一种提高脉冲电场诱导乳化油液滴结聚效率的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及乳化油液滴结聚，具体涉及一种提高脉冲电场诱导乳化油液滴结聚效 率的方法，属于乳化油液滴结聚技术领域。
【背景技术】
[0002] 破乳是将乳状液的分散相小液珠聚集成团，形成大液滴，最终使油水两相分层析 出的过程。其中电场破乳是一种较常见的方法。目前，脉冲电场破乳主要运用恒定频率脉 冲作用于乳化油油液。但是，在连续脉冲电场作用下，乳化油中液滴粒径开始迅速增大，但 随后粒径变化缓慢。粒径变化会对液滴在电场中受力产生重要影响，也对结聚电场条件产 生影响，因此恒定频率脉冲破乳电场显然不能适应粒径变化对其带来的影响，存在局限性。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术恒定频率脉冲破乳存在的上述不足，本发明的目的是提供一种提高 脉冲电场诱导乳化油液滴结聚效率的方法，本方法考虑到液滴粒径变化对电场结聚效率产 生的影响，适应于液滴动态变化，可有效提高乳化油液滴结聚效率。
[0004] 为实现本发明目的，采用了以下技术方案：
[0005] -种提高脉冲电场诱导乳化油液滴结聚效率的方法，对乳化油施加电场强度恒定 的脉冲电场进行破乳，本方法脉冲电场的频率为变频率，每个频率下施加脉冲电场的时间 相同，称之为变化电场频率的时间间隔，每一个频率脉冲电场施加该时间后即进入下一个 频率施加脉冲电场；
[0006] 变化电场频率的时间间隔h按下式确定：
[0008] 其中，μ :油液动力黏度；ε 2:油液相对介电常数；ε。:真空介电常数；E。:电场强 度有效值；Φ :水在油中的体积分数；
[0009] 不同进程下变化电场频率的值按下式确定：
[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 :液滴粒径；P :液滴密度；E :电场强度；γ :油水界面张力。
[0012] 所述脉冲电场强度幅值E为400kV/m，电场强度有效值足=五，脉冲占空比为 50%〇
[0013] 本发明利用变频率、等作用时间的方法，可有效提高高压脉冲电场诱导乳化油液 滴的结聚。实验表明，变频率脉冲电场条件下油中液滴的结聚情况要比恒定初始频率电场 条件作用效果优越。本方法破乳频率和频率转换时间是通过计算得到的，目前恒定不变的 脉冲电场不利于液滴在油中的高效结聚，变频率脉冲电场更加符合液滴不断变大对结聚频 率产生的影响，对液滴快速结聚变大有明显地促进作用。
【附图说明】
[0014] 图1-本发明实验装置连接示意图。
[0015] 图2-70SN乳化油液滴在变频脉冲电场不同作用时间下的结聚图；(a)0 ;(b)3s ; (c) 6s ; (d) 9s ; (e) 12s ; (f) 15s ; (g) 18s ; (h) 21s。
[0016] 图3-70SN乳化油液滴在恒定频率脉冲不同作用时间下的结聚图；（a) 0 ; (b) 21s。
[0017] 图4-两种电场条件下70SN、100SN和150SN油中液滴粒径（mm)的变化对比图；其 中（a)变化频率；(b)恒定频率。
【具体实施方式】
[0018] 本发明提高脉冲电场诱导乳化油液滴结聚效率的方法，采用变化脉冲电场频率的 方法取代恒定频率方法，需要确定的技术参数有两点：（1)变化电场频率的时间间隔。（2) 变化的电场频率的值。
[0019] 1、变化电场频率的时间间隔
[0020] 根据电场的施加时间对油中水滴半径的影响，得出水滴半径随电场的作用时间的 增加而增加，直到达到最大半径。一个乳化油液系统，包含从N个半径为R的水滴结聚到 0. 5N个半径为21/3R的水滴，演化时间由控制相邻两水滴的相对运动方程决定，运用Stokes 公式计算水滴拉力和极化公式计算水滴间的吸引力，可得电场频率促使液滴有效结聚的时 间间隔t1:
[0022] μ :油液动力黏度；ε 2:油液相对介电常数；ε。:真空介电常数；E。:电场强度有 效值；
[0023] Φ :水在油中的体积分数。
[0024] 2、变化电场频率的值
[0025] 根据乳化油液滴在脉冲电场作用下的破乳动力学模型，用于计算液滴破乳脉冲电 场频率f的Matlab源代码如下：
[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程序中各变量含义如下：
[0029] Xl :油液动力黏度；X2 :液滴粒径；X3 :液滴密度；X4 :真空介电常数；X5 :油液相对 介电常数；X6 :电场强度；X7 :油水界面张力；
[0030] 故用于计算液滴破乳脉冲电场频率f如下：
[0031] f =