芻議油水分離中聚結分離技術的應用

摘要：工業發展中所形成的油水混合乳液通常需要進行油水分離，聚結分離技術是油水分離中分離效率較高的一類分離技術，在較多領域得到了廣泛應用。本文對聚結分離技術的基本原理以及分離過程進行了闡述，并分析了分離效率的影響因素，最后分析總結了目前聚結分離技術在油水分離中的相關應用情況。

關鍵詞：聚結分離；油水分離；發展及應用

常見的油水混合物中油與水是是互不相溶的，但是在工業發展過程中經常會形成油水混合乳液。油水混合乳液狀態非常穩定，因此要將油相和水相進行分離的難度較大。目前常見的油水分離技術有重力法、離心法、電場分離法、聚結分離法等。其中，重力法、離心法以及電場分離法是發展較早的傳統分離方法，目前普遍存在著設備運行成本較高、分離效率較低等問題。而聚結分離是近年來發展的一種新型油水分離技術，具有脫水效率高、容器設備簡單、能量損耗小以及成本低等優點，在工業領域內得到了快速發展。

1 聚結分離技術原理簡介

聚結分離技術最早來源于雨滴和水滴的碰撞現象，后來逐漸發展為工業領域內的一種常用分離技術。聚結分離技術本質上是一個分散相顆粒由小顆粒聚結為大顆粒從而實現分離的過程。其基本原理根據分散相聚結方式的不同可分為兩類：碰撞聚結和潤濕聚結。碰撞聚結主要依靠液滴間的外力撞擊來實現聚結，聚結的關鍵在于控制液滴碰撞后的狀態。如果碰撞力太大，液滴碰撞后發生破碎則不能有效實現油水分離，而碰撞力太小，則受到油水兩相界面張力的影響，也不能實現油水分離。潤濕聚結是通過某種聚結介質來潤濕并吸附分散相，從而使得分散相逐漸從連續相中脫離出來，實現油水分離。在實際工業應用中，碰撞聚結和潤濕聚結并不是相互獨立的，而是共同存在的。

2 聚結分離技術的基本過程

聚結分離技術的基本過程包括：分散相液滴的相互接近過程、分散相液滴的粘附聚結過程與分散相與連續相的脫離過程。

（1）相互接近過程。分散相利用外力或者其他介質實現小顆粒之間的相互接近，例如范德華力、靜電作用、濃度擴散等。分散相小顆粒之間的相互接近是實現聚結分離的第一步，也是關鍵一步，對于聚結分離技術的分離效率起到決定性作用。

（2）粘附聚結過程。粘附聚結過程是實現分散由小顆粒到大顆粒的過程。以潤濕聚結為例，其粘附效率主要受分散相與分離聚結器之間的潤濕粘附性能。同時，分散相在潤濕粘附分離聚結器的過程中，還會受到連續相的阻礙。通常來說，聚結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對粘附性能產生影響。

（3）兩相脫離過程。連續相和分散相的相互脫離是實現油水分離的最終過程。對于潤濕聚結來說，即為分散相與聚結分離器之間的脫離；對于碰撞粘結來說，即為油水兩相的最終脫離與釋放。

3 聚結分離技術的相關影響因素

（1）聚結材料的表面性能。聚結材料的表面性能會對分散相液滴的潤濕粘附效率產生直接影響，如果聚結材料的表面粗糙度較大，則會增加分散相液滴粘附聚結材料的能力，更容易實現從小液滴到大液滴的轉變。另外，由于分散相在粘附潤濕聚結材料的過程中，必須要置換連續相，因此，聚結材料的表面能高低也會影響到分散相的潤濕粘附。聚結材料的表面能越低，分散相越容易實現潤濕粘附。聚結材料的親疏水性能對分散相潤濕粘附的影響比較復雜，單一的親水性能或者疏水性能并不能達到最好的粘附效果，兩者混合可能有助于提高分散相的潤濕粘附效率。

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

（3）液體流速。液體流速對于聚結分離技術的影響較復雜，如果液體流速較低，一方面可以增強分散相液滴的沉積以及擴散等作用，但是另一方面，也會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。因此，需要將液體的流動控制在合適的速度，達到最佳的油水分離效果。

4 聚結分離技術在油水分離中的相關應用

需要進行油水分離的油水混合乳液可以分類為兩大類：一類為水作為連續相，油作為分散相，即水包油型；另外一類為油作為連續相，水作為分散相，即油包水型。在進行油水分離時，對于兩種類型的油水混合乳液雖然應用目的不同，但是基本原理是相同的。對于水包油型油水混合乳液，聚結分離技術主要應用于有油污水、原油脫水等方面，有效實現油水分離，高效提取純油或純水。對于水包油型油水混合乳液，聚結分離技術主要應用于成品油的提純中，通過脫水處理，進一步提升成品油的純度。在油水分離的實際應用過程中，最主要的聚結分離技術包括重力場聚結和電場聚結。重力場聚結的主要原理是利用分散相和連續相的密度差異，造成重力大小的不同，實現油水兩相的聚結分離。電場聚結的主要原理是利用分散相和連續相量電導率差異，在電流作用下實現油水兩相的聚結分離。電場聚結在應用時通常是與其他聚結方式共同使用的，很少會采取單一的電場聚結方式來進行油水分離。

5 結語

目前，聚結分離技術在油水分離領域內雖然得到了廣泛應用與發展，但在理論研究方面還可以進一步挖掘，包括基本原理以及相關的影響因素。專業理論知識的成熟可以更好的為技術的發展提供基礎支撐，從而可以進一步提高聚結分離技術的分離效率，更好的實現油水分離。

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作者簡介：段傳虎（1995），男，湖北英山人，專業：應用化學。