一种废油乳化液电场破乳参数的匹配方法

本发明属于物理方法中用电使液体相互分离的，具体涉及一种废油乳化液电场破乳参数的匹配方法。

背景技术：

1、在众多工业废油乳化液的资源化工艺中，首要环节是对废油乳化液进行破乳脱水处理；目前常规的破乳脱水方法有沉降法、离心法、化学法、真空加热法和电场破乳法等，其中，电场破乳法因破乳速度快和工作能耗低等优势得以广泛应用。电场破乳的主要机理为油中液滴在脉冲电场的作用下发生振动变形，极大地削弱油-水界面膜的强度，使液滴与液滴之间更容易发生结聚。电场破乳一般采用如图1所示的脉冲电场破乳装置，包括内有腔室的外壳1，外壳的上端具有与腔室连通的出油口2，外壳的下端具有与腔室连通的进油口3和排水口4，腔室内中部设有若干电极板组5，电极板组包括两块横向正对的电极板，在两块电极板上施加脉冲，使两块电极板之间形成脉冲电场；位于若干电极板组所在区域的废油乳化液被脉冲电场破乳，密度较小的油相上浮集中在腔室内上部并通过出油口排出，密度较大的水相下沉集中在腔室内下部并通过排水口排出，从而实现废油乳化液的破乳脱水处理。

2、经研究发现，电场强度过大会使废油乳化液中的液滴(水滴)的变形度过大，会导致液滴破裂并分散为更小的液滴，这与破乳的目的相违背；电场强度过小会使废油乳化液中的液滴的变形度过小，会导致液滴之间接触的几率降低；又由于不同粒径的液滴在相同电场强度的变形度不同，因此，对于任一粒径的液滴，都存在一个最佳电场强度使液滴既可达到较大的变形度，也不会发生液滴破裂的现象；液滴在电场作用下会发生谐波共振，因此，为达到最佳电场强度对应的变形度和较高的共振频率，则对应存在一个最佳电场频率；在最佳电场强度和频率下，相邻液滴之间的碰撞几率较大，可有效减弱液滴界面膜的强度，从而达到最佳的破乳效率，实现废油乳化液的高效结聚破乳。因此，需要提出一种废油乳化液电场破乳参数的匹配方法，通过匹配得到任一粒径的液滴的最佳电场破乳参数，以便于发挥电场破乳最大效能。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述不足，本发明的目的在于提供一种废油乳化液电场破乳参数的匹配方法，解决如何得到最佳电场破乳参数的技术问题，取得提高废油乳化液破乳效率的效果。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、一种废油乳化液电场破乳参数的匹配方法，包括如下步骤：

4、1)建立油水混合物中液滴在脉冲电场破乳装置中受电场作用的二维物理模型；

5、2)构建所述液滴在二维物理模型中受电场作用的二维动态变形模型，并设置边界条件和油水混合物的物理参数；

6、3)设置二维物理模型的电场类型为直流电场，添加多组操作参数，操作参数包括电场强度，各组操作参数中的电场强度依次递增；

7、4)二维动态变形模型按照经网格划分后的二维物理模型分别绘制出在各组操作参数下的液滴变形曲线，并选出液滴的变形度峰值与最佳变形度相等的液滴变形曲线；

8、5)将步骤4)选出的液滴变形曲线对应的电场强度作为最佳电场强度，并根据步骤4)选出的液滴变形曲线确定最佳脉冲宽度；

9、6)设置二维物理模型的电场类型的脉冲电场且只输出一次脉冲，添加一组操作参数，操作参数包括步骤5)中确定的最佳电场强度和最佳脉冲宽度；

10、7)二维动态变形模型按照经网格划分后的二维物理模型绘制出在步骤6)添加的操作参数下的液滴变形曲线；

11、8)根据步骤7)得到的液滴变形曲线确定最佳脉冲休止宽度。

12、进一步地，步骤1)包括如下子步骤：

13、11)在脉冲电场破乳装置中，取属于同一电极板组的两个电极板之间的区域的横截面作为流场；

14、12)在流场中充满油水混合物，并将油水混合物中唯一的液滴置于流场中心，定义液滴的粒径为r，流场的尺寸为16r×16r。

15、进一步地，步骤2)中所述二维动态变形模型是联合流场控制方程、界面追踪方程和电场控制方程建立的，所述流场控制方程如下：

16、

17、

18、其中，u为油水混合物的速度矢量，ρ为油水混合物的密度，p为油水混合物的压力，μ为油水混合物的的粘性切应力张量，fst为油-水界面张力，fe为电场力，i为单位矩阵；t为时间；

19、所述界面追踪方程如下：

20、

21、其中，为相场变量，表示油相，表示水相，表示油-水界面；γ为迁移率；g为化学势；

22、所述化学势g的公式如下：

23、

24、其中，λ为混合能量密度，h为油-水界面厚度；

25、油水两相的体积分数分别表示为：

26、

27、

28、其中，vf0为连续相油的体积分数，vf1为离散相液滴的体积分数；

29、所述表面张力fst与化学势g的关系式如下：

30、

31、所述电场控制方程如下：

32、

33、εr＝vf0×εoil+vf1×εwater

34、其中，εr表示油水混合物的相对介电常数，ε0表示真空介电常数，e表示电场强度，εoil为油相的相对介电常数；εwater为水相的相对介电常数。

35、进一步地，步骤2)中所述设置边界条件的操作如下：将流场中与两个电极板对应的两个边界分别接电源正极和接地，且两个边界均设置为无滑移；将流场中另外两个边界分别设为入口边界和出口边界，且设入口流速和出口流速均为0。

36、进一步地，步骤2)中所述油水混合物的物理参数包括水相和油相的密度、粘度、相对介电常数、油-水界面张力和真空介电常数。

37、进一步地，步骤4)中对二维物理模型进行网格划分的操作如下：采用三角网格对二维物理模型进行网格划分；对液滴及液滴周围的网格进行加密处理。

38、进一步地，步骤4)中绘制液滴变形曲线的操作如下：

39、以液滴的中心为原点建立直角坐标系，定义液滴与y轴相交的两端点之间的距离为液滴变形的长轴，并表示为a；定义液滴与x轴相交的两端点之间的距离为液滴变形的短轴，并表示为b；定义液滴的变形度为d，且

40、按照经网格划分后的二维物理模型，利用二维动态变形模型中的界面追踪方程追踪油-水界面，得到液滴变形过程中每一时刻，液滴与y轴相交的两端点以及液滴与x轴相交的两端点，计算每一时刻液滴变形的长轴和短轴，然后计算每一时刻液滴的变形度，最后绘制出液滴的变形度随施加电场的时间而变化的所述液滴变形曲线。

41、进一步地，所述最佳变形度为1.9。

42、进一步地，步骤5)中所述根据步骤4)选出的液滴变形曲线确定最佳脉冲宽度的操作为：在步骤4)选出的液滴变形曲线中，将液滴由初始状态到最佳变形度所经历的时长作为最佳脉冲宽度。

43、进一步地，步骤8)的具体操作为：在步骤7)得到的液滴变形曲线中，将液滴由最佳变形度到最小变形度所经历的时长作为最佳脉冲休止宽度。

44、相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

45、本发明所述废油乳化液电场破乳参数的匹配方法的主要思路是：基于液滴的粒径来匹配最佳的电场参数，电场参数即电场强度(e)和电场频率，将电场频率分为脉冲宽度(t)与脉冲休止宽度(τ)分别进行匹配；先对液滴施加直流电场，确定液滴的最佳电场强度和最佳脉冲宽度，然后基于最佳电场强度与最佳脉冲宽度构建仅输出一次脉冲的脉冲电场作用于液滴，确定最佳脉冲休止宽度；得到的电场频率可使液滴的平均变形度略高于最佳变形度，在避免液滴破裂的前提下，使液滴之间的碰撞几率最大化，可有效减弱液滴界面膜的强度，从而达到最佳的破乳效率，实现废油乳化液的高效结聚破乳；可有效解决如何得到最佳电场破乳参数的技术问题，取得提高废油乳化液破乳效率的效果。