1.4 Способы разрушения эмульсий
Проблема деэмульгирования не менее важна, чем проблема получения эмульсий. Деэмульгирование лежит в основе многих технологических процессов, например, производства масла и сливок из молока, каучуков из латексов и т. д. На деэмульгировании основано обезвоживание сырой нефти, содержание воды в которой необходимо снизить с 10...60 % до 1 %, очистка сточных вод и многие другие важные процессы.
Разрушение эмульсий может быть достигнуто двумя путями: седиментацией и коалесценцией.
Седиментация наблюдается, например, при отделении сливок от молока. При этом не происходит полного разрушения эмульсии, а образуются две эмульсии, одна из которых богаче дисперсной фазой. Так, в обычном молоке содержится от 8 до 10 % жира, а в сливках – от 30 до 35 %. Известно, что капля радиусом r и плотностью ρ будет всплывать в более тяжелой жидкости с плотностью ρо и вязкостью η со скоростью Uсед, которая определяется уравнением Стокса:
.
Если ρ > ρо, то капля будет опускаться на дно под действием силы тяжести. Таким образом, осаждение капель в эмульсии – седиментация – есть следствие образования больших капель и большого различия в плотностях жидкостей. Для типичных эмульсий r ≈ 1 мкм; ρ - ρо ≈ 0,2 г/см3; η = 0,01 Па и скорость имеет порядок нескольких сантиметров в сутки. Чтобы ускорить процесс, например, для получения масла, обычно применяют центрифугирование, где центробежное ускорение более чем в 100 раз превышает ускорение свободного падения.
Коалесценция – полное разрушение эмульсии, когда выделяются в чистом виде отдельные компоненты. При разрушении эмульсии имеют место две стадии: флокуляция и собственно коалесценция.
На первой стадии капли дисперсной фазы образуют агрегаты, которые легко распадаются при слабом перемешивании. На второй стадии капли в агрегате сливаются в одну большую каплю. Этот процесс необратим в том смысле, что для разрушения больших капель на малые и воссоздания эмульсии требуется очень сильное перемешивание. Разделение фаз при коалесценции видно невооруженным глазом.
1.5 Практическое применение эмульсий
Эмульсии имеют большое практическое применение. Целый ряд пищевых продуктов – молоко, масло, маргарин и пр. – это эмульсии. Огромное значение в последнее время приобрели эмульсии для охлаждения и облегчения деформаций при механической обработке металлов. Кроме того, процесс полимеризации различных мономеров часто проводится именно эмульсионным методом. Такой метод облегчает регулирование скорости процесса и отвод тепла реакции. Сущность его состоит в следующем: углеводородный мономер эмульгируется в воде, затем в эмульсию вводятся инициатор и катализатор, вызывая, таким образом, процесс полимеризации. Реакция зарождается в мицеллах эмульгатора, а завершается в полимерно-мономерных частицах. Возможна полимеризация и непосредственно в каплях мономера. Соответственно различают латексную и суспензионную полимеризацию, так как в результате процесса получается латекс или суспензия полимера, используемые непосредственно, или из них выделяется полимер путем коагуляции.
Эмульсии находят широкое применение и в других отраслях промышленности, например, в бумажной, производстве заменителей кожи, текстильной промышленности для импрегнирования, аппретирования и другой заключительной отделки тканей, в фармакологии и др. Нефть – это тоже эмульсия, и ее часто приходится разрушать.