乳状液中水滴在纤维丝表面聚结机理研究

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1、乳状液中水滴在纤维丝表面聚结机理研究Coalescencemechanismresearchofwaterdropletsonfibers’surfaceinemulsion专业领域：化学工程研究生：侯立飞指导教师：刘丽艳副教授企业导师：刘宏臣高级工程师天津大学化工学院2017年5月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确

2、的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月摘要纤维丝聚结法去除油水乳状液中的微量水具有分离效率高，能耗低的优点，引起了国内外学者的关注。已经有学者研究了油水乳状液流速、初始含水量、纤维丝表面性质以及床层

3、结构等宏观因素对聚结分离效果的影响，但是由于油水乳状液中水滴在纤维丝表面聚结过程复杂并且动态变换，难以直观展现，研究者对相关聚结机理并未形成共识，导致聚结实验中各种因素对分离效果的影响不一致，甚至相互矛盾。本文通过自行设计的微通道装置和高速摄影系统直观展现油包水型乳状液中水滴在不同纤维丝表面的聚结过程，进行初步机理分析，预测油水乳状液初始含水量和流动速度对床层压降和分离效率的影响。分别选择玻璃纤维和竹炭纤维作为亲水性和疏水性纤维代表，设计聚结机理实验测定装置，并探索制备稳定的油包水型乳状液的方法，为相关聚结机理实验奠定基础。采用自行设计的微通道装置和高速摄影系统记录

4、并分析水滴在两种纤维丝表面的聚结过程，结果表明水滴在亲水的玻璃纤维表面同时存在碰撞聚结与铺展聚结，而在疏水的竹炭纤维表面只有碰撞聚结；尽管玻璃纤维表面亲水，但是当水滴直径比较小时，其依然无法在玻璃纤维表面铺展，油水乳状液流动速度越小、水滴直径越大，纤维丝的拦截能力越大；而当水滴在疏水的竹炭纤维表面聚结会发生三种碰撞聚结过程，分别为乳状液中的水滴与水滴间的碰撞、乳状液中的小水滴与纤维丝捕获的小水滴的碰撞合并、纤维丝捕获的水滴间的合并聚结；当纤维丝与乳状液流动方向夹角为51-70时，脱落水滴的平均直径最大，最大值为26.25μm；交叉纤维与乳状液流动方向成对称结构时，

5、脱落水滴的平均直径最大，最大值为45.65μm，同时发现聚结的水滴有一部分会存留在纤维丝上，滞留的水滴占据一部分纤维丝表面并且使床层孔隙率下降，导致设备压降上升。最后结合油水乳状液中水滴在纤维丝表面的聚结机理实验结果，研究了油包水型乳状液初始含水量、流动速度对纤维丝聚结器压力降和分离效率的影响，结果表明在其它条件相同的情况下，油-水乳状液初始含水量越低、流动速度越小，分离效果越好，实验中流速为1mm/s，初始含水量为3%时，分离效率可达60%，通过显微镜分析了纤维丝聚结器入口、中间以及出口处纤维床层上的水滴形貌，发现在聚结器出口处水滴直径最大，说明脱离纤维丝的水滴可

6、能被再次捕获，继续发生碰撞聚结。关键词：疏水表面，亲水表面，油水乳状液，纤维丝聚结，分离效率IABSTRACTThefibercoalescenceseparationmethodnotonlyhashighefficiency,butalsoneedlessenergy,Ithasarousedwideattentionofdomesticscholars,manyscholarshaveresearchedtheinfluenceofemulsionflowrate,initialmoisturecontent,effectoffibersurfaceprope

7、rties,bedstructureoncoalescenceseparationefficiency,butthewaterdropletscoalescenceprocessonthesurfaceoffibersintheemulsionisverycomplexanddifficulttodisplay,sothecoalescencemechanismhasnotformedaconsensusandtheinfluenceofthesamefactorontheseparationefficiencyisnotuniform,evencontradi