陸天柱　吳家平

【摘 要】水分對(duì)油品的理化性質(zhì)有著很大的影響。例如加速油品的氧化、乳化，降低油品的黏度等。工業(yè)上常用的脫水方法有重力分離法、離心分離法、電場分離法、吸附分離法、吸附分離法、真空脫水法。本文對(duì)常用的脫水方法分析其原理、適用場合、除去水分的類型。

【關(guān)鍵詞】真空脫水；脫水方法；影響因素

0.引言

水在油液中主要有三種存在形式：游離水、乳化水、溶解水。油品中的水分來源于很多方面。原油在開采后期通常使用注水的方法，從而導(dǎo)致開采出來的水分含量較多；除此之外，油品在存儲(chǔ)的過程中，由于直接與大氣接觸，從而導(dǎo)致大氣中的水分溶解到油品中。水分對(duì)油液的理化性質(zhì)有著很大的影響[1]。水分能促使油的氧化變質(zhì)、加快油品的乳化，降低油品的黏度，從而影響油品的性能。當(dāng)溫度達(dá)0℃，油品中的水分會(huì)結(jié)成冰，可能導(dǎo)致設(shè)備中油路堵塞，從而影響正常的機(jī)械工作。

1.油液常用的脫水方法研究

1.1重力分離法

重力分離法的原理是利用油和水間的密度差且互不相溶的性質(zhì)，經(jīng)自然沉降來達(dá)到油和水的分離目的。然而這種方法一般只去除油液中的游離水，主要的作用場合是剛開采出來的原油，因?yàn)樵椭械暮枯^高，而對(duì)于油液中的乳化水和溶解水此方法難于去除。

假設(shè)油液中水滴為球形且形狀保持不變，那么水滴在重力場的作用，其下沉速度可用斯托克斯公式來表示：

由式（1-1）發(fā)現(xiàn)，水滴在重力場的作用下，下降速度主要受到水滴直徑、水和油液的密度差、油液的動(dòng)力粘度因素的影響。下降速度與水滴的直徑、水和油的密度差成正比，與油液的動(dòng)力粘度成反比。即增加水滴的直徑、油水密度差，降低油液的動(dòng)力粘度，使得水滴的下降速度增加，下降速度的增加即可提高脫水的效率。

1.2離心分離法

離心分離法的原理是指利用油與水的密度不同且互不相容的性質(zhì)，在離心力的作用下，水與油所受到的離心力不一樣，從而實(shí)現(xiàn)油水的分離。

假設(shè)水滴呈球形且在運(yùn)動(dòng)過程中不變形，那么水滴在離心力的作用下，其離心速度u2可以表示為：

由式（1-2）可以發(fā)現(xiàn)，水滴的離心速度與水滴的直徑、油水的密度差、離心機(jī)的轉(zhuǎn)速和離心半徑成正比，與油液的動(dòng)力粘度能反比。增加水滴直徑、油水密度差、離心機(jī)的轉(zhuǎn)速和離心半徑，減少油液的動(dòng)力粘度可以提高油水分離速度。離心分離法的效果較重力離心法有一定的提高，但是此方法需要消耗能量，主要除去油液中大部分的游離水和少量的乳化水[2]。

1.3電場分離法

電場分離法是指油液在靜電場的作用下實(shí)現(xiàn)靜電破乳，從而使水滴在重力或離心力作用下聚結(jié)，最終達(dá)到油水分離的目的。靜電脫水分離技術(shù)主要脫除水中的乳化水和游離水，對(duì)于剛開采出來的乳狀原油應(yīng)用比較廣泛。雖然經(jīng)過處理的油液的含水量有所降低，但是仍不能滿足機(jī)械系統(tǒng)對(duì)油液含水量的要求。施加在原油的靜電場主要有靜電場、交流電場、脈沖電場。

在油液中通入直流電場中，其中水滴動(dòng)態(tài)過程。一段時(shí)間后，水滴極化成偶極電子。不同電級(jí)的小水滴互相靠近，形成較大水滴，較大水滴又與周圍的水滴形成更大的水滴。水滴是不斷的增大，當(dāng)達(dá)到沉降的尺寸后，自然沉降，從而達(dá)到油水分離。但對(duì)于一些微米級(jí)的水滴聚結(jié)速度比較慢。直流電脫水主要通過偶極聚結(jié)實(shí)現(xiàn)沉淀。

對(duì)于黏度較大的油液，聚結(jié)時(shí)阻力比較大，所以很難使用直流電進(jìn)行聚結(jié)，而使用交流電脫水可以對(duì)黏度較大的油液進(jìn)行脫水。其脫水的微觀機(jī)理主要是偶極聚結(jié)和震蕩聚結(jié)。由于交流電場中方向是不斷變化的，故小水滴分布混亂。小水滴混亂的分布可以增加其相互碰撞的機(jī)會(huì)，有利于水滴的聚結(jié)、變大、沉降、最終達(dá)到分離的目的。但是交流電脫水對(duì)于乳化膜較厚的細(xì)小水滴作用效果不理想[3]。

脈沖電場脫水法基于交流電場和直流電場基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。在脈沖電場中，小水滴被極化，在電場力的作用下發(fā)生吸附、聚結(jié)形成水鏈。水鏈過長可能導(dǎo)致電極間放電甚至短路；水鏈過短會(huì)使水滴重量過輕，從而不能達(dá)到理想的分離效果。水鏈的形成與油液中的含水量、破乳劑含量、及脈沖電場的幅值、頻率、占空比等有關(guān)系。

1.4真空分離法

真空分離法是原理是相同溫度下油和水的飽和蒸氣壓相差很大，采取一些方法使油液表面上方維持一定的真空度，此時(shí)油液中的水分將以蒸發(fā)或沸騰的方式迅速生成水蒸氣，而油液幾乎不發(fā)生汽化，汽化生成的水蒸氣不斷被真空泵抽走，從而達(dá)到高效快速脫水的目的。

式中：ω為液體的蒸發(fā)速率，k為玻爾茲曼常數(shù)，Tw為液體的溫度，mo為液體分子的質(zhì)量，α1為表面蒸發(fā)系數(shù)，Aw為蒸發(fā)表面積，Pw、P1w為分別為液體在溫度為Tw時(shí)飽和蒸汽壓和液面上的實(shí)際蒸汽壓力。

從液體的蒸發(fā)速率公式中，可以看出在溫度等其他條件不變的情況下，若增大真空度，也就是油液中水分的飽和蒸汽壓和實(shí)際蒸汽壓差變大（油的飽和蒸汽壓隨溫度的變化不大，故可以忽略），由式（1-2）可以知道飽和蒸汽壓和實(shí)際蒸汽壓的差值變大可以提高油液中水分的蒸發(fā)速度。

1.5聚結(jié)分離法

聚結(jié)分離法，利用聚結(jié)材料的親水性，使細(xì)小的水滴在其表面聚結(jié)形成較大的水滴，在重力和油液流動(dòng)的沖擊作用下，粒徑增大的水滴脫離聚結(jié)材料表面而下沉。經(jīng)過聚結(jié)處理后的油液，其添加劑含量及原始性質(zhì)基本不會(huì)發(fā)生改變。

聚結(jié)分離的過程包括三個(gè)階段：預(yù)過濾、聚結(jié)和分離。預(yù)過濾階段是用孔徑較大的濾材去除固體顆粒以優(yōu)化聚結(jié)的效果，延長聚結(jié)濾芯的壽命。這一過程多使用在聚結(jié)分離之前。聚結(jié)階段的機(jī)制是微小的水滴粘附在聚結(jié)濾芯的纖維介質(zhì)上，液流推動(dòng)小水滴聚在纖維的交叉點(diǎn)聚結(jié)形成更大的水滴。分離階段是指聚結(jié)后形成大大水滴隨著油液流向用憎水材料做的篩網(wǎng)，油可以穿過篩網(wǎng)，大水滴被篩網(wǎng)阻擋并沉降到聚結(jié)器的底部。

2.總結(jié)

綜上論述，不難發(fā)現(xiàn)油液脫水的方法各有各的優(yōu)點(diǎn)和適用場合，不同的場合應(yīng)選用最佳的油液脫水方法，真空脫水法最具競爭力，因?yàn)樵摲椒ǖ牟粌H能夠去除油液中的游離水和乳化水，還能去除其他方法不能去除的溶解水，該方法主要用于那些對(duì)水分要求高的油液，能夠使油液中的水分含量達(dá)到最小值。對(duì)于不同的場合，根據(jù)油品對(duì)水分的不同的要求，選取不同的方法進(jìn)行脫水。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]李延朝，程素萍.潤滑油聚結(jié)脫水技術(shù)[J].液壓與氣動(dòng)，2003，（3）：41-42.

[2]王宏.油品聚結(jié)與真空脫水的試驗(yàn)性研究[D].北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2012.

[3]朱岳麟，黃欣，熊常健等.航空油品高頻/高壓電脫水微觀機(jī)理[J].2005，36（4）：19-21.