Разработка технологии эмульгирования жидкостей с применением керамических мембран

• Автор: Седышева, Светлана Алексеевна
• Шифр специальности: 05.17.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 119 с. : ил.

Оглавление
Введение
1. Литературный обзор
1.1. Основы процесса эмульгирования
1.2. Принципы мембранного эмульгирования
1.3. Мембранное эмульгирование в системе «газ-жидкость»
1.3.1. Основы процесса и основные расчетные формулы
1.3.1.1. Параметры процесса
1.3.1.2. Упрощенный баланс сил, действующих на пузырек
1.3.1.3. Точка пузырька
1.3.1.4. Распределение пузырьков по размеру
1.3.2. Эмульгирование без потока жидкой фазы :
1.4. Эмульгирование жидкость-жидкость
1.4.1. Основные расчетные формулы
1.4.2. Влияние параметров процесса
1.5. Промышленное применение
1.6. Деэмульгирование
1.6.1. Разделение эмульсий жидкость-жидкость
1.6.1.1. Физические методы разрушения эмульсий
1.6.1.2. | Химические методы разрушения эмульсий
1.6.2. Разделение газожидкостных эмульсий
1.7. Моделирование процесса
1.8. Перечень существующих мембран для мембранного эмульгирования..
1.9. Обоснование выбора мембраны для мембранного эмульгирования
1.9.1. Технология изготовления трубчатых керамических мембран
1.10. Выбор мембран для мембранного деэмульгирования
1.10.2. Технология изготовления полимерных мембран
2. Методическая часть
2.1. Конструирование экспериментального стенда
2.1.1. Краткое описание процесса
2.1.2. Технологическая схема экспериментального стенда
2.1.3. Деэмульгирование жидкостной эмульсии
2.1.3.1. Блок сорбции
2.1.3.2. Блок мембранной доочистки эмульсии
2.1.4. Разделение эмульсии газ-жидкость
2.2. Параметры мембран и методики их определения
2.2.1. Точка пузырька
2.2.2. Распределение пор по размерам
2.2.3. Средний размер пор
2.3. Определение величины поверхностного натяжения
2.4. Определение размеров капель эмульсии
2.5. Определение керосина в воде

2.6. Определение концентрации кобальта
3. Экспериментальные исследования процессов эмульгирования и
деэмульгирования на гетерогенных системах газ-жидкость и жидкость-жидкость»
3.1. Эмульгирование в системе газ-жидкость
3.1.1. Полученные данные
3.1.2. Зависимость диаметра пузырька от параметров потока воды
3.1.3. Распределение пузырьков по размерам
3.1.4. Расчет газосодержания и потока воздуха через мембрану
3.1.5. Расчет силы срезания
3.2. Деэмульгирование газо-жидкостной эмульсии
3.3. Эмульгирование в системе жидкость - жидкость
3.3.1. Исследование характеристик мембран
3.3.2. Получение эмульсий
3.3.2.1. Исследуемые системы
3.3.2.2. Зависимость среднего размера капель эмульсии от гидродинамических параметров дисперсионной среды
3.3.2.3. Зависимость степени полидисперсности эмульсии от гидродинамических параметров непрерывной фазы
3.3.2.4. Зависимость размера капель и степени полидисперсности от соотношения давления воды и масла
3.3.3. Влияние концентрации электролита на параметры эмульсии
3.4. Деэмульгирование эмульсий «жидкость-жидкость»
3.4.1. Сорбционное разделение эмульсий «жидкость-жидкость»
3.4.2. Мембранная доочистка эмульсии
3.4.2.1. Выбор мембраны
3.4.2.2. Влияние концентрации Д2ЭГФК
3.4.2.3. Влияние концентрации ПАВ
3.4.2.4. Разделение эмульсии после экстракции кобальта
4. Описание математической модели
5. Построение номограммы
6. Выводы
7. Список литературы
Введение
Недавно появившийся термин «мембранное эмульгирование» (МЭ) определяет способ образования эмульсий при диспергировании вещества через поры анизотропной мембраны в движущийся над ней поток жидкости. Способ этот привлекает тем, что дает возможность при малом расходе энергии получать достаточно тонкие эмульсии и легко регулировать соотношение фаз. Настоящая работа посвящена изучению процесса мембранного эмульгирования с применением пористой керамической трубчатой мембраны. Получение эмульсий изучено на системах «газ-жидкость» и «жидкость-жидкость». Также изучены процессы последующего разделения полученных эмульсий различными методами.
Интерес к данной теме обусловлен возможными применениями получаемых эмульсий. Создание очень тонких эмульсий «газ-жидкость» необходимо для получения сатурированных напитков, флотации, приготовления СОЖ, процессов абсорбции и т.д. Получение эмульсий «жидкость-жидкость» востребовано в пищевой промышленности (аппреты, заменители молока, сливочные ликеры, маргарины и спреды низкой жирности), медицинской, фармацевтической и косметической областях (средства доставки лекарственных средств к участку действия, изготовление препаратов на основе эмульсий, кремов), в производстве хроматографических наполнителей, красителей для электрофотографии (ксерокопирования), в процессах реагентной ультрафильтрации и экстракции, и др. При этом получить малые размеры капель и пузырей «сверху вниз», т.е. диспергируя большие частицы, энергетически затратно и часто сопряжено с деструкцией диспергируемой фазы.
Научная новизна работы заключается в:
- исследовании механизма формирования мелкодисперсной эмульсии в потоке дисперсной среды над поверхностью нерегулярной пористой мембраны;
может быть объяснено образованием лизолецитина при обработке фосфолипазой.
Вторую группу составляют методы замещения молекул существующего адсорбционного слоя на молекулы такого вещества, которое обладает высокой поверхностной активностью и вытесняет молекулы стабилизатора с поверхности раздела фаз, но неспособное к образованию механически прочного гелеобразного слоя. В результате при столкновении капель происходит разрушение такого слоя и слияние капель. К деэмульгаторам относят вещества с неразвитым углеводородным радикалом и маленькой полярной частью - например, низшие спирты или их эфиры с окисью этилена. Этот метод часто используют для удаления воды из нефти.
Третью группу составляют методы инверсии фаз. Введение веществ, изменяющих растворимость стабилизатора, способствует переходу его молекул с поверхности раздела в объем фаз. Например, добавлением солей щелочноземельных металлов к эмульсиям прямого типа, стабилизированным солями жирных кислот щелочных металлов, можно изменить устойчивость эмульсии. При этом увеличивается растворимость стабилизатора в углеводородной жидкости и происходит разрушение эмульсии. Однако, если добавить значительное количество ионов щелочноземельных металлов, то может произойти переход от эмульсии прямого типа к эмульсии типа «вода в масле». Это явление, так же, как и в случае изменения типа эмульсии при

повышении температуры, если эмульсия стабилизирована неионогенным стабилизатором, носит название инверсии фаз и может наблюдаться по электропроводимости или по вязкости.
Четвертая группа химической дестабилизации эмульсии - нейтрализация поверхностных электростатических сил отталкивания путем добавления различного рода ионов, например хлорида алюминия, сульфата алюминия, хлорида железа и др.