phân chia hệ nhũ tương dầu nước

Đồ án tốt nghiệp Phân chia hệ nhò tương dầu nước Ph©n chia hÖ nhò t¬ng dÇu níc Phân chia hệ nhũ tương dầu nước LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy Phạm Văn Thiêm cùng thầy Hoàng Tuấn Bằng đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình làm tốt nghiệp. Em còng xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô trong bộ môn Công Nghệ Hữu Cơ Hoá Dầu, bộ môn Quá Trình Thiết Bị trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội cùng tất cả các bạn đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình làm đồ án. Nhân dịp này em còng xin cảm ơn tất cả các Thầy, Cô đã từng dạy em trong suốt thời gian học ở trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội. Hà Nội, ngày 15 tháng 5 năm 2002 Sinh viên Nguyễn Đình Nhật Sinh viên : Nguyễn Đình Nhật Trang1 Líp : Hoá Dầu I-K42 Đồ án tốt nghiệp Phân chia hệ nhò tương dầu nước Ph©n chia hÖ nhò t¬ng dÇu níc Mục lục Trang Chương I: tổng quan I.khái niệm về nhò tương II.Phân loại nhò tương 1. Phân loại dùa vào pha phân tán 2. Phân loại theo nồng độ thể tích mà pha phân tán chiếm 3. Nhận biết nhò tương dầu nước và nhò tương nước dầu III. Chế tạo nhò tương 1. Phương pháp ngưng tụ 2. Phương pháp phân tán IV.Lý thuyết về sự ổn định của nhò tương 1. Hiện tượng tách nhò 2. ảnh hưởng của điện tích đến sự ổn định của nhò tương 3. Các yếu tố bề mặt đối với sự ổn định nhò tương 4. Các tác nhân tạo nhò 4.a.Sức căng bề mặt của dung dịch chất nhò hoá 4.b. Chọn chất nhò hoá 4.c. Chất hoạt động bề mặt 5. Lùa chọn chất phá nhò Chương II : Phương pháp nghiên cứu I.Kích thước và phân bố tập hợp giọt nhò tương 1.Kích thước, thành phần và phân bố kích thước giọt Sinh viên : Nguyễn Đình Nhật Trang2 Líp : Hoá Dầu I-K42 Đồ án tốt nghiệp Phân chia hệ nhò tương dầu nước Ph©n chia hÖ nhò t¬ng dÇu níc 2. Các phương pháp xác định kích thước giọt 3. Phân bố kích thước giọt 4. Các hàm phân bố thường gặp của tập hợp giọt 5. Đánh giá tính tương hợp của hàm phân bè 6.Biểu diễn phân bố tập hợp giọt II.Qui trình thí nghiệm 1. Tạo mẫu nhò tương dầu nước. 2. Tiến hành thí nghiệm phá nhò. 3. Phương pháp xác định lượng dầu trong nước tiến hành trong phòng thí nghiệm III.Phương pháp kế hoạch hoá thực nghiệm 1.Kế hoạch toàn phương 2. Tối ưu hoá bằng phương pháp leo dốc trên bề mặt mức 3. Mô tả miền hầu như ổn định (miền dừng cực trị) 4. Kế hoạch trực giao bậc 2 IV.phương pháp tuyển nối 1. Những khái niệm về tuyển nổi 2. Phân loại tuyển nổi. 3. Nội dung tuyển nổi bọt 3. Ứng dụng phương pháp tuyển nổi bọt Chương III : kết quả thảo luận I . Kết quả thí nghiệm và mô tả toán học 1. Tính các hệ số b j của mô hình 2. Kiểm tra sự tương hợp của các hệ số b j 3. kiểm tra tính tương hợp của mô hình 4. Lập mô hình bậc hai Sinh viên : Nguyễn Đình Nhật Trang3 Líp : Hoá Dầu I-K42 Đồ án tốt nghiệp Phân chia hệ nhò tương dầu nước Ph©n chia hÖ nhò t¬ng dÇu níc MỞ ĐẦU Hiện nay ở nước ta công nghiệp dầu khí là một trong những nghành phát triển mạnh. Nó cung cấp hầu hết các sản phẩm hoá học , tổng hợp hữu cơ hoá dầu, làm nhiên liệu cung cấp cho nhiều nghành công nghiệp khác . Cùng với sự phát triển mạnh của nghành công nghiệp dầu khí thì cũng nẩy sinh ra những vấn đề bức súc kèm theo đó là sự ô nhiễm môi trường do qua trình khảo sát địa chấn , khoan thăm dò tìm kiếm khai thác dầu khí cũng như sự ô nhiễm trong quá trình sử dông . Hiện nay ở nước ta đang khai thác một số mỏ như Bạch Hổ , Đại Hùng và chuẩn bị khai thác một số mỏ mới như Rạng Đông , Ruby , Hồng Ngọc …Do đó sự ô nhiễm mặt nước do khai thác và sử dụng là không thể tránh khái . Ngoai ra trong quá trình hoạt động còn có thể xảy ra các sự cố làm tràn dầu ra biển như rò rỉ dầu trong bơm tải tiếp dầu , vì nứt đường ống , va chạm tầu chở dầu . Theo số liệu thống kê của cục môi trường Bộ khoa học công nghệ môi trưòng trong những năm gần đây có các sự cố như : Ngày 10- 1-1996 sự cố tràn dầu ở lô 4 ngoài khơi vũng tầu dầu diezen tràn ra từ khoan nhiên liệu của tầu dịch vụ với lượng là 85m 3 , sù cố xảy ra vào 8-1998 ở Cát Lái . Bên cạnh những vấn đề ô nhiễm môi trường biển do các sự cố xảy ra thì vấn đề ô nhiễm do các các chất thải của nhà máy xí Sinh viên : Nguyễn Đình Nhật Trang4 Líp : Hoá Dầu I-K42 ỏn tt nghip Phõn chia h nhũ tng du nc Phân chia hệ nhũ tơng dầu nớc nghip cú s dng du cng l vn cn phi gii quyt vỡ nú gõy tỏc hi trc tip ti ngun nc sinh hot v sc kho ca con ngi Do nhng tỏc hi k trờn m vic phõn chia v tỏch du ra khi nc l mt vn thit thc v cp bỏch hin nay. Do những tác hại kể trên mà việc phân chia và tách dầu ra khỏi nớc là một vấn đề thiết thực và cấp bách hiện nay. CHNG I: TNG QUAN I. khỏi nim v nhũ tng. Nhũ tng l mt h phõn tỏn ca ít nht hai cht lng khụng tan ln hoc tan rt ít vo nhau, một trong hai cht lng ú phõn tỏn vo cht lng kia di dng git nh, kớch thc git cht lng bin i trong phm vi rng. Dng nhũ tng tu thuc vo loi cht nhũ hoỏ c s dng, nhit v khi lng cỏc pha s dng. Nu pha lng no d ho tan cht nhũ hoỏ s cú xu hng tr thnh pha liờn tc. Trong mt nhũ tng kớch thc cỏc git khụng ng nht. Kớch thc git ph thuc vo phng phỏp ch to nhũ v nng cht nhũ hoỏ. Cng nh cỏc h phõn tỏn khỏc, nhũ tng l h khụng bn nhit ng. Do ú duy trỡ nhũ tng to c phi cho vo h cht bo v (cht nhũ hoỏ). II.Phõn loi nhũ tng . 1.Phõn loi dựa vo pha phõn tỏn. Trong thc t thng tn ti hai loi nhũ tng ú l: -Nhũ tng du/nc hay gi l nhũ tng thun õy l loi nhũ tng m pha phõn tỏn l du cũn pha liờn tc l nc. Sinh viờn : Nguyn ỡnh Nht Trang5 Lớp : Hoỏ Du I-K42 Đồ án tốt nghiệp Phân chia hệ nhò tương dầu nước Ph©n chia hÖ nhò t¬ng dÇu níc -Nhò tương nước/dầu hay gọi là nhò tương nghịch trong đó pha phân tán là nước còn pha liên tục là dầu. 2.phâ loại theo nồng độ thể tích mà pha phân tán chiếm. • Nhò tương loãng. Đây là loại nhò tương mà pha phân tán chỉ chiếm 0,1%-0,2% thể hệ. Giới hạn 0,1%-0,2% là tuỳ thuộc vào bản chất của hai pha mà nhò tương. Nhò tương loãng có thể tồn tại ở dạng giọt có đường kính khoảng 0,1µm. Nhò tương pha loãng có tính chất của một hệ keo điển hình, hệ có thể có điện tích ξ và cũng tuân theo quy tắc keo tụ. Điện tích xuất hiện trên các giọt của pha phân tán là do sự hấp phụ các ion của các chất điện ly vô cơ có mặt trong môi trường. Vì nồng độ nhỏ nên nhò tương này có độ bền tập hợp lớn. Điện tích xuất hiện trên các giọt của pha phân tán là do sự hấp phụ các ion của các chất điện ly vô cơ có mặt trong môi trường. Vì nồng độ hạt nhỏ nên nhò tương loãng có độ bền tập hợp hạt lớn. • Nhò tương đặc. Với nhò tương đặc pha phân tán thường chiếm khoảng 0,2% đến 74% thể tích hệ. Đường kính giọt trong nhò tương đặc vào khoảng 0,1đến 1µm. Nhò tương đặc rất kém bền, trong hệ thường phải có chất nhò hoá bảo vệ. Nhò tương đặc dễ sa lắng hoặc nổi lên trên, nếu pha phân tán có khối lượng riêng lớn hơn khối lượng riêng môi trường thì các giọt sẽ sa lắng và ngược lại thì các giọt sẽ nổi lên trên. • Nhò tương đậm đặc. Sinh viên : Nguyễn Đình Nhật Trang6 Líp : Hoá Dầu I-K42 Đồ án tốt nghiệp Phân chia hệ nhò tương dầu nước Ph©n chia hÖ nhò t¬ng dÇu níc Pha phân tán chiếm từ 74 đến 99% thể tích hệ. Nhò tương loại này chỉ tồn tại khi có chất nhò hoá tốt. Dung dịch chất nhò hoá nằm giữa các giọt của pha phân tán dưới dạng những màng rất mỏng, độ dày của màng trong các nhò tương này mỏng tới 100A 0 hoặc bé hơn. các giọt cầu biến dạng thành các hình đa diện và được ngăn cách với nhau bằng các màng mỏng của chất nhò hoá và pha ngoài ( pha liên tục ) trong một số trường hợp hệ tạo thành khối gel, có ranh giới phân chia pha phức tạp. Hinh1.1 Nhò tương dầu/nướcvà nhò tương nước/dầu. 3.Nhận biết nhò tương dầu nước và nhò tương nước dầu. Có thể nhận biết hai loại nhò tương bằng cách: -Thêm mét Ýt chất màu chỉ có khả năng tan vào một trong hai pha ( pha phân tán ) hoặc ( pha liên tục ) mà qua kính hiển vi có thể dễ dàng phân biệt được. -Thêm mét Ýt nước thì nó chỉ trộn lẫn trong nhò tương loai dầu/nước mà không trộn lẫn trong nhò tương loại nước/dầu. -Độ dẫn điện của nhò tương dầu/nước lớn hơn nhò tương nước dầu. Sinh viên : Nguyễn Đình Nhật Trang7 Líp : Hoá Dầu I-K42 ỏn tt nghip Phõn chia h nhũ tng du nc Phân chia hệ nhũ tơng dầu nớc III.ch to nhũ tng. Cú hai phng phỏp ch to nhũ tng ú l: - phng phỏp ngng t. - Phng phỏp phõn tỏn. 1.phng phỏp ngng t. Cho cht lng A ho tan vao cht lng B trng thỏi bóo ho. Nu trng thỏi bóo ho b phỏ v s to thnh nhũ tng. Vic phỏ v trng thỏi bóo ho cú th thc hin bng cỏch h nhit ca dung dch hoc thay i nng ca dung dch gim ụ ho tan. Phng phỏp ny ít c dựng trong cụng nghip. 2.phng phỏp phõn tỏn. Quỏ trỡnh to nhũ cú th xy ra mt cỏch t nhiờn do du cú kh nng nhũ húa hay ho tan. Hoc dựng lc c hc phõn tỏn pha ny vo pha kia. IV.Lý thuyt v s n nh ca nhũ tng . 1.Hin tng tỏch nhũ. nhũ tng cú n nh cao, kớch thc git nhũ phi nh, s phõn b kớch thc git hp. Quỏ trỡnh phỏ v s n nh ca nhũ tng xy ra nh sau: Sinh viờn : Nguyn ỡnh Nht Trang8 Lớp : Hoỏ Du I-K42 Nhũ tơng Lắng đọng Tập hợp các giọt nhũ Tập hợp các giọt nhũ Lắng đọng Kết tụ Tách nhũ Đồ án tốt nghiệp Phân chia hệ nhò tương dầu nước Ph©n chia hÖ nhò t¬ng dÇu níc HìnhI-2: Quá trình phá vỡ nhò tương Ban đầu do có sự khác nhau về tỷ trọng giửa pha phân tán và môi trường phân tán, nhò tương bị phân làm hai phần có nồng độ chất phân tán thay đổi so với nhò tương ban đầu; một phần chứa nhiều giọt nhò phân tán hơn phần kia. Tốc độ lấng của các giọt nhò trong chất lỏng được tính bởi phương trình Stoke: ( ) 2 21 2 9 2 η ddgr u − = Ơ đây: u: tốc độ lắng. r: là bán kính giọt nhò. d 1 ,d 2 :là tỷ trọng của chất phân tán và môi trường phân tán. η 2 : là độ nhít của môi trường phân tán. g: là gia tốc trọng trường. Từ phương trình Stoke có thể thấy rằng để làm giảm quá trình lắng của các giọt nhò, nhò tương phải có phân bố kích thước hẹp, kích thước giọt nhỏ, hoặc tỷ trọng giữa các pha tạo nên nhò tương phải xấp xỉ nhau, điều này khó thực hiện được trong một số trường hợp cụ thể. Quá trình lắng đọng có thể trở lại dạng nhò tương ban đầu nhờ khuấy trộn mạnh. Quá trình phá nhò hoàn toàn xảy ra khi các giọt nhò kết hợp lại với nhau thành các giọt lớn hơn làm giảm số giọt trong nhò Sinh viên : Nguyễn Đình Nhật Trang9 Líp : Hoá Dầu I-K42 Đồ án tốt nghiệp Phân chia hệ nhò tương dầu nước Ph©n chia hÖ nhò t¬ng dÇu níc tương. Quá trình kết hợp xảy ra liên tục, đến một lúc nào đó nhò tương bị phân tán thành hai pha riêng biệt. Quá trình kết tụ xảy ra theo hai bước. Ban đầu các giọt nhò có xu hướng tập hợp lai, tạo thành một tập hợp giọt. Tập hợp giọt này càng làm tăng tốc độ lắng của pha phân tán. Các giọt nhò trong tập hợp giọt tiếp xúc trực tiếp với nhau khi phân tử chất nhò hoá trên bề mặt giọt nhò bị khử hấp thụ. Do vậy chúng kết hợp lại với nhau tạo thành giọt lớn hơn. Như vậy lực hấp thụ của chất nhò hoá đối với pha phân tán có ý nghĩa quan trọng trong quá trình ngăn cản sự kết tụ của các giọt. 2.ảnh hưởng của điện tích đến sự ổn định của nhò tương. Ảnh hưởng của điện tích đến độ ổn định của nhò tương được biết đến khá sớm, nhưng phải đến thời gian gần đây, người ta mới nghiên cứu lý thuyết này một cách tỉ mỉ hơn. Đặc biệt là cần phải quan tâm ảnh hưởng của việc tích điện của những giọt nhò tương . +Nguồn gốc và dấu hiệu của sự tích điện lên giọt nhò tương. Việc tích điện lên giọt trong các hệ keo có thể sinh ra theo 3 cách sau: - Sù ion hoá . - Sù hấp phô . - Sù tích điện do va chạm . Sự ổn định của nhò tương được coi như là do sự xuất hiện của các phần tử tác nhân tạo nhò trên bề mặt giọt. Khi các phần tử này hấp phụ trên bề mặt phân chia pha và đặc biệt khi xét đến hệ nhò tương dầu/nước thì nguồn gốc của việc tích điện bề mặt xuất phát từ quá trình ion hoá của nhóm hoà tan trong nước. Sinh viên : Nguyễn Đình Nhật Trang10 Líp : Hoá Dầu I-K42 [...]... khit thỡ s xy ra s phỏ v nhũ cú c một nhũ tng n nh cú li v nng ca pha phõn tỏn khụng i thỡ nht thit phi thờm mt cu t th ba lm cht tham gia tng tớnh n nh ca nhũ tng Tm thi cú th chia ra bn nhúm cỏc cht lm tỏc nhõn to nhũ + Nhúm th nht:( l cỏc cht ít nh hng nht): Sinh viờn : Nguyn ỡnh Nht Trang18 Lớp : Hoỏ Du I-K42 ỏn tt nghip nc Phõn chia h nhũ tng du Phân chia hệ nhũ tơng dầu nớc õy l cỏc cht in... Tt c cỏc trng hp ny u cú th xy ra sau khi nhũ tng c hỡnh thnh (A) Phá vỡ nhũ oO o o o o O O O o o oOo oo Ooo 0O 0 o O O O OO O O O O Hỡnh 1.4 Sinh viờn : Nguyn ỡnh Nht Trang17 Lớp : Hoỏ Du I-K42 (B) Tạo lớp váng giọt (C) Sự kết tụ ỏn tt nghip nc Phõn chia h nhũ tng du Phân chia hệ nhũ tơng dầu nớc hỡnh 1.4 s phỏ v nhũ l s kt hp tự nhiờn ca cỏc git nh trong nhũ tng to thnh mt h gm hai dung dch phõn... Sinh viờn : Nguyn ỡnh Nht Trang11 Lớp : Hoỏ Du I-K42 ỏn tt nghip nc Phõn chia h nhũ tng du Phân chia hệ nhũ tơng dầu nớc khỏc ca git nhũ tng Cỏc git nhũ tng du/nc s cú tớch in õm Mt khỏc, cỏc git nc ca nhũ tng nc/du s tớch in dng Lu ý l quy lut ca Coeh ch c chng minh v tớnh in di v khụng c coi nh tớnh chun xỏc v kh nng to nhũ Nh vy vic tớch in ca cỏc git, nh cỏc ht keo k nc úng gúp vo vic n nh ca... nhũ tng du Phân chia hệ nhũ tơng dầu nớc t phỏt sinh Quỏ trỡnh ngc li cn phi tiờu tn mt nng lng vỡ vy nú khụng xy ra mt cỏch t nhiờn Cỏc dung dch ho tan trng thỏi phõn tỏn keo, mixen khụng b phõn lớp nh nhũ tng bi vỡ cỏc thnh trong chỳng khụng to thnh mt h nhit ng m trong ú xy ra s phõn tỏch Nu núi v tớnh khụng bn vng ca nhũ tng thỡ dựa vo c im phõn bit cú th chia ra cỏc trng hp sau: - Sự phỏ v nhũ. .. viờn : Nguyn ỡnh Nht Trang20 Lớp : Hoỏ Du I-K42 ỏn tt nghip nc Phõn chia h nhũ tng du Phân chia hệ nhũ tơng dầu nớc S n nh ca nhũ tng cú th c ghi nhn khi ta khụng thy s phỏ nhũ trong vi giờ, vi ngy hoc vi thỏng khi cỏc git cú kh nng chm vo nhau nhng khụng xy ra s phỏ v mt phõn cỏch v kt hp gia cỏc cht lng bờn trong git Cỏc tỏc nhõn to nhũ ó to ra mt ro chn phõn t gia cỏc dung dch, hng ro chn ny cú th... 4.b Chn cht nhũ hoỏ cú nhũ tng thớch hp, cn phi chn cht nhũ hoỏ cú hm lng cht k nc v nhúm a nc (HLB) phự hp Phng phỏp tớnh HLB ln u tiờn c Griffin nghiờn cu v ỏp dng Phn ln cỏc phng phỏp tớnh HLB hin nay u dựa trờn c s phng phỏp ny Bng sau l cỏc khong HLB thớch hp cho tng h: Sinh viờn : Nguyn ỡnh Nht Trang28 Lớp : Hoỏ Du I-K42 ỏn tt nghip nc Phõn chia h nhũ tng du Phân chia hệ nhũ tơng dầu nớc Khong... Lớp : Hoỏ Du I-K42 ỏn tt nghip nc Phõn chia h nhũ tng du Phân chia hệ nhũ tơng dầu nớc Cỏc phng trỡnh ny khụng th s dng cho cỏc cht hot ng b mt khụng ion bao gm oxit propylen, oxit butylen, nit, lu hunhTrong cỏc trng hp ny phi s dng phng phỏp thc nghim n nh ca nhũ tng liờn quan n phõn tỏn gia cỏc pha trong nhũ tng Khụng th ch s dng ch s HLB ỏnh giỏ n nh ca nhũ tng Vic xỏc nh giỏ tr HLB s cú ý ngha... Hoỏ Du I-K42 ỏn tt nghip nc Phõn chia h nhũ tng du Phân chia hệ nhũ tơng dầu nớc nng cỏc cht hot ng b mt tng, dn n hin tng to thnh mixel bao gm vi chc phõn t hp cht b mt kt hp li vi nhau Trong mi mixel nhúm k nc s nh hng vo bờn trong, cũn nhúm a nc s nh hng ra ngoi Mt ng dng quan trng ca cht hot ng b mt l s dng lm cht nhũ hoỏ Nhũ tng l mt h khụng n nh v mt nhit ng h nhũ tng n nh hn cn phi a vo h mt... cũn lai ca phõn t l cỏc ion RCOO mang du õm thỡ b hp ph vo cỏc ht nh li ti ca nhũ 5 Lựa chn cht phỏ nhũ Lớp in tớch kộp quanh git nhũ tng to nờn mt hng ro nng lng ngn cn khụng cho cỏc git tip cn v liờn kt vi Sinh viờn : Nguyn ỡnh Nht Trang35 Lớp : Hoỏ Du I-K42 ỏn tt nghip nc Phõn chia h nhũ tng du Phân chia hệ nhũ tơng dầu nớc nhau di tỏc dng ca lc hút phõn t nng va cỏc ion cỏc ion cú th nộn lớp... Lớp : Hoỏ Du I-K42 ỏn tt nghip nc Phõn chia h nhũ tng du Phân chia hệ nhũ tơng dầu nớc a nc, mi phõn t gn vi rt nhiu im theo chiu di phõn t ca nú Cỏc cht ny gi cho s kt t ca cỏc git din ra lõu hn + Nhúm th t : Cỏc tỏc nhõn to nhũ thuc nhúm ny l cỏc cht rn khụng tan cú phõn tỏn cao, cú kh nng thm t chn lc i vi cht lng phõn cc hoc cht lng khụng phõn cc ó to nờn nhũ tng Cú th nhỡn bng kớnh hin vi thy . một số trường hợp hệ tạo thành khối gel, có ranh giới phân chia pha phức tạp. Hinh1.1 Nhò tương dầu/ nướcvà nhò tương nước /dầu. 3.Nhận biết nhò tương dầu nước và nhò tương nước dầu. Có thể nhận. Đồ án tốt nghiệp Phân chia hệ nhò tương dầu nước Ph©n chia hÖ nhò t¬ng dÇu níc Phân chia hệ nhũ tương dầu nước LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành. trong nhò tương loai dầu/ nước mà không trộn lẫn trong nhò tương loại nước /dầu. -Độ dẫn điện của nhò tương dầu/ nước lớn hơn nhò tương nước dầu. Sinh viên : Nguyễn Đình Nhật Trang7 Líp : Hoá Dầu I-K42