X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Множество технологических процессов основывается на деэмульгировании – разрушении эмульсий, например, обезвоживание сырой нефти, очистка сточных вод и другие процессы.

Существует два способа разрушения эмульсий, которые сопровождаются явлениями седиментации и коалесценции.

1. Седиментация.

По экспериментальным данным на реальных объектах (например, отделение сливок от молока), не происходит полного разрушения эмульсии, а образуются две эмульсии, одна из которых богаче дисперсной фазой.

Капля радиусом r и плотностью ρ будет всплывать в более тяжелой жидкости с плотностью ρ₀ и вязкостью η со скоростью U_сед по уравнению Стокса:

U_сед = 2gr²(ρ- ρ₀)/9η

При ρ > ρ₀ капля опустится на дно под действием силы тяжести. Таким образом, осаждение капель в эмульсии – следствие образования больших капель и большого различия в плотностях жидкостей. Для ускорения процесса седиментации применяют центрифугирование.

2. Коалесценция. Полное разрушение эмульсии с выделением компонентов в чистом виде называется коалесценцией. Этот процесс происходит в две стадии, которые представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Стадии процесса коалесценции

флокуляция	капли дисперсной фазы образуют агрегаты, легко распадающиеся при слабом перемешивании.
собственно коалесценция	капли в агрегате сливаются в одну большую каплю; процесс необратим, так как для разрушения больших капель на малые и воссоздания эмульсии требуется сильное перемешивание.

Техника разрушения эмульсий. В промышленности эмульсии разрушают:

• термическими методами;

• химическими методами;

• электрическими методами;

• осаждением под действием силы тяжести или центробежных сил.

Используют и несколько методов одновременно.

Термические методы разрушения:

а) повышение температуры;

Многие эмульсии можно разделить на составляющие их компоненты нагреванием до высокой температуры с последующим отстаиванием. Предполагается, что нагревание ускоряет химические реакции, могущие протекать в эмульсиях, изменяет природу поверхностного слоя, уменьшает вязкость. Таким образом, создаются условия, благоприятные для распада эмульсии.

б) понижение температуры.

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

Химические методы разрушения:

а) «растворение» защитных пленок;

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

б) обращение эмульсий.

Эмульгатор можно нейтрализовать другим эмульгатором, способствующим образованию эмульсии обратного типа. Можно добавить вещество более поверхностно-активное, чем эмульгатор, само по себе не образующее прочных плёнок. Так, спирты (пентиловый, амиловый и т.д.) вытесняют эмульгаторы, растворяют их пленки и способствуют коалесценции. Для каждой эмульсии выбирают деэмульгатор, оказывающий оптимальное действие.

Электрические методы разрушения. Применение данного метода возможно в двух случаях:

• когда капли заряжены;

• когда они электронейтральны, но приобретают дополнительный дипольный момент, индуцируемый в постоянном или переменном электрическом поле. Происходит коалесценция диполей. Разрушение эмульсий электрическими методами осуществляется специальными аппаратами.

Осаждение под действием силы тяжести или центробежных сил

Таблица 3 – Виды осаждения.

а)отстаивание	грубые эмульсии, содержащие капли больших размеров (например, нефтяные) выдерживают в отстойнике, но при этом капли мелких размеров остаются во взвешенном состоянии; время отстаивания – около 1 часа.
б)использование центрифуг	в них более тяжелая жидкость выталкивается к периферии и отводится, а более легкая жидкость собирается вблизи центра; продолжительность операции – несколько минут, данный метод является наиболее эффективным.

Вывод: проблема деэмульгирования в промышленности также важна, как и проблема получения эмульсии. При производстве масла и сливок из молока важны стабилизаторы, улучшающие процесс эмульгирования, тогда как очистка сточных вод, очищение от эмульсий трущихся механических частей оборудования ставит проблему разрушения эмульсий, и технологческое решение этих задач требует грамотного подхода, основанного на теории строения и свойств дисперсных систем.

Список используемой литературы и источников

Боровская Л.В. Электронный учебно-методический комплекс дисциплины «Физическая и коллоидная химия: учебно-методический комплекс дисциплины» Учебное пособие. ФГУП НТЦ «ИНФОРМРЕГИСТР» Депозитарий электронных изданий. Москва 2010 .

Транспортировка и хранение скоропортящихся пищевых продуктов. Данилин В.Н., Петрашев В.А., Боровская Л.В.// Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 1996. № 1-2. С. 7

Способ очистки подмыльных щелоков. Данилин В.Н., Доценко С.П., Косачев В.С., Боровская Л.В. Патент на изобретение RUS 2103339 29.12.2008.

Исследование студней на основе каррагинана и пектина методом дифференциальной сканирующей калориметрии./Барашкина Е.В., Тамова М.Ю., Боровская Л.В., Миронова О.П. /Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2003. № 4. С. 85-86.

Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия. М.: Высш. шк., 1992. 414 с.

Код для цитирования: Скопировать