(jié)分離技術(shù)本質(zhì)上是一個(gè)分散相顆粒由小顆粒聚結(jié)為大顆粒從而實(shí)現(xiàn)分離的過程。其基本原理根據(jù)分散相聚結(jié)方式的不同可分為兩類：碰撞聚結(jié)和潤(rùn)濕聚結(jié)。碰撞聚結(jié)主要依靠液滴間的外力撞擊來(lái)實(shí)現(xiàn)聚結(jié)，聚結(jié)的關(guān)鍵在于控制液滴碰撞后的狀態(tài)。如果碰撞力太大，液滴碰撞后發(fā)生破碎則不能有效實(shí)現(xiàn)油水分離，而碰撞力太小，則受到油水兩相界面張力的影響，也不能實(shí)現(xiàn)油水分離。潤(rùn)濕聚結(jié)是通過某種聚結(jié)介質(zhì)來(lái)潤(rùn)濕并吸附分散相，從而使得分散相逐漸從連續(xù)相中脫離出來(lái)，實(shí)現(xiàn)油水分離。在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，碰撞聚結(jié)和潤(rùn)濕聚結(jié)并不是相互獨(dú)立的，而是共同存在的。

2 聚結(jié)分離技術(shù)的基本過程

聚結(jié)分離技術(shù)的基本過程包括：分散相液滴的相互接近過程、分散相液滴的粘附聚結(jié)過程與分散相與連續(xù)相的脫離過程。

（1）相互接近過程。分散相利用外力或者其他介質(zhì)實(shí)現(xiàn)小顆粒之間的相互接近，例如范德華力、靜電作用、濃度擴(kuò)散等。分散相小顆粒之間的相互接近是實(shí)現(xiàn)聚結(jié)分離的第一步，也是關(guān)鍵一步，對(duì)于聚結(jié)分離技術(shù)的分離效率起到?jīng)Q定性作用。

（2）粘附聚結(jié)過程。粘附聚結(jié)過程是實(shí)現(xiàn)分散由小顆粒到大顆粒的過程。以潤(rùn)濕聚結(jié)為例，其粘附效率主要受分散相與分離聚結(jié)器之間的潤(rùn)濕粘附性能。同時(shí)，分散相在潤(rùn)濕粘附分離聚結(jié)器的過程中，還會(huì)受到連續(xù)相的阻礙。通常來(lái)說，聚結(jié)分離器表面的接觸角越小，分散相越容易粘附。分散相的粒徑大小也會(huì)對(duì)粘附性能產(chǎn)生影響。

（3）兩相脫離過程。連續(xù)相和分散相的相互脫離是實(shí)現(xiàn)油水分離的最終過程。對(duì)于潤(rùn)濕聚結(jié)來(lái)說，即為分散相與聚結(jié)分離器之間的脫離；對(duì)于碰撞粘結(jié)來(lái)說，即為油水兩相的最終脫離與釋放。

3 聚結(jié)分離技術(shù)的相關(guān)影響因素

（1）聚結(jié)材料的表面性能。聚結(jié)材料的表面性能會(huì)對(duì)分散相液滴的潤(rùn)濕粘附效率產(chǎn)生直接影響，如果聚結(jié)材料的表面粗糙度較大，則會(huì)增加分散相液滴粘附聚結(jié)材料的能力，更容易實(shí)現(xiàn)從小液滴到大液滴的轉(zhuǎn)變。另外，由于分散相在粘附潤(rùn)濕聚結(jié)材料的過程中，必須要置換連續(xù)相，因此，聚結(jié)材料的表面能高低也會(huì)影響到分散相的潤(rùn)濕粘附。聚結(jié)材料的表面能越低，分散相越容易實(shí)現(xiàn)潤(rùn)濕粘附。聚結(jié)材料的親疏水性能對(duì)分散相潤(rùn)濕粘附的影響比較復(fù)雜，單一的親水性能或者疏水性能并不能達(dá)到最好的粘附效果，兩者混合可能有助于提高分散相的潤(rùn)濕粘附效率。

（2）聚結(jié)材料的尺寸。聚結(jié)材料的尺寸大小會(huì)影響到材料的比表面積，尺寸越小，比表面積越大，相對(duì)于分散相液滴來(lái)說，可潤(rùn)濕粘附的面積就會(huì)增大，從而可以粘附聚結(jié)更多的分散相，提高油水的脫離效率。但是，這并不代表聚結(jié)材料的尺寸可以無(wú)限小。當(dāng)聚結(jié)材料的尺寸不斷減小時(shí)，阻力也會(huì)隨之增加，使得分散相在聚結(jié)材料中的移動(dòng)越來(lái)越困難，從而降低了分散相與聚結(jié)材料的潤(rùn)濕粘附能力。

（3）液體流速。液體流速對(duì)于聚結(jié)分離技術(shù)的影響較復(fù)雜，如果液體流速較低，一方面可以增強(qiáng)分散相液滴的沉積以及擴(kuò)散等作用，但是另一方面，也會(huì)降低分散相液滴顆粒之間的碰撞效率，不利于分散相液滴的碰撞聚結(jié)。因此，需要將液體的流動(dòng)控制在合適的速度，達(dá)到最佳的油水分離效果。

4 聚結(jié)分離技術(shù)在油水分離中的相關(guān)應(yīng)用

需要進(jìn)行油水分離的油水混合乳液可以分類為兩大類：一類為水作為連續(xù)相，油作為分散相，即水包油型；另外一類為油作為連續(xù)相，水作為分散相，即油包水型。在進(jìn)行油水分離時(shí)，對(duì)于兩種類型的油水混合乳液雖然應(yīng)用目的不同，但是基本原理是相同的。對(duì)于水包油型油水混合乳液，聚結(jié)分離技術(shù)主要應(yīng)用于有油污水、原油脫水等方面，有效實(shí)現(xiàn)油水分離，高效提取純油或純水。對(duì)于水包油型油水混合乳液，聚結(jié)分離技術(shù)主要應(yīng)用于成品油的提純中，通過脫水處理，進(jìn)一步提升成品油的純度。在油水分離的實(shí)際應(yīng)用過程中，最主要的聚結(jié)分離技術(shù)包括重力場(chǎng)聚結(jié)和電場(chǎng)聚結(jié)。重力場(chǎng)聚結(jié)的主要原理是利用分散相和連續(xù)相的密度差異，造成重力大小的不同，實(shí)現(xiàn)油水兩相的聚結(jié)分離。電場(chǎng)聚結(jié)的主要原理是利用分散相和連續(xù)相量電導(dǎo)率差異，在電流作用下實(shí)現(xiàn)油水兩相的聚結(jié)分離。電場(chǎng)聚結(jié)在應(yīng)用時(shí)通常是與其他聚結(jié)方式共同使用的，很少會(huì)采取單一的電場(chǎng)聚結(jié)方式來(lái)進(jìn)行油水分離。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，聚結(jié)分離技術(shù)在油水分離領(lǐng)域內(nèi)雖然得到了廣泛應(yīng)用與發(fā)展，但在理論研究方面還可以進(jìn)一步挖掘，包括基本原理以及相關(guān)的影響因素。專業(yè)理論知識(shí)的成熟可以更好的為技術(shù)的發(fā)展提供基礎(chǔ)支撐，從而可以進(jìn)一步提高聚結(jié)分離技術(shù)的分離效率，更好的實(shí)現(xiàn)油水分離。

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作者簡(jiǎn)介：段傳虎（1995），男，湖北英山人，專業(yè)：應(yīng)用化學(xué)。