Phương pháp này mang tính tự nhiên vì mọi vật chất đều chịu tác dụng của trọng lực, trọng trường, hơn nữa hệ nhũ tương lại có sự chênh lệch về tỉ trọng giữa dầu và nước. Cho nên các giọt nước phân tán luôn có xu thế chuyển động xuống dưới (lắng đọng). Điều kiện để thực hiện phương pháp này là hệ nhũ phải nằm ở trạng thái yên tĩnh. Vận tốc lắng đọng của giọt nước pha phân tán được xác định bằng định luật Stoke: 2 0 0 g.d .( ) v 18 w (2.25) Trong đó:
+ v: vận tốc lắng của giọt nước (m/s) + g: gia tốc trọng trường (m/s2)
+ ρw: khối lượng riêng của nước (kg/m3) + ρ0: khối lượng riêng của dầu thô (kg/m3
) + µ0: độ nhớt động của dầu thô (Pa.s) + d: đường kính giọt nhũ (m)
2.2.2. Phương pháp ly tâm
Phương pháp này cũng dựa trên nguyên tắc chênh lệch tỷ trọng giữa các thành phần trong hệ nhũ. Ngoài ra, phương pháp này còn đáp ứng được quá trình liên kết của các giọt nước pha phân tán d0: khi có lực ly tâm tác dụng các thành phần có khối lượng riêng lớn hơn sẽ chịu tác động của lực ly tâm nhiều hơn, do vậy mà bị văng xa tâm quay hơn. Những do có lớp thành chắn nên chúng bị phân tách và sắp xếp thành các lớp từ xa đến gần tâm quay theo khối lượng riêng từ cao đến thấp, cụ thể là tạp chất rắn – nước – dầu. Chính sự phân lớp này làm các giọt nước liên kết thành khối và lắng xuống khi chúng đạt kích thước đủ lớn (đủ trọng lượng để thắng
Ngành công nghệ kỹ thuật hoá học 31 Khoa hoá học và công nghệ thực phẩm
lực ly tâm). Lúc này việc tính vận tốc lắng của giọt nước theo định luật Stoke phải kể đến ảnh hưởng của lực ly tâm:
2 0 0 gd ( ) v .a 18 w (2.26) Trong đó:
+ a: gia tốc hướng tâm: 2
aw R; w2n
+ w: vận tốc góc
+ R: bán kính ngoài của mâm ly tâm + n: số vòng quay của mâm ly tâm Đổi ra vận tốc dài: VwR2 Rn (2.27) Rút ra: V w R (2.28) Khi đó: 2 2 V a w .R R (2.29) Thay vào ta có: 2 2 2 (2 Rn) a 4 R R n (2.30) 2 2 2 0 0 gd ( ) . . V 4,5 w n R (2.31) 2.2.3. Phương pháp cơ học
Phương pháp này đơn giản nhưng hiểu quả thấp. Phương pháp này được thực hiện nhờ các phin lọc. Các phin lọc được chế tạo và sắp xếp sao cho tỷ lệ với số lỗ hổng trên diện tích bề mặt có thể lọc tách được các giọt nước phân tán trong pha dầu thô. Thông thường người ta sử dụng các vật liệu tự nhiên như phoi bào gỗ hay phần xơ sợi của lớp vỏ cây đay, đem đưa chúng thành toàn bộ phin lọc. Đặc điểm của các vật liệu này là ưa nước kỵ dầu. Do vậy nước dễ thấm qua dầu bị ngăn lại.
Ngành công nghệ kỹ thuật hoá học 32 Khoa hoá học và công nghệ thực phẩm
Theo dõi dưới kính hiển vi, các nhà thí nghiệm thấy rằng trên bề mặt của phoi bào hoặc lớp sợi xơ có rất nhiều gai sắc nhọn li ti, chúng mọc lởm chởm. Khi dòng nhũ tương đi qua, bề mặt này gây cản trở và bóp méo các giọt nước của pha phân tán.
Bằng cách trên nó tạo ra điều kiện bám dính cho những giọt nước và những bộ phận của phoi bào hoặc lớp sợi xơ. Kết quả là những giọt nước nhỏ kết hợp thành giọt nước lớn hơn và lắng đọng xuống.
Điều này cần chú ý vỏ bao hoặc sơi xơ làm bin bọc với nhiệt độ < 500C. Trên
nhiệt độ này lớp sợi gai sắc li ti bị hư hỏng, chất lượng lọc không đảm bảo.
2.2.4. Phương pháp hóa học
Phương pháp này được sử dụng rộng rãi và đạt hiệu quả cao. Bản chất của phương pháp này là lợi dụng các đặc tính hoạt động bề mặt của các hóa phẩm để làm yếu đi các lớp vỏ nhũ, tạo điều kiện cho sự kết hợp các hạt nước diễn ra. Đồng thời lợi dụng tính thay thế, tính thấm ướt và một số tính chất khác để khử nhũ.
2.2.5. Phương pháp nhiệt
Phương pháp này dựa trên nguyên tắc: dùng nhiệt nung nóng dầu thô để giảm độ nhớt của dầu và giảm độ nhớt của lớp màng bao quanh các hạt của pha phân tán. Đồng thời làm tăng sự chênh lệch tỷ trọng giữa các pha thúc đẩy quá trình lắng đọng dưới trọng lực của pha phân tán.
Nguồn nhiệt được sử dụng vừa đảm bảo an toàn cho môi trường dầu khí vừa đạt hiệu quả kinh tế, đó là nguồn hơi nóng được cung cấp bằng hệ thống: nồi hơi – ống dẫn – bộ gia nhiệt – bộ trao đổi nhiệt … Để tránh khỏi thoát nhiệt thì mặt ngoài của các thiết bị nhiệt cần phải được bảo ôn. Nguồn nhiệt cần thiết cho một bình xử lý nhũ tương dầu thô có bọc bảo ôn được xác định bằng công thức sau:
0 0
Q 16 T(0.9q Y q Y )w w (2.32)
Trong đó:
+ Q: nhiệt lượng cần cung cấp (w)
+ T: lượng tăng thêm của nhiệt độ (0K) + q0: lưu lượng dòng dầu ( 3
Ngành công nghệ kỹ thuật hoá học 33 Khoa hoá học và công nghệ thực phẩm
+ qw: lưu lượng dòng nước ( 3
m /ngđêm)
+ Y0: tỷ trọng của dầu (không thứ nguyên) + Yw: tỷ trọng của nước (không thứ nguyên)
2.2.6. Phương pháp tĩnh điện
Bản chất của phương pháp này là dùng năng lượng điện trường tạo ra cho các hạt nước trong pha phân tán những chuyển động thích hợp nhằm kích thích quá trình va chạm giữa chúng, tăng hiệu quả liên kết.
Như chúng ta biết ở phần ảnh hưởng các xung động đến quá trình xử lý nhũ: cường độ xung động được điều chỉnh mức thích hợp sẽ có tác dụng tốt cho quá trình xử lý nhũ. Nhưng để tạo ra nguồn xung động điều chỉnh được cho cả hệ nhũ quả là vấn đề khó thực hiện. Trên cơ sở lý thuyết này người ta tiến hành thử nghiệm theo hướng là chỉ tạo ra những rung động cần thiết cho các hạt của pha phân tán bằng tác dụng của lực tĩnh điện. Thí nghiệm tiến hành với dòng điện một chiều và xoay chiều. Kết quả cho thấy dòng điện xoay chiều có tác dụng rất tốt để tạo ra chuyển động của các hạt nước của pha phân tán còn dòng một chiều cho kết quả kém hơn nhiều. Cơ chế tác động của giọt nước của lực tĩnh điện rất phức tạp, chưa được nghiên cứu đầy đủ, có các giả thiết sau:
Nhóm 1: cho rằng điện trường tác dụng lên các ion của các muối có trong nước. Dưới tác động của từ trường xảy ra quá trình phân cực (sắp xếp lại) các ion và bót méo giọt nước. Sự bót méo này làm suy yếu đi lớp bọc xung quanh hạt nước. Đồng thời làm tăng khả năng xích lại gần nhau của các giọt nước. Kết quả là tạo thành sự liên kết của các giọt nước.
Nhóm 2: cho rằng điện trường tác dụng lên dung dịch muối ở trạng thái huyền phù.
Nhóm 3: cho rằng điện trường ảnh hưởng đến cấu trúc của hạt nước. Sự ảnh hưởng này một mặt làm thay đổi sự liên kết của phân tử nước, mặt khác phá vỡ sự sắp xếp các nguyên tử hydro trong các phân tử.
Dù cơ cấu thế nào thì lực tĩnh điện của dòng điện xoay chiều cũng làm cho các giọt nước chuyển động xoay quanh nó một cách nhanh chóng bởi sự thay đổi cực
Ngành công nghệ kỹ thuật hoá học 34 Khoa hoá học và công nghệ thực phẩm
điện tích liên tục của dòng điện xoay chiều. Chuyển động này làm tăng sự va chạm tự nhiên của các giọt nước pha phân tán. Khi sự phân tán đạt một tốc độ thích hợp thì sự kết hợp các giọt nước lại thành một sẽ xảy ra. Lực liên kết giữa các hạt phụ thuộc vào gradient điện thế giữa hai bản cực.
Tuy nhiên, các thông số trên thực nhiệm chỉ ra rằng tại một vài gradient điện thế các giọt nước có thể bị kéo ra xa và tạo nhũ tương khó xử lý. Để giải quyết vấn đề này phải trang bị cơ cấu điều chỉnh gradient điện thế ở các bản cực.
Lực tương tác của các hạt nước của pha phân tán khi có tác dụng của điện trường được tính theo công thức:
2 6 2 Ke r F l