CN107344030A - 用于w/o型乳状液的破乳装置以及破乳方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的是油水分离技术领域的一种用于W/O型乳状液的破乳装置以及方法，该装置包括主体、位于主体内的微通道和施加在主体两侧的电场，所述主体由至少一层亲水中空通道板和至少两层疏水单孔通道板相互交替叠合而成，所述亲水中空通道板上的中空通道为锯齿形，所述疏水单孔通道板上的通孔将其两侧的亲水中空通道板上的中空通道首尾连接形成一条连续的穿透主体的微通道；破乳方法主要利用本装置的电场和微通道的耦合作用，使乳液水滴受电场作用发生变形而削弱膜界面强度，然后受到微通道的剪切力作用和亲水疏水面的界面作用，促进相邻水滴发生碰撞聚合形成大水滴，并从乳状液中沉降分离开来，实现破乳。

Description

用于W/O型乳状液的破乳装置以及破乳方法

技术领域

本发明涉及油水分离技术领域，尤其涉及一种用于W/O型乳状液的破乳装置以及破乳方法

背景技术

液-液两相分离是化工过程的重要操作单元，相应的高效分离设备是许多重要工艺必不可少的组成部分。液-液两相分离被广泛应用于原油采集、石油运输、反应分离、萃取、污水处理等多种重要的工艺过程。随着国家环保理念的提出以及现代工业的发展，具有适用范围广、环境友好、分离效率高、能耗低的新型破乳技术有了更高的需求。

传统的液-液两相分离一般采用化学和物理的破乳方法，普遍存在着设备投资大、能耗高、具有二次污染以及对更小液滴分离效率低等问题，已经不能满足现代工业发展的需求。传统的分离方法正在被新兴的分离技术例如：旋流分离、膜分离法、生物法、电破乳、微通道法等分离技术所取代。因此，研究高效的液-液两项分离技术才能适应现代化工技术要求。传统的化学破乳方法会带入二次污染、传统的物理破乳方法往往需要高能耗，而新兴的旋流分离也存在着分离效率低、不能完全分离等缺点；膜分离法也会由于膜污染会降低分离效果；生物法破乳由于微生物培养成本高，影响生长因素多，在工业生产中没有得到大规模应用；传统电破乳所需电场高存在着能耗高、有安全隐患；微通道破乳法也只能对O/W型乳状液有很好的破乳效果，对更难分离的W/O型乳状液破乳效率几乎没有。

发明内容

为克服现有油水分离技术存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种将电破乳与微通道破乳相结合的破乳装置及破乳方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

用于W/O型乳状液的破乳装置，包括主体、位于主体内的微通道和施加在主体两侧的电场，所述主体由至少一层亲水中空通道板和至少两层疏水单孔通道板相互交替叠合而成，所述亲水中空通道板上的中空通道为锯齿形，所述疏水单孔通道板上的通孔将其两侧的亲水中空通道板上的中空通道首尾连接形成一条连续的穿透主体的微通道。

进一步的是，所述亲水中空通道板可根据不同的中空通道形状构成不同的微通道，中空通道形状可以是直线型、圆弧形、Z字形、锯齿形或是这些形状的结合。

进一步的是，所述亲水中空通道板在使用时可多层重复叠加，在叠合顺序上，每一块亲水中空通道板的上下两侧都设有一块疏水单孔通道板。

进一步的是，所述疏水单孔通道板为绝缘材质。

进一步的是，所述主体叠合方向的最外两侧还分别设有一块微通道压板。

进一步的是，所述电场的方向与中空通道板上中空通道的延伸方向一致，所述电场为直流电场、交流电场或高频脉冲电场。

采用上述的破乳装置进行破乳的方法，包括以下步骤：

首先，对破乳装置进行连接组装，利用中压注射泵将待处理液与破乳装置的进液孔连接，破乳装置的出液孔通过管道与储液容器连接；

然后，启动中压注射泵和破乳装置的电场，使液体流经微通道，水滴受电场作用发生变形而削弱膜界面强度，然后受到微通道的剪切力作用、锯齿形通道的涡流作用以及亲水疏水面的界面作用，促进相邻水滴发生碰撞聚合形成大水滴，并从乳状液中沉降分离开来，实现破乳；

最后，根据进入储液容器的溶液油水分离效果来调整中压注射泵的流量和电场强度，以达到最佳的破乳效果。

进一步的是，所述微通道高度控制在50～1000μm，微通道水力直径控制在10～1000μm，所述电场强度为10～1000V/cm。

本发明的有益效果是：利用电破乳与微通道破乳的双重耦合作用，乳液在锯齿形的微通道中属于限制域流动，在电场用下可以强化电破乳，致使工艺过程中所需电压大大降低，仅需10～100V的电压就可以实现乳液的快速分离，回收率高达90％，该工艺具有流程短、操作简单、工艺能耗低、回收率高等优点，既可用于少量乳状液的回收处理，也可用于大量乳状液的连续破乳处理。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图。

图2是本发明主体的结构示意图。

图3是微通道示意图。

图4是通道板叠合示意图。

图中标记为，1-主体，2-微通道，3-电场，4-亲水中空通道板，5-疏水单孔通道板，6-进液孔，7-出液孔，8-微通道压板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

如图1～4所示，用于W/O型乳状液的破乳装置，包括主体1、位于主体1内的微通道2和施加在主体1两侧的电场3，所述主体1由至少一层亲水中空通道板4和至少两层疏水单孔通道板5相互交替叠合而成，所述亲水中空通道板4上的中空通道为锯齿形，所述疏水单孔通道板5上的通孔将其两侧的亲水中空通道板4上的中空通道首尾连接形成一条连续的穿透主体的微通道2。在主体1的两端还设有一个进液孔6和一个出液孔7分别与微通道2的两端相连通。

本装置的使用过程及原理是：将乳液从主体1一端的进液孔6通入，乳液在微通道2中流动时同时受到电场和微流场作用，乳状液中的水滴在电场极化和静电感应的作用下，水滴两端带上不同极性的电荷，水滴将变形削弱膜界面强度，相邻水滴正负电荷相互吸引，发生碰撞聚合形成大水滴，然后从乳状液中沉降分离开来，并且锯齿形的微通道2使乳液具备特殊的流体性质，能够在锯齿形的转折处形成涡流，使乳液在剪切作用、亲水疏水界面作用下加强电破乳效果，实现油水的快速分离，最后从主体1另一端的出液孔7排出。

为了适应不同性质的乳液，主体1中的微通道2需要设置成不同的形状，所以亲水中空通道板4可根据不同的中空通道形状构成不同的微通道，中空通道的形状可以是直线型、圆弧形、Z字形、锯齿形或是这些形状的结合。其中最优方案为锯齿形，除了其具有特殊的流体性质外，在加工方面，锯齿形的通道更容易加工，在同样大小的铜片上加工出锯齿形的通道要比直线型、圆弧形或Z字形等的长度更长，在此基础上要达到相同的通道长度，采用锯齿形通道需要的铜片更少，由于铜片越多，导致微通道密封要求更高，两侧的电极板距离更远，要达到相同的电场，需要的电压就会越高，所以采用锯齿形的通道能够降低耗能。

所述亲水中空通道板使用时可多层重复叠加(如10～20层)，在叠合顺序上，每一块亲水中空通道板的上下两侧都设有一块疏水单孔通道板。由于乳液需要不断的经过亲水通道板和疏水通道板，利用微通道2的剪切作用和界面作用实现油水分离，所以需要设置足够多的亲水中空通道板4和疏水单孔通道板5，根据大量试验后得出，当亲水中空通道板4达到15层时，破乳率可以达到85％左右，20层时破乳率可以达到90％。

由于整个工艺过程都在电场环境下操作，为了保证生产的安全性，所述疏水单孔通道板5为绝缘材质。所述主体1叠合方向的最外两侧还分别设有一块微通道压板8，微通道压板8用于将整个主体1的亲水中空通道板4和疏水单孔通道板5压紧贴合在一起，防止分离过程中出现漏液。

所述电场可以采用直流电场、交流电场或高频脉冲电场，为了与锯齿形的微通道相配合，电场方向最好与中空通道板上中空通道的延伸方向一致，以便通过涡流促进液滴件的碰撞结合。

采用本破乳装置对W/O型乳状液的破乳方法，按照以下步骤进行：首先，对破乳装置进行连接组装，利用中压注射泵将待处理液泵送至破乳装置的进液孔，破乳装置的出液孔通过管道与储液容器连接；然后，启动中压注射泵和破乳装置的电场，使液体流经微通道，水滴受电场作用发生变形而削弱膜界面强度，然后受到微通道的剪切力作用、锯齿形通道的涡流作用以及亲水疏水面的界面作用，促进相邻水滴发生碰撞聚合形成大水滴，并从乳状液中沉降分离开来，实现破乳；最后，根据进入储液容器的溶液油水分离效果来调整中压注射泵的流量和电场强度，以达到最佳的破乳效果。

由于乳液在微通道中的流速决定了其受电场和微流场作用的时间，在实际生产中应根据出液端油水分离效果来调节流量，以得到生产效率和质量最优的选择方案。为了达到工业生产的分离需求，所述微通道高度控制在50～1000μm，微通道水力直径控制在10～1000μm，所述电场可以采用直流电场、交流电场或高频脉冲电场，电场强度为10～1000V/cm。

在传统工艺中，通常利用电破乳技术对W/O乳状液进行破乳回收其油水两相，该工艺技术需要6～12kV超高电压、0.83～10kV·cm^-1电场强度，因此存在能耗高、安全性低、工艺装置较大、操作复杂、不适于少量乳状液的处理回收等缺点。而本发明利用电破乳与微通道破乳的双重耦合作用，乳液在微通道中属于限制域流动，在电场用下可以强化电破乳，致使工艺过程中所需电压大大降低，仅需10～100V的电压就可以实现乳液的快速分离，并且该工艺方法既可用于少量乳状液的回收处理，也可用于大量乳状液的连续破乳处理。

Claims (8)

1.用于W/O型乳状液的破乳装置，其特征是：包括主体(1)、位于主体(1)内的微通道(2)和施加在主体(1)两侧的电场(3)，所述主体(1)由至少一层亲水中空通道板(4)和至少两层疏水单孔通道板(5)相互交替叠合而成，所述亲水中空通道板(4)上的中空通道为锯齿形，所述疏水单孔通道板(5)上的通孔将其两侧的亲水中空通道板(4)上的中空通道首尾连接形成一条连续的穿透主体(1)的微通道(2)。

2.如权利要1所述的用于W/O型乳状液的破乳装置，其特征是：所述亲水中空通道板(4)可根据不同的中空通道形状构成不同的微通道，中空通道形状可以是直线型、圆弧形、Z字形、锯齿形或是这些形状的结合。

3.如权利要1所述的用于W/O型乳状液的破乳装置，其特征是：所述亲水中空通道板(4)在使用时可多层重复叠加，在叠合顺序上，每一块亲水中空通道板(4)的上下两侧都设有一块疏水单孔通道板(5)。

4.如权利要3所述的用于W/O型乳状液的破乳装置，其特征是：所述疏水单孔通道板(5)为绝缘材质。

5.如权利要1所述的用于W/O型乳状液的破乳装置，其特征是：所述主体(1)叠合方向的最外两侧还分别设有一块微通道压板(8)。

6.如权利要1所述的用于W/O型乳状液的破乳装置，其特征是：所述电场的方向与中空通道板(4)上中空通道的延伸方向一致，所述电场(3)为直流电场、交流电场或高频脉冲电场。

7.采用如权利要求1～6任意一项权利要求所述的破乳装置进行破乳的方法，其特征是，包括以下步骤：

首先，对破乳装置进行连接组装，利用中压注射泵将待处理液与破乳装置的进液孔连接，破乳装置的出液孔通过管道与储液容器连接；

然后，启动中压注射泵和破乳装置的电场，使液体流经微通道，水滴受电场作用发生变形而削弱膜界面强度，然后受到微通道的剪切力作用、锯齿形通道的涡流作用以及亲水疏水面的界面作用，促进相邻水滴发生碰撞聚合形成大水滴，并从乳状液中沉降分离开来，实现破乳；

最后，根据进入储液容器的溶液油水分离效果来调整中压注射泵的流量和电场强度，以达到最佳的破乳效果。

8.如权利要求7所述的W/O型乳状液的破乳方法，其特征是：所述微通道高度控制在50～1000μm，微通道水力直径控制在10～1000μm，所述电场强度为10～1000V/cm。