一種提高脈沖電場誘導乳化油液滴結聚效率的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及乳化油液滴結聚，具體涉及一種提高脈沖電場誘導乳化油液滴結聚效 率的方法，屬于乳化油液滴結聚技術領域。
【背景技術】
[0002] 破乳是將乳狀液的分散相小液珠聚集成團，形成大液滴，最終使油水兩相分層析 出的過程。其中電場破乳是一種較常見的方法。目前，脈沖電場破乳主要運用恒定頻率脈 沖作用于乳化油油液。但是，在連續(xù)脈沖電場作用下，乳化油中液滴粒徑開始迅速增大，但 隨后粒徑變化緩慢。粒徑變化會對液滴在電場中受力產生重要影響，也對結聚電場條件產 生影響，因此恒定頻率脈沖破乳電場顯然不能適應粒徑變化對其帶來的影響，存在局限性。

【發(fā)明內容】

[0003] 針對現有技術恒定頻率脈沖破乳存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種提高 脈沖電場誘導乳化油液滴結聚效率的方法，本方法考慮到液滴粒徑變化對電場結聚效率產 生的影響，適應于液滴動態(tài)變化，可有效提高乳化油液滴結聚效率。
[0004] 為實現本發(fā)明目的，采用了以下技術方案：
[0005] -種提高脈沖電場誘導乳化油液滴結聚效率的方法，對乳化油施加電場強度恒定 的脈沖電場進行破乳，本方法脈沖電場的頻率為變頻率，每個頻率下施加脈沖電場的時間 相同，稱之為變化電場頻率的時間間隔，每一個頻率脈沖電場施加該時間后即進入下一個 頻率施加脈沖電場；
[0006] 變化電場頻率的時間間隔h按下式確定：
[0008] 其中，μ :油液動力黏度；ε 2:油液相對介電常數；ε。:真空介電常數；E。:電場強 度有效值；Φ :水在油中的體積分數；
[0009] 不同進程下變化電場頻率的值按下式確定：
[0010] f = (((2y)/(R3p))1/2(l-(4y2((117X ((83Re〇e2E2)/y-((2488Re〇￡2E2)/ γ - (48 7 1 R2 ε 02 ε 22E4) / γ 2+ 1 0 00 0 ) 1/2+ 1 0 0) 2)/(400X ((20R ε 0ε 2E2)/ γ+24)z)-((1743R ε 0 ε 2Ε2)/γ-21Χ ( (2488R ε 0 ε 2Ε2) / γ - (487 IR2 ε 02 ε 22Ε4) / γ 2+10000) 1/2+2100) / ((400R ε 0 ε 2Ε2) / γ +480) +1)2) / (R ρ γ ) - (R ε 0 ε 2Ε2 (((83R ε 0 ε 2Ε2) / y-((2488R ε 0 ε 2Ε2) / γ - (487IR2 ε 02 ε 22Ε4) / γ 2+10000) 1/2+100) / ((100R ε 0 ε 2Ε2) / γ +20) -83/100)) / γ - ((498R ε。ε 2Ε2) / γ -6 X ((2488R ε。ε 2Ε2) / γ - (4871R2 ε。2 ε 22Ε4) / γ 2+10000) 1/2+600) / ((500R ε 0 ε 2Ε2) / γ +600))1/2) / (2 π )；
[0011] 其中，R :液滴粒徑；P :液滴密度；E :電場強度；γ :油水界面張力。
[0012] 所述脈沖電場強度幅值E為400kV/m，電場強度有效值足=五，脈沖占空比為 50%〇
[0013] 本發(fā)明利用變頻率、等作用時間的方法，可有效提高高壓脈沖電場誘導乳化油液 滴的結聚。實驗表明，變頻率脈沖電場條件下油中液滴的結聚情況要比恒定初始頻率電場 條件作用效果優(yōu)越。本方法破乳頻率和頻率轉換時間是通過計算得到的，目前恒定不變的 脈沖電場不利于液滴在油中的高效結聚，變頻率脈沖電場更加符合液滴不斷變大對結聚頻 率產生的影響，對液滴快速結聚變大有明顯地促進作用。
【附圖說明】
[0014] 圖1-本發(fā)明實驗裝置連接示意圖。
[0015] 圖2-70SN乳化油液滴在變頻脈沖電場不同作用時間下的結聚圖；(a)0 ;(b)3s ; (c) 6s ; (d) 9s ; (e) 12s ; (f) 15s ; (g) 18s ; (h) 21s。
[0016] 圖3-70SN乳化油液滴在恒定頻率脈沖不同作用時間下的結聚圖；（a) 0 ; (b) 21s。
[0017] 圖4-兩種電場條件下70SN、100SN和150SN油中液滴粒徑（mm)的變化對比圖；其 中（a)變化頻率；(b)恒定頻率。
【具體實施方式】
[0018] 本發(fā)明提高脈沖電場誘導乳化油液滴結聚效率的方法，采用變化脈沖電場頻率的 方法取代恒定頻率方法，需要確定的技術參數有兩點：（1)變化電場頻率的時間間隔。（2) 變化的電場頻率的值。
[0019] 1、變化電場頻率的時間間隔
[0020] 根據電場的施加時間對油中水滴半徑的影響，得出水滴半徑隨電場的作用時間的 增加而增加，直到達到最大半徑。一個乳化油液系統(tǒng)，包含從N個半徑為R的水滴結聚到 0. 5N個半徑為21/3R的水滴，演化時間由控制相鄰兩水滴的相對運動方程決定，運用Stokes 公式計算水滴拉力和極化公式計算水滴間的吸引力，可得電場頻率促使液滴有效結聚的時 間間隔t1:
[0022] μ :油液動力黏度；ε 2:油液相對介電常數；ε。:真空介電常數；E。:電場強度有 效值；
[0023] Φ :水在油中的體積分數。
[0024] 2、變化電場頻率的值
[0025] 根據乳化油液滴在脈沖電場作用下的破乳動力學模型，用于計算液滴破乳脈沖電 場頻率f的Matlab源代碼如下：
[0026] syms Xl X2 X3 X4 X5 X6 X7
[0027] (((2*X7)/(X2~3*X3)) ~ (1/2)*(卜（4*X1~2*((117*((8 3*X2*X4*X 5*X6~2)/X7- ( (2488*X2*X4*X5*X6~2)/X7- (48 71*X2~2*X4~2*X5~2*X6~4)/ X7'2 + 10000) ' (1/2)+100) ~2)/(400*((20*X2*X4*X5*X6'2)/ X7 + 24) '2)- ((1743*X2*X4*X5*X6'2)/X7-21*((2488*X2*X4*X5*X6'2)/ X7-(4871*X2'2*X4'2*X5'2*X6'4)/X7'2 + 10000) ' (1/2)+2100)/ ((400*X2*X4*X5*X6~2) /X7+480) +1) ~2) ΛΧ2*Χ3*Χ7) - (X2*X4*X5*X6~2* (((83*X2 *X4*X5*X6~2)/X7-((2488*X2*X4*X5*X6~2)/X7-(4871*X2~2*X4~2*X5~2*X6~4)/ X7'2+10000)'(l/2)+100)/((I00*X2*X4*X5*X6'2)/X7+120)-83/100))/ X7- ( (498*X2*X4*X5*X6 ' 2) / X7-6* ( (2488*X2*X4*X5*X6 '2) / X7-(4871*X2~2*X4~2*X5~2*X6~4)/Χ7~2+10000Γ(1/2)+600)八（500*X2*X4*X5*X6~2)/ X7+600)r(l/2))/2/pi ;
[0028] matlab程序中各變量含義如下：
[0029] Xl :油液動力黏度；X2 :液滴粒徑；X3 :液滴密度；X4 :真空介電常數；X5 :油液相對 介電常數；X6 :電場強度；X7 :油水界面張力；
[0030] 故用于計算液滴破乳脈沖電場頻率f如下：
[0031] f =