RU2546156C2 - Method and apparatus for stabilisation of emulsions and colloids - Google Patents
Method and apparatus for stabilisation of emulsions and colloids Download PDFInfo
- Publication number
- RU2546156C2 RU2546156C2 RU2012156568/05A RU2012156568A RU2546156C2 RU 2546156 C2 RU2546156 C2 RU 2546156C2 RU 2012156568/05 A RU2012156568/05 A RU 2012156568/05A RU 2012156568 A RU2012156568 A RU 2012156568A RU 2546156 C2 RU2546156 C2 RU 2546156C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- emulsions
- emulsion
- colloids
- colloidal
- solutions
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Colloid Chemistry (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологическим химическим процессам, в частности к нефтехимии, и может быть использовано для стабилизации различных эмульсий и коллоидных растворов, например, при производстве коллоидных и полимерных дисперсий, нефтяных масел, смазочных материалов, технических жидкостей, топлив, лаков, красок и т.п., то есть в процессах, направленных на получение стабильных эмульсий и коллоидных растворов.The invention relates to technological chemical processes, in particular to petrochemistry, and can be used to stabilize various emulsions and colloidal solutions, for example, in the production of colloidal and polymer dispersions, petroleum oils, lubricants, industrial fluids, fuels, varnishes, paints, etc. item, that is, in processes aimed at obtaining stable emulsions and colloidal solutions.
На сегодняшний день широко применяются химические методы стабилизации эмульсий, основанные на добавках эмульгаторов, например [1].To date, widely used chemical methods of stabilization of emulsions, based on additives of emulsifiers, for example [1].
Однако добавление в имеющуюся эмульсию дополнительных веществ не всегда допустимо, например при производстве пищевых продуктов или смазочных масел с присадками. Предлагаемый способ позволяет стабилизировать эмульсию без введения дополнительных химических веществ в имеющуюся композицию и без расходования дорогостоящих специальных эмульгаторов. Полевые способы стабилизации эмульсий на сегодняшний день неизвестны.However, adding to the existing emulsion of additional substances is not always permissible, for example, in the manufacture of food products or lubricating oils with additives. The proposed method allows to stabilize the emulsion without introducing additional chemicals into the existing composition and without spending expensive special emulsifiers. Field methods for stabilizing emulsions are currently unknown.
Более того, известна попытка разделения водно-нефтяной эмульсии с помощью низкочастотного электрического поля [2, 3] фирмы АББ VICTA. Внутрикорпусной электростатический коагулятор этой фирмы, воздействовавший на эмульсию низкочастотным электрическим полем, был установлен на норвежской нефтяной платформе Troll С. Однако на сегодняшний день этот электростатический коагулятор с сайта фирмы АББ исчез, как и другие электростатические коагуляторы. Причиной такого исчезновения может быть наблюдавшийся нами и положенный в основу настоящего изобретения эффект уменьшения в определенных условиях размеров капель эмульсии под действием постоянного поля (т.е. стабилизация эмульсии) вместо ее разделения.Moreover, there is a known attempt to separate a water-oil emulsion using a low-frequency electric field [2, 3] by ABB VICTA. An internal electrostatic coagulator of this company, acting on the emulsion with a low-frequency electric field, was installed on the Norwegian oil platform Troll C. However, to date, this electrostatic coagulator has disappeared from the ABB website, like other electrostatic coagulators. The reason for this disappearance may be the effect of a reduction in the size of the droplets of the emulsion under certain conditions under the influence of a constant field (i.e., stabilization of the emulsion) instead of its separation, which we observed and formed the basis of the present invention.
Наиболее близким по технической сущности является способ приготовления коллоидных растворов и устройство для его осуществления /4/. Этот способ заключается в смешивании исходных компонентов и воздействии на них электромагнитным СВЧ излучением, при этом контролируется качество коллоидных растворов (устойчивость против расслаивания - коллоидную стабильность, удельное количество коллоидных образований в смешиваемых растворах и их средний радиус) в процессе смешивания и в готовых коллоидных растворов методом корреляционной спектроскопии рассеянного света, определяя при этом средний радиус, а на основании полученных данных вносят изменения в режим обработки начальной смеси. При этом воздействие СВЧ излучения на смешиваемые компоненты осуществляют при непрерывном протекании смешиваемых компонентов по трубке, помещенной в СВЧ-резонатор со скоростью, необходимой для образования стабильных коллоидных растворов. Однако этот способ не дает возможности стабилизировать уже имеющуюсю эмульсию.The closest in technical essence is the method of preparing colloidal solutions and a device for its implementation / 4 /. This method consists in mixing the starting components and exposing them to electromagnetic microwave radiation, while controlling the quality of colloidal solutions (resistance to delamination - colloidal stability, specific amount of colloidal formations in mixed solutions and their average radius) during mixing and in prepared colloidal solutions by scattered light correlation spectroscopy, while determining the average radius, and based on the data obtained, make changes to the processing mode of the initial oh mixture. In this case, the influence of microwave radiation on the mixed components is carried out during the continuous flow of the mixed components through a tube placed in the microwave cavity with the speed necessary for the formation of stable colloidal solutions. However, this method does not make it possible to stabilize an existing emulsion.
Задачей данного изобретения является создание эффективной экологичной технологии приготовления стабильных эмульсий и коллоидных растворов.The objective of the invention is the creation of an effective environmentally friendly technology for the preparation of stable emulsions and colloidal solutions.
Поставленная задача решается следующим образом. Предлагается способ стабилизации эмульсий и коллоидных растворов, заключающийся в уменьшении размеров капель эмульсии или коллоидных образований растворов, под воздействием на эмульсию или раствор постоянного электрического поля высокой напряженности, а результат обработки контролируется спектральными методами, и на основании полученных данных вносят изменения в процесс обработки.The problem is solved as follows. A method for stabilizing emulsions and colloidal solutions is proposed, which consists in reducing the size of the droplets of the emulsion or colloidal formations of solutions under the influence of a high-voltage constant electric field on the emulsion or solution, and the processing result is controlled by spectral methods, and based on the data obtained, changes are made to the processing process.
Предложено контроль размеров капель эмульсии или коллоидных образований растворов осуществлять путем определения их среднего радиуса методом корреляционной спектроскопии рассеянного света.It is proposed to control the size of droplets of an emulsion or colloidal formation of solutions by determining their average radius by the method of correlation spectroscopy of scattered light.
Воздействие электрического поля на эмульсию или коллоидный раствор осуществляется при непрерывном их протекании по проводящей трубке с центральным неизолированным электродом высокого напряжения со скоростью, необходимой для уменьшения размеров капель эмульсии или коллоидных образований, достаточного для их стабилизации. Эффект имеет место только при наличии электрофоретического движения капель или коллоидных образований.An electric field acts on an emulsion or colloidal solution when they continuously flow through a conductive tube with a central non-insulated high voltage electrode at a speed necessary to reduce the size of the droplets of the emulsion or colloidal formations, sufficient to stabilize them. The effect takes place only in the presence of electrophoretic motion of drops or colloidal formations.
Предложено также устройство для стабилизации эмульсий и коллоидных растворов (Фиг.1), содержащее резервуары с исходной эмульсией или коллоидным раствором (1, 2; 2 - альтернативный вариант подачи эмульсии из канистры); краны-регуляторы (3); элементы оптического контроля (4); рабочий объем обработки эмульсии или коллоидного раствора в виде заземленных металлических трубок (5); заземление (6); внутренний высоковольтный электрод трубок рабочего объема (7); изоляторы (8); источник высокого напряжения (9); приемный резервуар (10).Also proposed is a device for stabilizing emulsions and colloidal solutions (Figure 1), containing reservoirs with the original emulsion or colloidal solution (1, 2; 2 - an alternative way to supply emulsion from a canister); control valves (3); optical control elements (4); the working volume of the processing of the emulsion or colloidal solution in the form of grounded metal tubes (5); grounding (6); internal high-voltage electrode of the working volume tubes (7); insulators (8); high voltage source (9); receiving tank (10).
Процесс обработки происходит в заземленной проводящей трубке рабочего объема, содержащей центральный неизолированный электрод высокого напряжения, создающий постоянное электрическое поле, воздействующее на протекающий коллоидный раствор или эмульсию, при наличии электрофоретического движения капель или коллоидных образований.The processing process takes place in a grounded conductive tube of the working volume containing a central non-insulated high voltage electrode that creates a constant electric field acting on the flowing colloidal solution or emulsion in the presence of electrophoretic movement of drops or colloidal formations.
Кроме того, предложено в качестве устройства для контроля уменьшения размеров капель и коллоидных образований использовать фотонный корреляционный спектрометр.In addition, it was proposed to use a photon correlation spectrometer as a device for monitoring the reduction in droplet size and colloidal formations.
Таким образом, в процессе обработки эмульсий и растворов полем проводится оценка готовой продукции методом корреляционной спектроскопии рассеянного света. Этот метод позволяет определить размер капель и коллоидных образований и устойчивость готовых эмульсий или коллоидных растворов против расслаивания.Thus, in the process of processing emulsions and solutions by the field, the finished product is evaluated by the method of scattered light correlation spectroscopy. This method allows you to determine the size of drops and colloidal formations and the stability of the finished emulsions or colloidal solutions against delamination.
На основании полученных данных вносят изменения в технологию обработки, изменяя напряжение на центральном электроде и скорость протекания эмульсии или раствора через трубки рабочего объема.Based on the data obtained, changes are made to the processing technology by changing the voltage at the central electrode and the flow rate of the emulsion or solution through the tubes of the working volume.
С помощью коррелятора определяется время когерентности корреляционной функции интенсивности Те [5], которое связано с коэффициентом диффузии D:Using the correlator, the coherence time of the intensity correlation function Te is determined [5], which is associated with the diffusion coefficient D:
1/τс=2Г=2Dq2,1 / τ s = 2G = 2Dq 2 ,
где q - волновой вектор рассеяния:where q is the scattering wave vector:
n - показатель преломления среды, λ - длина волны падающего света, θ -угол рассеяния,n is the refractive index of the medium, λ is the wavelength of the incident light, θ is the scattering angle,
Через коэффициент диффузии можно рассчитать средний радиус частиц rр. Например, для сферических частиц можно использовать формулу Стокса-Эйнштейна:Using the diffusion coefficient, the average particle radius r p can be calculated. For example, for spherical particles, you can use the Stokes-Einstein formula:
где kB - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура, η - сдвиговая вязкость среды, в которой взвешены частицы радиуса rр.where k B is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature, η is the shear viscosity of the medium in which particles of radius r p are suspended.
В случае, когда взвесь или эмульсия включают частицы нескольких размеров, временная корреляционная функция оказывается суммой нескольких экспонент. В нашем случае для разложения полученной функции по экспонентам использовалась программа DynaLS [http://www.photocor.com/download/Alango/dynals-white-paper.htm], основанная на гистограммном методе с регуляризацией.In the case when the suspension or emulsion includes particles of several sizes, the temporal correlation function is the sum of several exponentials. In our case, the DynaLS program [http://www.photocor.com/download/Alango/dynals-white-paper.htm], based on the histogram method with regularization, was used to decompose the obtained function into exhibitors.
На фиг.2 представлены результаты обработки программой DynaLS корреляционных функций света, рассеянного эмульсией моющего средства «Золушка» в масле И20А (1.5% «Золушки» в масле), т.е. распределение по размерам капель эмульсии, до (а) и после (b) обработки в постоянном электрическом поле в течение 4 минут в проточном режиме в предложенном в настоящем патенте устройстве. Разбавление до ~ 0.015%, традиционная схема динамического рассеяния света, θ=45°. На фиг. 2 в верхней части изображено окно с графиком распределения частиц по размерам в нанометрах, а в нижней - результат анализа пиков методом регуляризации и методом кумулянтов, В первом методе мы выбираем диапазон аппроксимации с 50 по 220 канал, количество интервалов - 200, границы для вывода размеров с 0,5 по 1е+5 нм (в логарифмическом масштабе), а также уровень фона 0. Данные в таблице относятся к графику в верхней половине фиг.2. Первая колонка означает номер пика, вторая - относительную площадь данного пика, третья показывает средний по данному пику размер, четвертая колонка - позицию максимального значения, пятая означает величину стандартного отклонения. Далее в левом нижнем углу представлен результат обработки методом кумулянтов, Первая строка показывает средний размер, вторая - стандартное отклонение, третья - полидисперсность (стандартное отклонение, деленное на средний размер в квадрате), четвертая - фон, пятая - квадрат относительной остаточной ошибки. Видно, что непосредственно после обработки основной пик распределения частиц по размерам смещается влево более чем в 2 раза, т.е. средний радиус капель эмульсии уменьшился в процессе воздействия полем более чем в 2 раза и таким образом седиметационная устойчивость эмульсии увеличивается в 25 раз, т.е. эмульсия стабилизируется.Figure 2 presents the results of processing the DynaLS program of the correlation functions of light scattered by the Cinderella detergent emulsion in I20A oil (1.5% Cinderella in oil), i.e. the size distribution of the droplets of the emulsion, before (a) and after (b) the treatment in a constant electric field for 4 minutes in a flow mode in the device proposed in this patent. Dilution to ~ 0.015%, traditional dynamic light scattering scheme, θ = 45 °. In FIG. 2 in the upper part there is a window with a graph of the particle size distribution in nanometers, and in the lower part the peak analysis by the regularization method and the cumulant method. In the first method, we select the approximation range from 50 to 220 channels, the number of intervals is 200, and the boundaries for displaying sizes from 0.5 to 1e + 5 nm (on a logarithmic scale), as well as the
Из приведенных результатов видно, что предлагаемые способ стабилизации эмульсий и коллоидных растворов и устройство для его осуществления технически реализуемы.From the above results it is seen that the proposed method for stabilizing emulsions and colloidal solutions and a device for its implementation are technically feasible.
Источники информацииInformation sources
1. С. Маньин, Ж. - Б. Прюдомм, Ф. Шульц. Способ приготовления эмульгированного топлива и устройство для его осуществления. Патент РФ RU 2227155 C2 от 08.12.1999.1. S. Magnin, J. - B. Prudumm, F. Schulz. A method of preparing emulsified fuel and a device for its implementation. RF patent RU 2227155 C2 dated 08.12.1999.
2. G. Sande, W. Piasecki, P.G. Nilsen. A coalescing device.// NO patent NO-316109, 2001.2. G. Sande, W. Piasecki, P.G. Nilsen. A coalescing device.// NO patent NO-316109, 2001.
3. В. Пясецкий, М. Флорковский, М. Фульчик и др. Внутрикорпусной электростатический коагулятор//АББ Ревю, 2004, №4, стр.67.3. V. Pyasetskiy, M. Florkovsky, M. Fulchik and others. The internal case electrostatic coagulator // ABB Review, 2004, No. 4, p. 67.
4. К.В. Коваленко, С.В. Кривохижа, Г.В. Ракаева, Л.Л. Чайков «Способ приготовления коллоидных растворов и устройство для его осуществления». Патент РФ RU 2306970, приоритет от 21.12.2005, опубл. 27.09.2007. (Прототип).4. K.V. Kovalenko, S.V. Krivokhizh, G.V. Rakaeva, L.L. Seagulls "A method of preparing colloidal solutions and a device for its implementation." RF patent RU 2306970, priority dated December 21, 2005, publ. 09/27/2007. (Prototype).
5. Г. Камминс, Э. Пайк. Спектроскопия оптического смешения и корреляция фотонов. «Мир», Москва, 1978.5. G. Cummins, E. Pike. Optical mixing spectroscopy and photon correlation. "World", Moscow, 1978.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012156568/05A RU2546156C2 (en) | 2012-12-26 | 2012-12-26 | Method and apparatus for stabilisation of emulsions and colloids |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012156568/05A RU2546156C2 (en) | 2012-12-26 | 2012-12-26 | Method and apparatus for stabilisation of emulsions and colloids |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012156568A RU2012156568A (en) | 2014-07-10 |
RU2546156C2 true RU2546156C2 (en) | 2015-04-10 |
Family
ID=51215450
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012156568/05A RU2546156C2 (en) | 2012-12-26 | 2012-12-26 | Method and apparatus for stabilisation of emulsions and colloids |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2546156C2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3805492A (en) * | 1972-04-28 | 1974-04-23 | A King | Method and apparatus for treating carbureted mixtures |
DE2921498A1 (en) * | 1978-05-31 | 1979-12-06 | Giuseppe Cima | PROCESS FOR TREATMENT AT LEAST PART OF COMBUSTION ELEMENTS FOR COMBUSTION IN A PLANT FOR LIQUID FUEL AND EQUIPMENT FOR CARRYING OUT THE PROCESS |
SU1671934A1 (en) * | 1989-11-20 | 1991-08-23 | Е.М.Захватов, К.Н.Масленников и О.В.Дмитриев | Device for treating fuel |
RU2153594C1 (en) * | 1999-07-28 | 2000-07-27 | Лыженков Василий Николаевич | Device for treatment of fuel |
RU2306970C1 (en) * | 2005-12-21 | 2007-09-27 | Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук | Method of preparation of the colloidal solutions and the device for the method realization |
-
2012
- 2012-12-26 RU RU2012156568/05A patent/RU2546156C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3805492A (en) * | 1972-04-28 | 1974-04-23 | A King | Method and apparatus for treating carbureted mixtures |
DE2921498A1 (en) * | 1978-05-31 | 1979-12-06 | Giuseppe Cima | PROCESS FOR TREATMENT AT LEAST PART OF COMBUSTION ELEMENTS FOR COMBUSTION IN A PLANT FOR LIQUID FUEL AND EQUIPMENT FOR CARRYING OUT THE PROCESS |
SU1671934A1 (en) * | 1989-11-20 | 1991-08-23 | Е.М.Захватов, К.Н.Масленников и О.В.Дмитриев | Device for treating fuel |
RU2153594C1 (en) * | 1999-07-28 | 2000-07-27 | Лыженков Василий Николаевич | Device for treatment of fuel |
RU2306970C1 (en) * | 2005-12-21 | 2007-09-27 | Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук | Method of preparation of the colloidal solutions and the device for the method realization |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012156568A (en) | 2014-07-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Mansur et al. | Determination of asphaltene particle size: influence of flocculant, additive, and temperature | |
Fortuny et al. | Effect of salinity, temperature, water content, and pH on the microwave demulsification of crude oil emulsions | |
Moradi et al. | Effect of salinity on water-in-crude oil emulsion: evaluation through drop-size distribution proxy | |
Kar et al. | The role of resins, asphaltenes, and water in water–oil emulsion breaking with microwave heating | |
Santos et al. | Demulsification of water-in-crude oil emulsions using single mode and multimode microwave irradiation | |
da Silva et al. | Study of the stability and homogeneity of water in oil emulsions of heavy oil | |
Wang et al. | Asphaltene stability in crude oil and aromatic solvents the influence of oil composition | |
Maia Filho et al. | Aging of water-in-crude oil emulsions: Effect on water content, droplet size distribution, dynamic viscosity and stability | |
Anisimov et al. | Effects of resins on aggregation and stability of asphaltenes | |
Zhang et al. | Hyperbranched poly (amido amine) demulsifiers with ethylenediamine/1, 3-propanediamine as an initiator for oil-in-water emulsions with microdroplets | |
Fossen et al. | Asphaltenes precipitated by a two-step precipitation procedure. 1. Interfacial tension and solvent properties | |
Abdulredha et al. | Water-in-oil emulsion stability and demulsification via surface-active compounds: A review | |
Evdokimov et al. | Microwave treatment of crude oil emulsions: Effects of water content | |
Ojinnaka et al. | Formulation of best-fit hydrophile/lipophile balance-dielectric permittivity demulsifiers for treatment of crude oil emulsions | |
Al-Mutairi et al. | Effect of droplet size, emulsifier concentration, and acid volume fraction on the rheological properties and stability of emulsified acids | |
González et al. | Asphaltenes precipitation from crude oil and hydrocarbon media | |
Marcano et al. | Evaluation of the chemical additive effect on asphaltene aggregation in dead oils: a comparative study between ultraviolet–visible and near-infrared-laser light scattering techniques | |
Petrov et al. | Conversion of organic matter in the carbonaceous medium in the supercritical water | |
Kovaleva et al. | Influence of radio-frequency and microwave electromagnetic treatment on water-in-oil emulsion separation | |
Casas et al. | Settling of asphaltene aggregates in n-alkane diluted bitumen | |
Opedal et al. | Enhanced sedimentation and coalescence by chemicals on real crude oil systems | |
Zawala et al. | Settling properties of aggregates in paraffinic froth treatment | |
Araujo et al. | Evaluation of water content and average droplet size in water-in-crude oil emulsions by means of near-infrared spectroscopy | |
Do Carmo et al. | A fractional model to relative viscosity prediction of water-in-crude oil emulsions | |
Muriel et al. | Time evolution and effect of dispersant on the morphology and viscosity of water-in-crude-oil emulsions |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151227 |