Введение к работе
Актуальность. Закономерности распада эмульсий изучены хорошо, в частности, разработана классификация эмульсий по механизму их разрушения, изучена роль различных факторов на процесс распада жидкофазных дисперсных систем.
Однако, имеющиеся данные, как правило, относятся к статическим системам, когда распад эмульсий протекает преимущественно по одному механизму. Недостаточно выявлена роль природы материала твердой поверхности на разрушение эмульсий, особенно в динамических условиях, что важно для уточнения представлений о конкурирующем влиянии различных механизмов на процесс распада эмульсий и имеет практическое значение, так как производство большого числа химических продуктов сопровождается образованием и разрушением эмульсин из компонентов реакционной смеси на стадии получения или выделения и очистки продукта. Значительная длительность стадии разру-шеїшя эмульсии, как правило, нежелательна либо в связи с возможностью протекания побочных реакций, либо из-за необходимости использования отстойных емкостей очень большого размера.
Поэтому задача получения достаточно надежных экспериментальных данных по разрушению эмульсий на различных насадках в динамических условиях и возможность нахождения на их основе соответствующих закономерностей является актуальной как в прикладном, гак и в теоретическом плане.
Цель работы. Изучить и объяснить механизм разрушения прямых и обратных эмульсий на поверхности насадки, найти общие закономерности этого процесса с выделением влияния природы материала и структуры насадки на распад эмульсий и определить на основе полученных закономерностей оптимальные условия проведения процесса разрушения эмульсий углеводородов в серной кислоте, нитробензола в воде и эмульсий воды в нитробензоле, N,N-диметиланилине и 2-этилгексенале.
Научная новизна. Предложен механизм разрушения эмульсий в канале трубчатого коалесцентора. Доказано, что одним из путей распада эмульсии в данных условиях является возможность переконденсации частиц дисперсной фазы в потоке дисперсионной среды; впервые проведены исследования данного явления. Обнаружен эффект диффузионного переноса вещества дисперсной фазы в направлении, противоположном потоку дисперсионной среды, при движении эмульсии в капилляре.
На основании расчетов по модели, учитывающей переконденсацию, показано, что скорость распада движущейся в капилляре эмульсии не зависит от концентрации дисперсной фазы. Это отличает переконденсацию от коалесцен-ции.
Выявлено влияние ряда факторов (гидродинамических, типа насадки и эмульсии, концентрации ее компонентов и их взаимной растворимости, количества введенного ПАВ) на процесс разрушения эмульсии.
Предложена классификация эмульсий по механизму разрушения в коа-лесцирующем фильтре в зависимости от взаимной растворимости и плотности компонентов эмульсии.
Исследована взаимная растворимость компонентов в системах: вода -нитробензол, вода - КЫ-диметиланилин, вода - 2-этилгексеналь, нитробензол -серная кислота.
Практическая ценность. Закономерности разрушения эмульсии воды в нитробензоле, образующейся на установке получения нитробензола АО "Камтэкс", и эмульсии воды в 2-этилгексенале, образующейся при получении 2-этялгексанола на АО "Нефтехимик", исследованы на пилотных установках с насадками из стекловаты и стеклянных капилляров. Установлены технологические параметры, существенно влияющие на результаты обезвоживания продукта. Использование коалесцентора на стеклянных капиллярах оказалось более эффективным по сравнению с коалесцентором на стекловате.
На защиту выносятся следующие основные положения:
-
Данные изучения процесса разрушения жидких дисперсных систем с высокой взаимной растворимостью компонентов и небольшой разницей плотностей фаз.
-
Результаты исследования влияния различных физико-химических факторов на устойчивость систем с большой разностью плотностей контактирующих фаз.
-
Математическая модель диффузионного взаимодействия частиц эмульсии со значительной растворимостью вещества дисперсной фазы в дисперсионной среде с поверхностью насадки при движении системы вдоль поверхности твердой фазы.
-
Результаты испытаний разрушения эмульсий вода/нитробензол и вода/2-этилгексеналь в контактных устройствах с волокнистой и капиллярной структурой насадок на укрупненных установках.
Апробация работы. Основные материалы диссертации обсуждены на научно-практической конференции "Повышение эффективности производства на основе научно-технического прогресса" (Пермь, 1988), на XXVII научно-технической конференции (Пермь, 1991), на семинаре в Институте технической химии УрО РАН (Пермь, 1993), на XXV11I научно-технической конференции по химии и химической технологии (Пермь, 1995).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ.
Структура и объем диссертации. В состав диссертации входят введение, семь глав, общие выводы, список литературы и приложения. Работа изложена на 169 страницах машинописного текста, содержит 27 рисунков и 17 таблиц.