ločevanje olj iz emulzij s centrifugiranjem

Dejan Kosi

Ločevanje olj iz emulzij s centrifugiranjem

Diplomsko delo

Maribor, julij 2014


Diplomsko delo visokošolskega strokovnega študijskega programa

Študent: Dejan Kosi

Študijski program: visokošolski strokovni študijski program I. stopnje

Kemijska tehnologija

Predvideni strokovni naslov: diplomirani inženir kemijske tehnologije

Mentor: izr. prof. dr. Marjana Simonič

Somentor: doc. dr. Matjaž Kristl

Maribor, julij 2014


I

IZJAVA

Izjavljam, da sem diplomsko delo izdelal/a sam/a, prispevki drugih so posebej označeni. Pregledal/a sem literaturo s področja diplomskega dela po naslednjih geslih:

Vir: Web of Knowledge (apps.isiknowledge.com)

Gesla: Število referenc

emulsion IN centrifugation 892

cutting oil IN removal IN centrifugation 6

emulsion IN centrifugation IN hydrocyclones 1

Vir: COBIB-COBISS (http://www.cobiss.si/scripts/cobiss?ukaz=getid)

Gesla: Število referenc

olje IN centrifugiranje 1

emulzija IN centrifugiranje IN ločevanje 0

emulzija IN hidrociklon IN ločevanje 0

Skupno število pregledanih člankov: 13

Skupno število pregledanih knjig: 10

Maribor, julij 2014 Dejan Kosi


II

Zahvala

Zahvaljujem se mentorici izr. prof. dr. Marjani Simonič za strokovno vodstvo, nasvete in razumevanje pri opravljanju diplomskega dela ter somenturju, doc. dr. Matjažu Kristlu, za njegovo somentorstvo.

Rad bi se zahvalil tudi staršema, ki sta mi omogočila študij ter me vsa leta podpirala in verjela vame.

Hvala tudi moji punci za vzpodbudo in potrpljenje.


III


Povzetek

Cilj diplomske naloge je ločiti olja iz emulzij s centrifugiranjem in z laboratorijsko simulacijo hidrociklona. S fizikalno-kemijskimi analizami smo ugotavljali učinkovitost centrifugiranja in turbulentnega mešanja, pri tem pa preučevali, kako na ločevanje emulzij vplivajo čas obdelovanja, temperatura, število obratov in dodatki sredstev NaCl, CaCl2 in polialuminijev klorid (PaCl).

Rezultati kažejo, da se s povečevanjem števila obratov centrifugiranja, poveča tudi učinkovitost ločevanja emulzij (najboljše rezultate smo dobili pri najvišjih obratih – 7000 obr./min). Pri poskusih, kjer smo spreminjali čas centrifugiranja, smo največ olja iz emulzij odstranili po dveh urah centrifugiranja, ob tem pa ugotovili, da se največ olj odstrani prvo uro, z nadaljnjim centrifugiranjem pa se ta delež bistveno zmanjšuje. Na ločevanje emulzij pozitivno vplivajo tudi dodana sredstva, pri katerih so se vrednosti najbolj znižale ob najnižjih koncentracijah (0.15 g/L (NaCl), 0.15 g/L (CaCl2) in 1.2 g/L (PaCl)) ter povišana temperatura emulzij, kar prikazujejo rezultati centrifugiranja pri 55 °C, ki so veliko boljši kot tisti pri 22 °C. Motnost, kemijska potreba po kisiku (KPK) in vsebnost olj se bistveno znižajo, kljub temu pa metoda za popolno in samostojno ločevanje emulzij ni dovolj učinkovita.

Na podlagi rezultatov fizikalno-kemijskih analiz po poskusih v hidrociklonu ugotovimo, da hidrocikloniranje pri 1000 obr./min ni primerno za ločevanje oljno vodnih emulzij, saj se vrednosti motnosti in barve niso bistveno znižale.

Ključne besede: emulzija, centrifugiranje, hidrociklon, kemijska potreba po kisiku

UDK: 665.775.5(043.2)


IV

Oil separation from emulsion with centrifugation

Abstract

The aim of this undergraduate thesis is to separate oil from emulsions with centrifugation and with a laboratory simulation of hydrocyclone. We have researched the effectiveness of centrifugation and turbulent mixing with physical and chemical analyses and studied how the separation of emulsions is influenced by time of processing, temperature, the number of rotations and admixture of compounds such as NaCl, CaCl2 and polyaluminium chloride (PaCl).

The results show that by increasing the number of revolutions of centrifugation, the effectiveness of emulsion separation (we have obtained the best results at the highest rotational speed of 7000 r.p.m.) also increases. When we have changed centrifugation time, we removed the most of oil from the emulsions after two hours of centrifugation and found that the most oil has been removed in the first hour and that the share droped significantly in the remaining period of centrifugation. The addition of salts positively affects the separation of emulsions, the values of which have dropped the most at the lowest of concentrations (0.15 g/L (NaCl), 0.15 g/L (CaCl2), and 1.2 g/L (PaCl)) as well as the higher temperature of emulsions which are shown by the centrifugation results at 55 °C. The latter are much better compared to the results at 22 °C. Turbidity, chemical oxigen demand (COD) and oil presence are significantly lower nevertheless the method is not effective enough for total and individual separation of emulsions.

Based on the results that we have gained with physical and chemical analyses in hydrocyclone, we have found that fast mixing at 1000 r.p.m. is not appropriate for separation of oil-in-water emulsions since the value of turbidity and colour have not significantly dropped.

Key words: emulsion, centrifugation, hydrocyclones, chemical oxygen demand

UDK: 665.775.5(043.2)


V

KAZALO

1 UVOD ................................................................................................................................ 1

2 TEORETIČNI DEL ......................................................................................................... 3

2.1 Oljno vodne emulzije ............................................................................................... 3 2.2 Emulzije v kovinsko predelovalni industriji ............................................................ 5 2.3 Tehnike in stopnje ločevanj olj iz emulzij ............................................................... 7 2.4 Sedimentacijske metode ........................................................................................... 9

2.4.1 Dekantiranje 21

.................................................................................................. 9 2.4.2 Centrifugiranje ................................................................................................ 10

2.4.2.1 Centrifuga z vrtljivim bobnom 23

............................................................ 13 2.4.2.2 Centrifuga s krožniki

23 ............................................................................ 14

2.4.2.3 Sile v centrifugalnem polju 8,9,25,26

.......................................................... 15 2.4.3 Hidrocikloniranje ............................................................................................ 20

3 EKSPERIMENTALNI DEL ......................................................................................... 26

3.1 Aparatura ................................................................................................................ 26 3.1.1 Opis naprave za turbulentno mešanje ............................................................. 26 3.1.2 Opis naprave za centrifugiranje ...................................................................... 27

3.2 Modelne oljne emulzije .......................................................................................... 29 3.3 Analizne metode .................................................................................................... 30

4 REZULTATI IN DISKUSIJA ....................................................................................... 33

4.1 Rezultati poskusov s hidrociklonom ...................................................................... 34 4.1.1 Vpliv časa na emulzije pri turbulentnem mešanju .......................................... 34 4.1.2 Vpliv sredstev NaCl, CaCl2 in PaCl na ločevanje emulzij s turbulentnim mešanjem ....................................................................................................................... 36

4.2 Rezultati poskusov s centrifugo ............................................................................. 38 4.2.1 Poskusi s 3 % emulzijo olja Die-Lubric 4052 ................................................ 38

4.2.1.1 Vpliv časa, ki preteče od centrifugiranja do meritev .............................. 38 4.2.1.2 Centrifugiranje emulzije pri različnih obratih in času ............................. 39 4.2.1.3 Centrifugiranje emulzij ob dodatku NaCl ............................................... 40

4.2.2 Poskusi s 3 % emulzijo olja Die-Lubric 7050 in realno emulzijo .................. 41 4.2.2.1 Vpliv števila obratov na ločevanje emulzij ............................................. 41 4.2.2.2 Vpliv časa centrifugiranja na ločevanje emulzije .................................... 45 4.2.2.3 Vpliv dodanih sredstev na ločevanje emulzij s centrifugiranje ............... 49 4.2.2.4 Vpliv temperature na ločevanje emulzij s centrifugiranjem ................... 53

5 ZAKLJUČEK ................................................................................................................. 56

6 VIRI ................................................................................................................................. 58

7 ŽIVLJENJEPIS .............................................................................................................. 61


VI

Seznam tabel

Tabela 2-1: Različna sestava olj v kovinsko-predelovalni industriji 14

.................................. 6

Tabela 3-1: Fizikalno-kemijske lasnosti sredstva Die-Lubric 4052 ..................................... 29

Tabela 4-1: Rezultati turbulentnega mešanja v odvisnosti od časa ...................................... 34

Tabela 4-2: Vrednosti turbulentnega mešanja ob dodatku NaCl, CaCl2 in PaCl. ................ 36

Tabela 4-3: Vrednosti izmerjene nekej minut po centrifugiranju in naslednji dan .............. 38

Tabela 4-4: Rezultati centrifugiranja ob spreminjanju obratov ............................................ 41

Tabela 4-5: Rezultati centrifugiranja ob spremembi časa .................................................... 45

Tabela 4-6: Vrednosti centrifugiranja ob dodatku sredstev NaCl, CaCl2 in PaCl ................ 49

Tabela 4-7: Vrednosti emulzij centrifugiranih pri različnih temperaturah ........................... 53


VII

Seznam slik

Slika 2-1: Dispergirane oljne kapljice v vodi ......................................................................... 3

Slika 2-2: Stabilizirana oljna kapljica z emulgatorjem v vodni fazi 33

................................... 4

Slika 2-3: Gravitacijski separator z vzporednimi ploščami. ................................................... 9

Slika 2-4: Centrifuga z vrtljivim bobnom ............................................................................. 13

Slika 2-5: Ločevalna pot emulzije v centrifugi s krožniki39

................................................. 14

Slika 2-6: Sile, ki delujejo med centrifugiranjem in posedanjem v gravitacijskem polju .... 15

Slika 2-7: Premik delcev v centrifugirki med centrifugiranjem ........................................... 18

Slika 2-8: Hidrociklon in njegovo delovanje28

..................................................................... 20

Slika 2-9: Hitrosti prisotne v hidrociklonu 9 ......................................................................... 21

Slika 3-1: Magnetni mešalnik Heidolph MR 3001 K .......................................................... 26

Slika 3-2: Centrifuga Eppendorf 5804 R .............................................................................. 27

Slika 3-3: Razporeditev centrifugirk v rotorju ...................................................................... 28

Slika 3-4: Rotor F-34-6-38 ................................................................................................... 28

Slika 3-5: Tuba Falcon .......................................................................................................... 28

Slika 4-1: Motnost v odvisnosti od časa pri turbulentnem mešanju ..................................... 35

Slika 4-2: SAK ob spreminjanju časa turbulentnega mešanja ............................................... 35

Slika 4-3: Motnost v odvisnosti od koncentracije dodatkov pri turbulentnem mešanju ...... 37

Slika 4-4: SAK v odvisnosti od koncentracije dodatkov pri turbulentnem mešanju ............. 37

Slika 4-5: Motnost in SAK v odvisnosti od števila obratov centrifuge ................................. 39

Slika 4-6: Nižanje motnosti in SAK ob dodajanju NaCl ....................................................... 40

Slika 4-7: Ločevanje oljno vodne faze po centrifugiranju pri 7000 obratih ......................... 42

Slika 4-8: Sprememba motnosti z višanjem obratov centrifugiranja .................................... 43

Slika 4-9: Sprememba SAK z višanjem obratov centrifugiranja .......................................... 43

Slika 4-10: Sprememba KPK z višanjem obratov centrifugiranja ........................................ 44

Slika 4-11: Zniževanje mineralnega olja z višanjem obratov centrifugiranja ...................... 44

Slika 4-12: Ločevanje olj iz realne emulzije po dvournem centrifugiranju ......................... 46

Slika 4-13: Sprememba motnosti ob višanju časa centrifugiranja ........................................ 47

Slika 4-14: SAK emulzije v odvisnosti od časa centrifugiranja ............................................ 47

Slika 4-15: KPK v odvisnosti od časa centrifugiranja .......................................................... 48

Slika 4-16: Nižanje mineralnih olj z višanjem časa centrifugiranja ..................................... 48

Slika 4-17: Sprememba motnosti z višanjem koncentracij sredstev NaCl, CaCl2 in PaCl ... 50

Slika 4-18: Sprememba SAK z višanjem koncentracij NaCl, CaCl2 ter PaCl ...................... 51

Slika 4-19: Sprememba KPK ob dodatku sredstev NaCl, CaCl2 in PaCl ............................. 52

Slika 4-20: Sprememba motnosti z višanjem temperature emulzij ...................................... 54

Slika 4-21: Sprememba SAK z višanjem temperature emulzij ............................................. 54

Slika 4-22: Sprememba KPK ob višanju temperature emulzij ............................................. 55


VIII

Uporabljeni simboli

A absorbanca

cms koncentracija Mohrove soli (mol/L)

d dolžina poti svetlobe, ki jo prepotuje med spektroskopijo (m)

D premer delcev (µm)

Dh premer hidrociklona (cm)

Dl kritični premer delcev (µm)

d75 premer kapljic, ki se bodo s 75 % verjetnostjo ločile iz emulzije (µm)

f koeficient trenja delcev v emulziji

Fc centrifugalna sila (N)

Fg sila teže (N)

Ft sila trenja (N)

Fvz sila vzgona (N)

g gravitacijski pospešek (m/s2)

Hy75 število hidrociklona

l razdalja, ki jo delec naredi med centrifugiranjem (cm)

Mot motnost (NTU)

md masa delca (g)

mtek masa tekočine (g)

Δp znižanje tlaka v hidrociklonu (Pa)

Re Reynoldsovo število

r oddaljenost delca od osi vrtenja (cm)

rh polmer ciklona (cm)

T temperatura (°C)

tc čas centrifugiranja (min)

th čas hidrocikloniranja (min)

tm čas, ki preteče od centrifugiranja do meritev (ur)

v hitrost delcev (m/s)

vh vstopna hitrost emulzije v hidrociklon (m/s)

vr radialna hitrost v hidrociklonu (m/s)

vt tangencialna hitrost v hidrociklonu (m/s)

vv vertikalna hitrost v hidrociklonu (m/s)

Vms volumen Mohrove soli (mL)

V0 volumen testne raztopine (mL)

V1 volumen porabljene Mohrove soli za slepo progo (mL)

V2 volumen porabljene Mohrove soli za vzorec (mL)

Z centrifugalna sila v hidrociklonu (N)

Q pretok tekočine (L/s)


IX

Grški simboli

masna koncentracija (g/L)

µ viskoznost (Pa.s)

ν frekvenca (obr./min)

ρ gostota (g/cm3)

σ prevodnost (mS/cm)

ω kotna hitrost (s-1

)

Uporabljene kratice

API Ameriški inštitut za nafto (American Petroleum Institute)

ARCO Ameriška naftna družba (Atlantic Richfield Company)

HMS Hladilno-mazalna sredstva

KPK Kemijska potreba po kisiku

OOE Odpadno oljno vodne emulzije

O/V Oljno vodna emulzija

PaCl Polialuminijev klorid

RCF Relativna centrifugalna sila (Relative Centrifugal Force)

SAK Spektralni absorbcijski koeficient

V/O Vodno oljna emulzija


1

1 UVOD

Voda v naravi ni čista kot destilirana voda, ampak vsebuje vrsto raztopljenih kemijskih spojin, ki povzročajo onesnaženje. Ob uporabi se voda največkrat čezmerno onesnaži z naravi škodljivimi organskimi in anorganskimi snovmi. Velika onesnaženost vode z olji in drugimi snovmi je prisotna v raznih procesih, ki se uporabljajo v prehrambeni, petrokemični, kozmetični, farmacevtski in kovinsko-predelovalni industriji.

1,2

V kovinsko-predelovalni industriji se vedno bolj uporabljajo t.i. hladilno-mazalna sredstva (HMS), saj zaradi boljše učinkovitosti in manjših okoljskih problemov vedno učinkoviteje nadomeščajo produkte naftnih derivatov. Kot že samo ime pove se HMS uporabljajo za hlajenje ulitkov in strojne opreme, z njimi zmanjšujemo trenja in obrabo orodja, izboljšamo kakovost površine obdelovalca, kot tudi za spiranje kovinskih delcev, ki nastanejo med obdelavo. Tekom industrijskega procesa, se le-te termično degradirajo in kontaminirajo, kar povzroči izgubo lubrikantnih lastnosti in optimalnega delovanja, zato jih vsake toliko časa odstranimo in zamenjamo z novimi. Uporabljena hladilno-mazalna sredstva moramo pred izpustom v okolje ustrezno obdelati oz. doseči vrednosti mejnih parametrov, ki so določene z zakonodajo, saj so za vodno okolje zelo škodljiva. Emulzije vsebujejo olja (mineralna, rastlinska ali sintetična), maščobne kisline, emulgatorje, korozijske inhibitorje, baktericide ter druge kemikalije. Zgornja meja dovoljenega olja, ki odteka v okolje ali sanitarno kanalizacijo, se z zakoni vztrajno zmanjšuje, zato moramo v industrijah neprestano izboljševati že poznane metode in raziskovati nove, da bi izpolnjevali predpisane omejitve.

2,3,4,5

Metode, ki se uporabljajo za čiščenje odpadnih oljno vodnih emulzij temeljijo na separaciji oljne faze od vodne. Proces čiščenja je zapleten, saj ima vsaka emulzija določene primesi, ki so odvisne od procesov v katerih se uporabljajo. Čiščenje se dodatno zapleta zaradi različnih proizvajalcev, ki te emulzije izdelujejo in njihove različne sestave. Oljno vodne emulzije ločujemo z različnimi metodami, kot so: flotacija z raztopljenim zrakom, kemična obdelava, biološko čiščenje, toplotna obdelava in membranske tehnike, kot so mikrofiltracija, ultrafiltracija, nanofiltracija in reverzna osmoza. Med te spadata tudi centrifugiranje in turbulentno mešanje, ki temeljita na osnovi sedimentacije in ju bomo v diplomski nalogi podrobneje spoznali. Zanimalo nas je do kolikšne mere je mogoče očistiti emulzije iz kovinsko-predelovalne industrije in koliko energije potrebujemo za ta proces.

2,3,4

Ločevanje emulzij s posedanjem v gravitacijskem polju je zelo zanimiva metoda, saj so sile, ki jih pri tem izkoriščamo brezplačne, ločevanje pa poteka kar samo od sebe (lažja faza splava na površje, težja pa potone). Vendar pa ti bazeni v katerih se emulzije ločujejo zavzemajo veliko prostora, za njihovo izgradnjo pa je potrebna velika kapitalska naložba. Poleg tega pa je zelo težko zagotoviti neprekinjeno delovanje. Zaradi teh razlogov se namesto posedanja v gravitacijskem polju vse pogosteje uporablja centrifugiranje in turbulentno mešanje. Ti dve metodi sta veliko bolj učinkoviti, kar so dokazali z dosedanjimi raziskavami. Na primer določenih emulzij s posedanjem v gravitacijskem polju niso uspeli ločiti, kar pa jim je s centrifugiranjem brez problema uspelo. To pomeni, da se s centrifugo dajo ločiti emulzije z veliko manjšimi oljno dispergiranimi kapljicami. K temu pripomorejo do nekaj tisoč krat večje sile napram gravitacijskim. Njihova velika prednost je tudi ta, da zavzema veliko manj prostora, kar je še posebej primerno za majhne delavnice. Tudi čas ločevanja emulzij je pri centrifugiranju in turbulentnem mešanju veliko nižji, kot je to potrebno za ločevanje v sedimentalnih bazenih.

6


2

Osnovni cilj diplomske naloge je ločiti olja iz emulzij s centrifugiranjem in z laboratorijsko simulacijo hidrociklona in se ob tem seznaniti s problematiko oljno vodnih emulzij, ki nastajajo v raznih industrijah. S fizikalno-kemijskimi analizami smo ugotavljali učinkovitost centrifugiranja in turbulentnega mešanja, pri tem pa preučevali kako na ločevanje emulzij vplivajo različni obratovalni pogoji. Določiti želimo vpliv pomembnih parametrov in njihove optimalne vrednosti, predvsem smo bili pozorni na vrednosti KPK in olj v emulziji. Omejili smo se na določevanje določenih fizikalno-kemijskih parametrov, kot so motnost, prevodnost, SAK, KPK in količina olja, ki je po centrifugiranju ostala v emulziji. Ob tem smo spreminjali čas obdelovanja, temperaturo in število obratov, k emulziji pa dodajali sredstva NaCl, CaCl2 in PaCl. Oljno vodni emulziji smo pripravili iz sredstva die-lubric 4052 in die-lubric 7050, uporabili pa smo tudi emulzijo neznane sestave z oznako E16769, ki smo jo prejeli od slovenskega podjetja.

Diplomsko delo je sestavljeno iz 7 poglavij. V uvodu smo opisali problem odpadnih olj, predvsem emulzij v kovinsko-predelovalni industriji. Nato sledi teoretični del, kjer smo se osredotočili na sestavo oljno vodnih emulzij ter njihovo problematiko v svetu. Proučili smo postopke s katerimi ločujemo emulzije, pri tem smo se posebej poglobili v sedimentacijske metode, katere predstavnika sta tudi centrifugiranje in turbulentno mešanje. V tretjem poglavju smo opisali eksperimentalni del, ki obsega 3 podpoglavja, in sicer Aparatura, Modelne oljne emulzije ter Analizne metode. V poglavju Rezultati in diskusija so predstavljeni rezultati poskusov ter njihova razlaga. Peto poglavje je namenjeno zaključku, v katerem povzemamo glavne rezultate in ugotovitve našega dela. Na koncu sta še poglavji Viri, kjer je našteta uporabljena literatura, in Življenjepis.


3

2 TEORETIČNI DEL

2.1 Oljno vodne emulzije

Emulzije so heterogeni, grobo disperzni sistemi, sestavljeni iz dveh ne mešajočih se

tekočin, ob katerih je ena enakomerno razpršena, dispergirana v drugi v obliki kapljic.

Faza, ki je razpršena v drugi, v obliki kapljic, se imenuje dispergirana oz. notranja faza,

medtem, ko je kontinuirana faza, zunanja faza ali disperzno sredstvo (Slika 1-1). Ena

tekočina je hidrofobna (na primer olje), druga pa hidrofilna, običajno voda. Glede na to,

katera faza je zunanja in katera notranja, ločimo dve vrsti emulzij in sicer emulzijo olja v

vodi (O/V), ki se najpogosteje uporablja kot hladilno sredstvo za obdelovanje kovin ter

emulzijo vode v olju (V/O), ki jo največkrat zasledimo v kremah in živilskih izdelkih. V

primeru emulzije olja v vodi je zunanja faza vodna faza, notranja faza pa oljna faza. V

obratnem primeru govorimo o emulziji vode v olju (V/O). Da bi dosegli razpršenost ene

faze v drugi, je potrebna mehanska obdelava, da bi sistem stabilizirali, pa snov, ki je

sposobna vzpostaviti stik med obema, to je emulgator.7,8

Slika 2-1: Dispergirane oljne kapljice v vodi

Mehanska obdelava emulzij (emulgiranje) poteka v dveh stopnjah. V prvi

(predemulgiranju) dobimo grobo emulzijo, katera ima neenakomerno dispergirane kapljice

in že na oko opazimo, da gre za več-fazni heterogeni sistem, ki ga dobimo s stresanjem,

mešanjem ali stepanjem dveh tekočinskih faz. V drugi stopnji sledi fino homogeniziranje

predemulzije, ki jo dosežemo s posebnimi mešali (centrifugalni emulgator), z

vbrizgavanjem ene faze v drugo in ultrazvokom. S tem dobimo v bistvu še vedno

heterogeni sistem, ki pa ima na videz homogene značilnosti.

Z omenjenimi postopki dobimo emulzijo, ki pa je brez dodajanja pomožnih snovi

nestabilna. K temu v veliki meri pripomore velika površinska napetost med obema fazama.

Večja kot je stična površina obeh faz, večja je površinska napetost. Sistem teži k čim nižji

površinski napetosti, torej k čim manjši stični površini. Najmanjša stična površina je

dosežena v primeru, ko sta obe fazi popolnoma ločeni, zato emulzije težijo k ločitvi faz.

Dispergirana oz. notranja

faza

Kontinuirana oz. zunanja

faza

Surfaktant


4

Pomožne snovi, ki stabilizirajo emulzijo in preprečujejo ločitev faz se imenujejo

emulgatorji.7

Emulgatorji so organske kemijske spojine, topne v obeh fazah emulzije, ki učinkujejo tako,

da zmanjšujejo površinsko napetost v mejnem sloju med obema tekočinama in preprečujejo

razmešanje emulzije. Njihova glavna naloga je tako vzdrževanje stabilnosti emulzije in

pospeševanje emulgacije. Okoli dispergiranih kapljic tvorijo absorbiran film, ki pomaga pri

preprečevanju flokulacije in koalescence. Delimo jih na: anionske, kationske in

neionske.9,10

Imajo značilno kemijsko zgradbo, del molekule je hidrofilen, se topi v vodi, drugi del pa

lipofilen (topi se v maščobah). Njegova hidrofilna glava se zarije med vodne delce,

lipofilen rep pa se zapne v delce maščobe, kot je prikazano na sliki 1-2. Torej če

povzamemo, lahko zapišemo, da je emulgator vmesni člen, ki poveže fazi med seboj.11

Slika 2-2: Stabilizirana oljna kapljica z emulgatorjem v vodni fazi 33

Večina naravno nastalih ali kemijsko formiranih oljno vodnih emulzij ob prisotnosti

emulgatorja je negativno nabitih. Zato oljno vodne emulzije prednostno absorbirajo koloide

iz okolice v raztopini. Porazdelitev naboja je pomemben dejavnik za stabilnost oljno vodnih

emulzij. Njihove lastnosti so odvisne od naboja emulgatorja v vodni fazi in ne od vira

oljnih kapljic, ki tvorijo električni dvosloj, kar posledično prispeva k stabilnosti emulzij.

S povečevanjem volumna emulgatorja dobimo manjše kapljice olja. Manjše kot so kapljice,

večja je površina oljnih kapljic v primerjavi z volumnom, kar pa je najpomembnejši

dejavnik, ki prispeva k stabilnosti emulzij.12

Glede na velikost oljnih kapljic, ki so dispergirane v vodi, lahko emulzije razporedimo na:

grobe makroemulzije (kapljice so vidne),

fine makroemulzije (mlečno bele barve),

mikroemulzije (modrikasto bele barve),

micelarne raztopine (prosojne) in

molekularne razopine (prozorne).

Olje

Voda

Hidrofilna glava

Lipofilen rep


5

2.2 Emulzije v kovinsko predelovalni industriji

Visoka vsebnost olj in maščob v odpadnih vodah se pojavi predvsem v prehrambeni,

petrokemični, kozmetični, farmacevtski in kovinsko-predelovalni industriji. V slednji se

vedno bolj uporabljajo t.i. hladilno-mazalna sredstva (HMS), saj zaradi boljše učinkovitosti

in manjših okoljskih problemov vedno učinkoviteje nadomeščajo produkte naftnih

derivatov. Za njihovo učinkovito delovanje morajo imeti dobre hladilno-mazalne lastnosti,

nizko viskoznost, dobro močenje, preprečevati morajo rjavenje in lepljenje, poleg tega pa

mora emulzija biti stabilna, nestrupena, negorljiva in ekonomična za obdelovanje.2,3,13

Hladilno-mazalna sredstva, ki se uporabljajo v kovinsko-predelovalni industriji razvrščamo

v tri širše kategorije:

Oljno vodne emulzije. So mlečno bele barve, dobimo jih z mešanjem mineralnega

olja in vode, poleg tega pa vsebujejo emulgatorje in različne dodatke za izboljšanje

mazalnih lastnosti. Koncentracija mineralnega olja, ki zagotavlja dobre mazalne

lastnosti se giblje med 1-10 %.

Sintetične tekočine. Ne vsebujejo mineralnih olj, tvorijo jih zmesi več vodotopnih

spojin, kot so emulgatorji, proti korozijska sredstva in protipenila. Vodna raztopina

je čista in prosojna. Med tekočinami za obdelovanje kovin pogosto zagotavljajo

najuspešnejše hlajenje. Pol-sintetične tekočine. So kombinacija O/V emulzij in sintetičnih tekočin, njihove

lastnosti pa so skupne obema vrstama. Če jih primerjamo z O/V emulzijami, je v njih prisotna manjša količina mineralnega olja in večji delež emulgatorjev ter aditivov.

13

HMS se uporabljajo za hlajenje ulitkov in strojne opreme, z njimi zmanjšujemo trenja in

obrabo orodja, izboljšamo kakovost površine obdelovalca, ter spiramo kovinske delce, ki

nastanejo med obdelavo. Tekom industrijskega procesa, se le-te termično degradirajo in

kontaminirajo, kar povzroči izgubo lubrikantnih lastnosti in optimalno delovanje, zato jih

vsake toliko časa odstranimo in zamenjamo z novimi. Uporabljena hladilno-mazalna

sredstva moramo pred izpustom v okolje ustrezno obdelati oz. doseči vrednosti mejnih

parametrov, ki so določene z zakonodajo.4,5

Obdelovanje oljno vodnih emulzij je zaradi njene kompleksne sestave zapleteno. Emulzije

vsebujejo olja (mineralna, rastlinska ali sintetična), maščobne kisline, emulgatorje,

korozijske inhibitorje, baktericide ter druge kemikalije, poleg tega pa ima vsaka emulzija

določene primesi, ki so odvisne od procesov v katerih se uporabljajo. Čiščenje se dodatno

zapleta zaradi različnih proizvajalcev, ki te emulzije izdelujejo in njihove različne sestave.

V tabeli 1-1 vidimo raznolikost sestave oljno vodnih emulzij v kovinsko-predelovalni

industriji.4


6

Tabela 2-1: Različna sestava olj v kovinsko-predelovalni industriji 14

Tip OOE Sestava Reference

Sintetično

Etanolamini, poliglikoli, klorirani ali

sulfirani parafini, mineralna olja

Baker et. al., 1983

Poliglikoli, glikol etri, alkoholi, soli

aminov

Sutton et. al., 1985

Alkanolamini, emulgirana olja Polak, 1985

Natrijev oksid, O – dietilditiofosfat metil

dietanolamin (MDEA)

Sherburn and Large, 1999

2-amino-2etil-1, 3-propandiol (AEPD), 2-

(2-aminoetoksi) etanol

Geier et al., 2003

Etanolamin; 2-aminoetanol, N,N´-

dimorfolinometan

Castrol, 2002a

Pol-sintetično

Trietanolamin (1800-2100 mg/L),

natrijev sulfonat (500-600 mg/L), 2-

etoksietanol (80-100 mg/L)

Schreyer and Coughlin,

1999

Alkoholni etoksilatni fosfatni ester,

polisulfidi, alkohol, C11-14-iso, C13,

natrijev sulfonat, 1-[2-(aliloksi)-2-(2,4-

diklorofenil]-1H-imidazol, N,N´-

dimorfolinometan

Castrol, 2002b

Sintetično ali pol-

sintetično

Mineralno olje (1-5 %), naftni sulfonati

(0,1-0,5 %), linolna kislina (<0,1 %),

oleinska kislina

Foxall – VanAken et al.,

1986

Maščobne kisline, alkanolamini, alkoholi,

poliglikoli, aminokisline, karboksilne

kisline, površinsko aktivne snovi, ki

vsebujejo žveplo, kloroalkani, triazoli,

triazini, trietanolamin, cikloheksanamin,

benzotriazol, indol, heptanojske kisline

Kim et al., 1989; Kim et

al., 1994

Dekanojske kisline, heksadekanojska

kislina, 9-oktodekanojska kislina

Kim et al., 1994

Mineralna olja, sulfonirani izdelki,

emulgatorji

Deepak et al., 1994

Alkanolamin borat, etanolamini Bruze et al., 1994

Borova kislina, mineralno olje (89 %),

nonil fenol 10 (3,5 %), maščobne kisline

(3,0 %)

BLF, 2003

Nonil fenol 4 (2,7 %), etoksilirani

alkoholi (1,8 %)

Portela et al., 2001


7

2.3 Tehnike in stopnje ločevanj olj iz emulzij

V industrijskih procesih najdemo odpadna olja kot prosto-plavajoča ali emulgirana v vodni

fazi. Glede na velikost dispergiranih oljnih kapljic ločimo stabilne in nestabilne O/V

emulzije. Prosto plavajoča in nestabilne emulzije lahko zlahka ločimo s klasičnimi

metodami, za stabilne emulzije pa se te metode ne priporočajo, saj zaradi nizke

koncentracije olja in majhnih oljnih kapljic niso učinkovite in se po obdelavi z njimi

koncentracija olja zniža zelo malo. So pa za stabilne emulzije, v katerih so oljne kapljice

manjše od 10 µm, veliko primernejše membranske tehnike ter biološke in toplotne metode.

Vse te metode se v zadnjem času zaradi pomembnosti čiščenja odpadnih voda veliko

preučuje in nadgrajuje, poleg tega pa se iščejo vedno nove metode, ki bi bile optimalnejše

in učinkovitejše za ločevanje vseh vrst oljno vodnih emulzij.15

V praksi ločevanje emulzij razdelimo na tri stopnje.

Primarna obdelava: kjer se odstranjujejo izrabljena olja in večji trdni delci s

posnemanjem, gravitacijskimi ločevalnimi postopki ter filtracijo.16

Sekundarna obdelava: je ključna stopnja pri odstranjevanju oljne faze, pri

kateri se razgradi večina aditivov, kar znese 90 % osnaževal odpadne vode. V tej

stopnji pride do združevanja oljnih kapljic in posledično do razgradnje emulzije. To

lahko dosežemo s toplotnimi metodami, z električnim poljem, kemijskimi

metodami, flotacijo ter drugimi mehanskimi postopki.16

V kemijskih metodah se uporabljajo številne kemikalije, ki spremenijo lastnosti med

oljno vodnima fazama, kar povzroči združevanje majhnih oljnih kapljic v večje. To

lahko dosežemo na več načinov, in sicer z dodatki elektrolitov, s katerimi

nevtraliziramo naboj emulgatorja, s flokulacijo in koagulacijo. Pri slednji s pomočjo

koagulantov (FeCl3, FeSO4) povečamo ionsko moč raztopine, stisnemo električno

dvojno plast okoli oljnih kapljic in tako premostimo elektrostatični odboj med njimi

(kapljice se združijo in povzročijo destabilizacijo emulzije). Pri flokulaciji gre za

aglomeracijo destabiliziranih delcev s pomočjo flokulantov v mikroflokule in

nadalje v večje flokule, ki se boljše in hitreje posedejo. Vse te kemikalije, ki se

dodajajo pri teh metodah dodatno kontaminirajo emulzije, zato jih moramo iz njih

odstraniti, kar pa pomeni dodatno potrebo po energiji in posledično višje stroške

ločevanja.15,17,18

S toplotnimi metodami pospešujemo ločevanje oljno vodnih emulzij, ki delujejo na

principu nižanja viskoznosti tekočin. Kapljice pri nižji viskoznosti hitreje potujejo

skozi tekočino, kar pomeni, da se hitreje združijo in povežejo med seboj, kot

običajno. Vendar pa pri teh metodah porabimo veliko energije, zato ta proces spada

med zelo drage.17

Metode z električnim poljem pri katerih so prisotne visoke napetosti (10-20 kV),

povzročijo sovpad kapljic ter posledično ločitev oljno vodne faze. V glavnem se

uporabljajo za ločevanje V/O emulzij v naftni industriji, kjer odstranjujejo vodo iz

naftnih derivatov, da povišajo njihovo kakovost ter istočasno preprečijo škodovanje

katalizatorjem.15,19


8

Flotacija je postopek, pri katerem uporabljamo flotacijska zbirala, ki omočijo

suspendirane snovi in s tem povzročijo njihovo hidrofobnost oz. aerofilnost. Z

vpihovanjem zraka se na zračne mehurčke, navežejo samo tisti suspendirani delci,

ki so bili predhodno hidrofobirani, ostali delci pa ne. Zaradi tega splavajo

hidrofobirani delci skupaj z zračnimi mehurčki na površino suspenzije,

nehidrofobirani delci pa počasi potonejo na dno.9

Z omenjenimi metodami, ki so razvrščene v sekundarno stopnjo, povzročimo, da se

posamezne kapljice med seboj združijo in povečajo v večje. Ko so oljne kapljice

dovolj velike, da ogrozijo stabilnost emulzije, se oljna faza odstrani z uporabo

različnih postopkov, najpogosteje s sedimentacijskimi metodami, ki jih bomo

podrobneje spoznali v naslednjem podpoglavju.16

Terciarna obdelava: sem sodijo postopki z uporabo membran, katere uvrščamo

med najučinkovitejše ločevalne metode. Med nje spadajo mikrofiltracija,

ultrafiltracija, nanofiltracija ter reverzna osmoza. Najpogosteje uporabljamo

ultrafiltracijo, ki je zelo učinkovita metoda, poleg tega pa primerna za

odstranjevanje emulgiranih oljnih kapljic brez predhodne obdelave. Uporablja se

tudi kot predobdelovalna metoda za nanofiltracijo in reverzno osmozo. Membranske

separacijske tehnike se uporabljajo takrat, ko so ostale metode premalo učinkovite,

še posebej kadar so oljne kapljice manjše od 10 µm.20

K tej stopnji spadajo tudi Absorpcijski postopki ter biološka obdelava.16


9

2.4 Sedimentacijske metode

2.4.1 Dekantiranje 21

Dekantiranje je najenostavnejši način ločevanja dveh ali več faz. Izvaja se v velikih posodah, to so tako imenovani gravitacijski separatorji, katerih učinkovitost je odvisna od oblike le-teh in od dotoka odpadne vode, ki prehaja v posodo. Manjši je dotok odpadne vode, dalj časa se bo tekočina zadržala v gravitacijski posodi, imela bo več časa za ločitev faz, kar pomeni, da se bo učinkovitost dekanterjev povečala. Le-ti so zasnovani tako, da za ločevanje faz izkoriščajo razlike v specifični teži. Zato oljne kapljice, ki so specifično lažje, splavajo na vrh in se med seboj spojijo, vodne kapljice oz. gostejša faza pa potone. Prav tako potonejo tudi trdni delci, ki se posedejo na dno separatorja. Po ločitvi oljno vodne faze in spojitvi oljnih kapljic lahko povrhnjo (oljno) plast posnamemo iz usedalnika ter jih v nadaljevanju dodatno obdelamo za nadaljnjo uporabo, ali pa jih preprosto zavržemo. Usedline, ki se nakopičijo na dnu posode, odstranimo s pomočjo črpalk, vodno plast pa pošljemo v nadaljnjo obdelavo, ki jo po navadi sestavljata flotacija, s katero odstranimo preostanek olj iz vode in biološko čiščenje, s katerim odstranimo raztopljene kemične spojine.

Gravimetrični separatorji API (ime izhaja iz Ameriškega inštituta za nafto (American Petroleum Institute), saj so takšne separatorje oblikovali v skladu z njihovimi standardi) se najpogosteje uporabljajo v naftnih rafinerijah, petrokemičnih in kemijskih obratih ter drugih industrijah, ki za ločevanje faz izkoriščajo razliko v specifični teži. Standardni separator API je zasnovan tako, da loči oljne kapljice do premera 150 µm. V praksi to pomeni, da iztok vsebuje več kot 50 % olja, saj določen delež olja, ki ima premer delcev manjši od 150 µm ne moremo odstraniti iz odpadne vode.

Prvi separator API je bil nameščen leta 1933 v rafineriji (ARCO) v Philadelphiji v ZDA. Od takrat so skoraj vse rafinerije po svetu nameščale separatorje API v svojih čistilnih napravah, kar pa se v zadnjem času spreminja, saj se uporablja vedno več separatorjev z vzporednimi ploščami, ki pospešijo gravitacijsko ločevanje faz, kot je prikazano na sliki 2-3.

Slika 2-3: Gravitacijski separator z vzporednimi ploščami.

dovod nastavljiv jez

posnemalnik

olja

usedline

odvod

oljna faza

nastavljiv

jez

sklop vzporednih

plošč

oljne

kapljice


10

Separatorji z vzporednimi ploščami so podobni API separatorjem, le, da ti vsebujejo sklop vzporednih plošč. Zaradi plošč, nagnjenih pod določenim kotom, se oljne kapljice hitreje združijo v večje in tako prej priplavajo na površje. Oljne kapljice se nabirajo na spodnji strani plošč, trdni delci pa po zgornji strani drsijo na dno sedimentacijske posode. Taki separatorji so še vedno odvisni od razlike v specifični teži med posameznimi fazami, vendar pa so zaradi vgrajenih vzporednih plošč uspešnejši od običajnih API separatorjev. Vzporedne plošče povečajo stopnjo ločevanja faz, kar pomeni, da lahko na enakem prostoru ločimo bistveno več odpadne vode kot v primerjavi z API separatorjem.

2.4.2 Centrifugiranje

V centrifugalnem polju so prisotne veliko večje sile, ki vplivajo na masne delce v

suspenziji oziroma na kapljice v emulziji, kot med gravitacijskim posedanjem v bazenih.

To pomeni, da je ta metoda veliko bolj učinkovita, kar je bilo dokazano z dosedanjimi

raziskavami. Na primer določenih emulzij s posedovanjem v gravitacijskem polju niso

uspeli ločiti, kar pa jim je s centrifugiranjem brez problema uspelo, ali če zapišemo

drugače, lahko s centrifugo ločimo emulzije z veliko manjšimi oljnimi kapljicami napram

tistim, ki se ločujejo v sedimentacijskih bazenih. Zaradi večjih sil oziroma centrifugalnih

pospeškov glede na pospešek zemeljske težnosti je posedanje od 200 do 10000 krat hitrejše,

kar pomeni, da je čas ločevanja emulzij pri centrifugiranju veliko nižji. Poleg tega pa ima

centrifugiranje tudi druge prednosti, kot so preprosta uporaba, nizki stroški obratovanja,

majhen vpliv na okolje ter majhen prostor, ki ga centrifuga zavzame, kar je še posebej

primerno za majhne industrijske objekte, kjer prostora primanjkuje.6

Centrifuga ima torej številne prednosti s katerimi preprosto zasenči gravitacijske bazene.

Da je centrifugiranje toliko uspešnejše od posedanja v gravitacijskem polju je posledica:

mehanskega strižnega učinka, ki razbije medfazni film,

dosežene hitrosti posedanja, ki je dovolj velika za premagovanje učinkov

Brownovega gibanja in

sposobnosti, da deluje pri povišani temperaturi, kar zmanjša viskoznost in s tem

pospeši ločevanje faz.6

Centrifugiranje predstavlja praktično uporabo fizikalnega postopka za ločevanje snovi,

bodisi trdne faze od tekoče v suspenziji, ali pa zmesi dveh med seboj netopnih tekočih faz z

različno gostoto. Za ločevanje faz izkoriščamo različno jakost centrifugalnih sil, ki delujejo

na masne delce. Torej je pogoj za uspešno centrifugiranje zadostna razlika v masah,

oziroma v gostotah snovi, ki jih želimo ločevati iz suspenzije ali emulzije v polju

centrifugalnih sil.9

Glede na prisotnost posameznih faz ločimo filtracijske in posedalne postopke pri

centrifugiranju suspenzij, ter separacijske (ločilne) postopke pri ločevanju emulzij v svoje

komponente.


11

a) Filtracijski postopki predstavljajo filtriranje masnih delcev suspenzije skozi filtrno

tkanino pod vplivom centrifugalnih sil, ki delujejo na suspendirane delce in tekočo fazo. V

tem primeru je obod lonca perforiran zaradi odtoka filtrata, medtem ko se oborina zadržuje

na filtrni tkanini, s katero je obod v notranjosti lonca prevlečen. Govorimo o filtracijskih

centrifugah.

b) Pri posedalnih postopkih boben centrifuge ni perforiran in obdan s filtrno tkanino,

sedimenti se med centrifugiranjem nakopičijo ob stenah bobna. Govorimo o

sedimentacijskih centrifugah.

c) Separacijski postopki, pri katerih ločujemo zmesi tekočin, ki predstavljajo emulzijo.

Torej je cilj ločilnih centrifug (separatorjev) iz emulzij dobiti posamezne komponente, lažjo

in težjo tekočo fazo, v bolj ali manj čistem stanju.9

S pomočjo zgoraj naštetih postopkov opravljamo predvsem operacije, kot so:

bistrenje tekočinskih suspenzij s pomočjo filterne centrifuge,

ločevanje tekočin z različnimi gostotami z ločilnimi centrifugami,

koncentriranje tekočinskih suspenzij z dekantacijskimi centrifugami in

sušenje, odvodnjavanje kristaliziranih snovi. 9

Centrifuge delujejo kontinuirno ali diskontinuirno.

Pri kontinuiranem delovanju, centrifuga deluje ves čas, kar omogoči neprestano

odstranjevanje usedlin, bodisi z mehanskimi transporterji (vijaki) ali pa delci polzijo iz

bobna zaradi centrifugalnih sil ter vibracij. Pri prekinjenem centrifugiranju tega ni, zato jo

moramo vsake toliko časa, oziroma, ko se v njej nakopiči dovolj usedline ustaviti. Po

ustavitvi centrifuge, si sledijo številne operacije, ki kot skupek predstavljajo celoten ciklus

centrifugiranja. To so:

zagon centrifuge,

polnjenje,

centrifugiranje,

praznjenje,

čiščenje (po potrebi) ter

ustavitev centrifuge.

Zagon centrifuge običajno traja od 1-2 minuti. V tem času moramo premagati vztrajnost

mirujoče centrifuge, trenje v ležajih centrifuge ter zračni upor. Zaradi vsega navedenega

potrebujemo pri zagonu centrifuge do 4-krat več energije kot pozneje pri normalnem

obratovanju, kar pomeni, da pri diskontinuiranem obratovanju z vsakim zagonom

centrifuge obremenjujemo električno omrežje, zato moramo imeti pri tem načinu

centrifugiranja posebne elektromotorje, ki te napetosti prenesejo.9


12

Med zagonom in ustavljanjem centrifuge se pojavi frekvenčna resonanca, ki se kaže v

močnih tresljajih centrifuge in je posledica neenakomerne razdelitve mas in tekočinskih

udarov v centrifugi. Ta pojav je nadalje odvisen od lastne mase centrifuge in od elastičnosti

namestitve osi centrifuge. Torej, kadar pride do uskladitve števila obratov in nihajev

centrifuge z njeno lastno frekvenco, nastopi močna resonanca. Število obratov centrifuge,

pri katerem prihaja do resonance, imenujemo kritično število obratov centrifuge in jo

skušamo pri zagonu in ustavljanju centrifug čim hitreje prekoračiti. Sam pojav lahko

ublažimo tudi tako, da poskrbimo za učinkovito vzmetenje, npr. z namestitvijo centrifug

preko posebnih hidravličnih ali peresnih amortizerjev.22

Ker med obratovanjem prevladujejo centrifugalni pospeški nad pospeškom zemeljske

težnosti, lega osi centrifuge ni bistvena za njeno delovanje, zato lahko centrifuge razdelimo

na:

centrifuge s horizontalno osjo ter

centrifuge z vertikalno osjo. 22

Pri centrifugah z vertikalno osjo poznamo tri vrste centrifug, in sicer:

centrifugo s komorami (to so predeli, ki delno pripadajo rotirajočemu bobnu,

delno pa fiksnemu podstavku),

centrifugo s krožniki, ki ne rotirajo z osjo centrifuge in so pod različnimi koti

nagnjeni proti rotirajoči osi navzgor in

centrifugo z vrtljivimi bobni, ki ima lahko polno ali perforirano steno.

Za ločevanje emulzij se najpogosteje uporabljata centrifuga z vrtljivimi bobni in centrifuga s krožniki, ki ju bomo v nadaljevanju podrobneje spoznali.

22


13

2.4.2.1 Centrifuga z vrtljivim bobnom 23

Na sliki 2-4 a), je prikazana centrifuga z vrtljivim bobnom ter delni prerez njihovega

pogona. V ohišju centrifuge (prikazan s številko 1 in 2) je boben (3), ki ima obliko votlega

valja s dolgimi, tankimi stenami. Na vrhu je pritrjen na glavo bobna (4), spodaj pa na dno,

ki ima v sredini odprtino skozi katero se v boben uvaja suspenzija oz. emulzija. Curek

tekočine se s pomočjo pritrjene plošče (6) razporedi na stene bobna, kjer se fazi s pomočjo

centrifugalnih sil ločujeta. Pri suspenziji se trdna faza nakopiči ob stenah valja, tekočina pa

se nabere v središču bobna, od koder skozi kanal odteka v glavo bobna in navzven. Če pa je

v centrifugi prisotna emulzija, se posamezni fazi zaradi razlike v gostoti razdelita tako, da

se težja faza nabere na zunanji strani oz. ob steni valja ter nato izstopi skozi kanal, kot je

prikazano na sliki 2-4 b), lažja faza pa se zaradi manjših centrifugalnih sil nakopiči v

notranjosti valja in po njem potuje navzgor, kjer se izloči skozi odprtino ob nosilcu

centrifuge.

Slika 2-4: Centrifuga z vrtljivim bobnom

Pri centrifugiranju s katerim koli tipom centrifuge je zelo pomembno, da ob ločitvi faz le-ti

ne prideta več v stik. Da bi pri centrifugi z vrtljivim bobnom, ki ima obliko cevi preprečili

stik lažje in težje faze med odvajanjem iz centrifuge, je na boben pritrjena obročasta

pregrada, ki je prikazana na sliki 2-4 b). Njegov premer je odvisen od debeline slojev

posamezne faze med centrifugiranjem, le-ta pa je odvisna od njihovih deležev, ki se

nahajajo v emulziji. Zato se premer pregrade za vsako posamezno emulzijo spreminja,

vendar pa velja pravilo, ki pravi, da mora biti zunanji premer pregrade večji od premera

cilindrične površine med lažjo in težjo fazo.

pregrada

lažja faza 4

3

a)

težja faza

b)

1

5

2

6

dotok

emulzije

iztok

posamezne

tekočine


14

2.4.2.2 Centrifuga s krožniki 23

Centrifuge s krožniki oz. diski se uporabljajo za ločevanje emulzij ter tistih suspenzij, ki

imajo majhen delež trdne faze. Z bolj razvitimi modeli lahko ločujemo tekočine z različno

specifično težo, hkrati pa odstranjujemo trdne delce. Najpogosteje se uporabljajo v kemični

industriji, pivovarnah, pralnicah, mlekarnah, pri obdelovanju olja v elektrarnah ter

ladjedelništvu.

Centrifug z diski se uporablja vedno več. Za njih je značilno zelo tanko območje

sedimentacije, kar dosežemo s postavitvijo diskov v boben, med katerimi je razdalja zelo

majhna, vendar pa vseeno dovolj velika, da delci, ki polzijo navzdol ne ovirajo pretoka

tekočine, ki se giblje v nasprotni smeri. Zaradi drsenja trdnih delcev po diskih, morajo le-ti

biti pod določenim kotom, ki so običajno nekje med 30° in 50°. Poznamo dva tipa diskov,

in sicer cele ter perforirane diske. Razlika med njima je v pretečeni poti suspenzije od

vstopa v centrifugo pa do diskov. Pri perforiranih diskih suspenzija priteče direktno med

nje, pri celih (neperforiranih diskih) pa se suspenzija najprej usmeri na stene bobna, kjer se

deponirajo grobi delci in šele nato preide v prostor z diski.

V prostoru med diski se s pomočjo dinamičnega tlaka trdni delci ločijo od tekoče faze.

Delci se odložijo na zgornjo stran diska in po njem zdrsijo navzdol do stene bobna, tekoča

faza pa se med diski dviga do osi bobna, kjer skozi odprtino odteka iz centrifuge.

Enak postopek velja tudi za ločevanje emulzij, le-da v tem primeru trdne delce zamenja

težja tekoča faza. Na sliki 2-5 je prerez centrifuge z diski v katerem je prikazana ločevalna

pot emulzije.

Slika 2-5: Ločevalna pot emulzije v centrifugi s krožniki39

Emulzija vstopa v komoro skozi centralno cev v kateri se posedejo nečistoče, nato pa

potuje naprej po cevi v prostor z diski, kjer se ločita težja in lažja komponenta. Težja faza

se zbira ob steni komore, lažja faza pa se dvigne po diskih navzgor in skozi odprtino ob

nosilcu odteče ven.

Mulj

Lažja faza

Težja faza

Emulzija

a


15

2.4.2.3 Sile v centrifugalnem polju 8,9,25,26

Centrifuga je naprava, v kateri s hitrim vrtenjem v rotorju ustvarimo veliko umetno

gravitacijsko polje, ki ob delovanju na delce povzroči njihovo gibanje, katerega smer in

hitrost je odvisna od kotne hitrosti centrifuge, od položaja delca v centrifugi ter od lastnosti

delca in medija. Obnašanje delca v centrifugi lahko primerjamo z delcem, ki plava, lebdi ali

tone v tekočini pod vplivom zemeljskega gravitacijskega polja. Sile, ki delujejo med

centrifugiranjem in posedanjem v gravitacijskem polju, so si precej podobne, kar je

prikazano na sliki 2-6. Razlikujejo se le po tem, da so v centrifugalnem polju sile veliko

intenzivnejše, kar pomeni, da lahko silo teže (Fg) v centrifugalnem polju zaradi njene

šibkosti zanemarimo in jo nadomestimo s centrifugalno silo (Fc). V obeh primerih pa sta

prisotni tudi sila vzgona (Fvz) in sila trenja (Ft), ki na delec deluje takrat, ko se le-ta giblje.

Slika 2-6: Sile, ki delujejo med centrifugiranjem in posedanjem v gravitacijskem polju

Sila, ki med centrifugiranjem teži k posedanju delcev se imenuje centrifugalna sila in jo lahko izračunamo po enačbi 1.1.

1.1

Kjer je:

md masa delca

r oddaljenost delca od osi vrtenja

ω kotna hitrost

centrifugiranje posedanje


16

Ko centrifugalna sila povzroči usedanje, doseže ravnotežje s silama, ki posedanju delcev

nasprotujeta. To sta sila vzgona, ki jo lahko izračunamo po enačbi 1.2

1.2

Kjer je:

mtek masa tekočine

ter sila trenja, ki pride do izraza predvsem pri manjših delcih, za večje delce pa postane v

primerjavi s centrifugalno silo zanemarljiva, kar pa ne pomeni, da pri ločevanju faz ni

pomembna. Še več, za uspešnost centrifugiranja, kjer je visoka stopnja ločevanja faz, je

bistvenega pomena, saj deluje na obnašanje najmanjših delcev, ki so najbolj problematični

pri izločanju iz medija.

Silo trenja lahko izračunamo po enačbi 1.3, katera nam pove, da je sila odvisna od

koeficienta trenja in hitrosti delca.

1.3

Kjer je:

f koeficient trenja

v hitrost delcev glede na tekočo fazo

Po vzpostavitvi stacionarnega stanja je gibanje delca enakomerno, kar pomeni, da je vsota

vseh sil, ki delujejo na delec enaka nič (enačba 1.4).

1.4

Iz tega lahko izpeljemo enačbo za hitrost gibanja delca v centrifugi. Kot je razvidno iz

enačbe 1.5, je hitrost odvisna od mase delca in izpodrinjene tekočine (volumna in gostote

delca ter medija), od oblike delca (od nje je odvisen koeficient trenja), od hitrosti vrtenja ter

od razdalje med delcem in osjo vrtenja.


17

1.5

Ob predpostavitvi, da so delci okrogle oblike, lahko enačbo 1.5 zapišemo v naslednji obliki:

1.6

Kjer je:

Δρ razlika v gostoti med delcem in medijem

D premer delcev

µ viskoznost tekočine v katerem je delec suspendiran

Če enačbo 1.6 pomnožimo s časom centrifugiranja, dobimo določeno razdaljo, ki jo posamezen delec prepotuje med centrifugiranjem. Delci z enako gostoto in različnim premerom bodo prepotovali različno dolgo pot, in sicer večji delci bodo naredili daljšo pot kot pa manjši, kar lahko potrdimo z enačbo 1.7. Vendar pa prepotovana razdalja ni odvisna samo od velikosti delca, temveč tudi viskoznosti tekočine, hitrosti centrifugiranja ter časa.

1.7

Kjer je:

l razdalja, ki jo delec naredi med centrifugiranjem

tc čas centrifugiranja

Torej če poznamo čas centrifugiranja in pot, ki jo mora delec prepotovati do dna, lahko iz enačbe 1.7 izrazimo kritični premer delca s katerim lahko ugotovimo ali se bodo delci z določenim premerom posedli na dno centrifugirke ali pa bodo ostali v zgornji, tekoči fazi.


18

Enačba 1.8 prikazuje enačbo za izračun kritičnega premera delcev.

1.8

Delci, ki imajo večji premer od kritičnega premera se bodo uspešno ločili, delci z manjšim premerom pa bodo ostali v tekoči fazi kot je prikazano na sliki 2-7.

Slika 2-7: Premik delcev v centrifugirki med centrifugiranjem

Na sliki 2-7 so prikazane tri skupine delcev. Najmanjši delci so med centrifugiranjem naredili najkrajšo pot in tako ostali v zgornji, tekoči fazi. Delci v drugi skupini so večji od tistih iz prve, zato preidejo v spodnjo plast oz. so na meji med zgornjo in spodnjo plastjo. Da bi delce posedli na dno centrifugirke in jih tako učinkovito odstranili moramo povečati čas ali pa hitrost centrifugiranja. Tega pa ni potrebno storiti pri tretji skupini v kateri so največji delci, ki se posedejo na dnu in jih tako učinkovito odstranimo iz suspenzije.

Ta primer torej temelji na delcih, ki imajo enako gostoto in različne velikosti, bi pa popolnoma enako veljajo tudi za delce, ki so enako veliki in imajo različne gostote. V tem primeru bi se delci z najvišjo gostoto posedli na dno, tisti z najmanjšo gostoto pa bi ostali v tekoči fazi in jih ne bi uspeli ločiti.

Centrifugirka

Zgornja plast

Najmanjši delci Spodnja plast

Srednje veliki delci

Veliki delci

Ločilna meja med zgornjo

in spodnjo plastjo


19

Kot merilo sposobnosti ločevanja pri centrifugiranju uporabimo pojem relativna centrifugalna sila RCF (Relative Centrifugal Force), ki nam pove, kolikokrat močneje od zemljine gravitacijske sile deluje na delec centrifugalna sila.

Enačba 1.9

1.9

Enačbo 1.9 lahko poenostavimo in jo zapišemo v obliki kot je zapisano v enačbi 1.10.

1.10

Kjer je:

ν frekvenca, ki meri število obratov v časovni enoti (obr./min)

Če vzamemo za primer podatke, ki smo jih uporabili v eksperimentalnem delu, kjer je bila

frekvenca centrifuge 7000 obr./min., polmer centrifuge pa 10,8 cm, dobimo po enačbi 1.10

vrednost 6000 g, kar pomeni, da na delec v centrifugi deluje sila, ki je 6000 krat večja od

sile, ki deluje na delec v zemljinem gravitacijskem polju.

Glede na RCF vrednost razdelimo centrifuge na normalne centrifuge, kjer se vrednost

giblje od 200 – 4000 g, na super centrifuge (4000 – 50000 g), med katere spada tudi naša

centrifuga ter ultra centrifuge, pri katerih so te relativne centrifugalne sile največje, in sicer

se vrednosti gibljejo od 105

– 106

g.


20

2.4.3 Hidrocikloniranje

S hidrociklonom (hidor po grško pomeni voda) ločujemo sedimente (suspenzije) od tekočih

disperzijskih faz s pomočjo kombinacije centrifugalnih in gravitacijskih sil, ki delujejo na

suspenzijo. Enak postopek velja tudi za ločevanje emulzij, kjer odstranjujemo gostejšo

oziroma težjo fazo od lažje. Kot že rečeno, v hidrociklonu ločevanje poteka s pomočjo

centrifugalnih sil, ki pa jih ne povzroči rotirajoč element kot pri centrifugiranju, ampak

nastanejo zaradi samega pretakanja medija skozi hidrociklon.8,9

Glavne prednosti hidrociklonov pred drugimi sedimentacijskimi napravami so v njihovi

enostavni sestavi, brez rotirajočih elementov in glede na ločilne sposobnosti zahtevajo zelo

malo prostora napram drugim napravam (rabijo le približno 10 % prostora sedimentacijskih

posod istega učinka).9

Emulzija priteka pod pritiskom (od 2 – 6 at.), ki ga ustvari črpalka, tangencialno v

cilindrični del hidrociklona, kjer doseže maksimalno obodno hitrost 5 – 28 m/s. Tam se

zaradi oblike ciklona, emulzija vrtinči v zunanjem vrtincu navzdol v stožčasti del, kjer pa se

zaradi komprimiranja ustvari še en notranji vrtinec, ki pa je usmerjen navzgor. Imamo torej

precej močno centrifugalno polje, ki deluje na emulzijo. Gostejša faza zaradi večjih

centrifugalnih sil potuje radialno k steni cilindričnega dela hidrociklona, kjer zaradi trka s

steno izgubi svojo kinetično energijo in zdrsne po koničnem delu hidrociklona proti njeni

izstopni odprtini na dnu (apexu). Lažja faza pa se zavrtinči v notranjosti hidrociklona

navzgor proti zgornji izstopni odprtini (vortexu), kot je prikazano na sliki 2-8.

Dobimo torej dva produkta, za katera velja, da je gostota, ki izhaja v apexu vedno večja od

tiste, ki izhaja v prelivu oziroma vortexu. V primerjavi z gostoto emulzije pri vstopu v

ciklon pa je odtok gostejši, preliv pa redkejši.9,27

Slika 2-8: Hidrociklon in njegovo delovanje28

vortex

apex

vtok medija


21

Hitrosti, ki so prisotne v hidrociklonu 9,27

Podrobnejše analize hidrodinamičnih razmer v hidrociklonu kažejo, da se v njem oblikuje

3-dimenzionalno gibanje tokovnic. Od centrifug se razlikujejo (čeprav obe napravi delujeta

po načelu delovanja centrifugalnih sil na delce) predvsem po oblikovanju različnih

karakterističnih tokovnic. Pri centrifugah je tangencialna (obodna) hitrost delcev oz. kapljic

sorazmerna radialni razdalji od osi centrifuge. Pri hidrociklonih pa se tangencialna hitrost

povečuje od oboda ciklona proti njegovi notranjosti in šele tik ob osi pade na vrednost nič,

kar pomeni, da lahko z zmanjšanjem premera oz. radija hidrociklona povečamo

tangencialno hitrost in posledično centrifugalni pospešek.9

Hitrosti s katerimi se medij giblje v hidrociklonu so:

tangencialna hitrost (vt), ki je merodajna za centrifugalne sile,

radialna hitrost (vr), ki povzroča radialno, k stenam ciklona usmerjene potisne sile,

vertikalna hitrost (vv), ki prevzame transport zrn k apexu ali vortexu.27

Na delce delujejo v različnih smereh, kot je prikazano na sliki 2-9.

Slika 2-9: Hitrosti prisotne v hidrociklonu

9

Ob plašču ciklona se vt zmanjša, kakor tudi statični tlak zaradi trenja ob stene ciklona. S

tem pa se poveča vertikalna hitrost vv, tako da dobimo močne materialne tokove vzdolž

plašča. Za klasiranje je pomembno tisto območje, kjer je vv = 0, kajti kapljice, ki pridejo v

to območje, bodo z veliko verjetnostjo zaradi navzgor usmerjenega vrtinca prešla v preliv,

medtem ko bodo kapljice zunaj tega območja šla verjetno v odtok.

Na gibanje tokovnic v veliki meri vplivajo razmere pri vstopu emulzij v hidrociklon, trenje

emulzij ob stenah hidrociklona, notranje trenje fluidnega medija in razmere pri izstopu

emulzije v stožčastem delu, zato jih ne moremo v celoti preučiti in ustrezno analizirati.9,27


22

Centrifugalna sila v hidrociklonu 22

Centrifugalne sile, ki delujejo v hidrociklonih, dosežejo 20 – 80000 krat večje vrednosti, kot je zemljina gravitacijska sila, zato se lahko s hidrocikloni izločajo tudi zelo fine kapljice vse do velikosti 5 µm, včasih celo še manjše.

Kot prikazuje enačba 1.11 je centrifugalna sila (Z) odvisna od vstopne hitrosti emulzije in od polmera cilindričnega dela ciklona.

1.11

Kjer je:

m masa delca

vh vstopna hitrost emulzije

rh polmer ciklona

Ker pa velja za razmere v ciklonu empirična enačba:

1.12

Kjer so vrednosti »n« od 0,5 – 0,8, pri čemer vzamemo za industrijske ciklone običajno

spodnjo mejo 0,5 – velja

1.13

Če zgornji izraz vstavimo v formulo za vrednost centrifugalne sile, dobimo:

1.14


23

Kot smo že zgoraj zapisali, nam navedena enačba, ki velja za vrednosti centrifugalnih sil v hidrociklonih jasno kaže, da je le-ta izredno močno odvisna od polmera ciklonov, saj narašča s kvadratom recipročne vrednosti polmera. To pomeni, da so za ločevanje najmanjših mas potrebni hidrocikloni z izjemno majhnimi polmeri, s katerimi bi lahko dosegli ustrezno velike pospeške in s tem centrifugalne sile. Ko v praksi želimo ločiti emulzije z zelo majhnimi kapljicami uporabimo hidrociklone s polmerom do 0,5 cm. Slaba stran teh majhnih ciklonov je majhna pretočna kapaciteta (do 200 L/h), zato pogosto tako majhne hidrociklone povežemo v baterije (do 130 kom), s čemer ustrezno povečamo celokupno pretočno kapaciteto emulzije. Tako skupino majhnih povezanih hidrociklonov imenujemo multi-hidrocikloni. Pri ločevanju grobih kapljic multi-hidrociklonov ne potrebujemo, saj jih lahko ločimo z uporabo posameznih, ustrezno velikih hidrociklonov. V tem smislu se proizvajajo standardne vrste s premeri od 1,0 – 90 cm.

Učinkovitost hidrociklona 29

Učinkovitost hidrociklona pri ločevanju emulzij lahko opredelimo glede na količino

odstranjenih oljnih kapljic iz odpadne vode. Colman je leta 1984 razvil empirični izraz za

ločevanje emulzij s hidrocikloni v smislu d75. Oznaka d75 predstavlja premer kapljic, ki

bodo s 75 % verjetnostjo ločena iz emulzije. Premer teh kapljic lahko izračunamo s

pomočjo spodnjih enačb.

Enačba 1.15 predstavlja razmerje med Reynoldsovim številom (Re) in številom

hidrociklona (Hy75).

1.15

Kjer je

1.16

Kjer je:

Q pretok tekočine Dh premer hidrociklona Δp znižanje tlaka v hidrociklonu µ viskoznost


24

Če iz druge enačbe izrazimo d75, dobimo formulo iz katere lahko izračunamo premer

kapljic d75. Iz nje razberemo, da je vrednost d75 poleg parametrov za tekočino, odvisna

predvsem od pretoka in premera hidrociklona.

1.17

Na podlagi vrednosti d75 lahko opredelimo kapljice na tiste, ki se bodo s 75 % verjetnostjo

ločile iz odpadne vode in na tiste, ki bodo skupaj z odpadno vodo izstopile iz hidrociklona.

Na učinkovito odstranjevanje olj iz odpadnih voda poleg pretoka emulzij v hidrociklonu in

premera hidrociklona, vplivajo tudi drugi parametri, kot so:

geometrija hidrociklona,

razlike v gostoti med vodo in oljem (večja je ta razlika, učinkoviteje bo ločevanje),

viskoznost vode (nižja je viskoznost, učinkoviteje je ločevanje),

disperzijske značilnosti: velikost (na velikost lahko vpliva prisotnost medija

površinsko aktivnih snovi) in koncentracija oljnih kapljic in

vrste črpalk. Nekatere imajo visoko strižno moč in so neprimerne za dovajanje

emulzij v hidrociklon, saj le-te olja razpršijo na manjše kapljice s premerom, ki jih

nato več ne moremo ustrezno ločiti. Primerne so črpalke z nizko hitrostjo črpanja

(dovajanja emulzije).

V praksi oz. v industrijah je naprava za ločevanje emulzij premalo učinkovita, saj je

koncentracija olja, ki ostane v odpadni vodi okrog 40 % (Gaudebert 1997), oz. kot so

poročali drugi, je lahko ta koncentracija tudi večja, povprečno od 50 % do 60 %.

Dimenzioniranje hidrociklonov 9

Ker so v hidrociklonih centrifugalne sile veliko večje od gravitacijskih sil, je možno ciklone namestiti v prostoru v katerikoli smeri: navpično, vodoravno ali postrani. Pri dimenzioniranju hidrociklonov se v praksi poslužujemo geometričnih parametrov, ki dajejo soodvisnosti premerov vstopne šobe, premerov apexa in vortexa, premera cilindričnega dela, dolžino in višino cilindričnega dela hidrociklona itd. Glede na fizikalno-kemijske lastnosti medijev (korozivnost, abrazivnost, temperatura) se določijo materiali s katerimi bo hidrociklon izdelan. To so lahko jeklo, jeklo s prevlekami (plastificirano, gumirano), porcelan ter plastika.


25

V zadnjem času so se začeli izdelovati tudi centrikloni ali motohidrocikloni. To so naprave, ki so povsem enako oblikovane kot hidrocikloni, le-da imajo v cilindričnem delu rotirajoči disk, ki ima nalogo suspenzijo oz. emulzijo dodatno spraviti v zelo močno rotacijo. Gre za kombinacijo centrifuge in hidrociklona.

Operacije, ki jih opravljamo s hidrocikloni 9

Kot je bilo razvidno iz opisa o delovanju hidrociklona, lahko zapišemo, da je hidrociklon kontinuirni centrifugalni separator, ki ločuje fine in grobe delce suspenzije oz. če je prisotna emulzija, ločuje lažjo fazo od težje s pomočjo centrifugalnih in gravitacijskih sil.

Hidrociklon lahko deluje na več načinov, odvisno od njegovih sposobnosti. Če so sposobnosti hidrociklona take, da lahko loči najmanjša zrna iz suspenziji, bo deloval kot bistrilna naprava, ki bo vso goščo izločala v apexu, iz vortexa pa bo tekla povsem bistra tekočina. Pri hidrociklonih kateri imajo slabše ločilne sposobnosti ali pa je sestava suspenzije iz zelo finih delcev, bo deloval kot klasifikator, ki daje dve suspenziji z različnima frakcijama zrn. Iz apexa se izločijo debela zrna v gosti suspenziji, fina zrna v redki suspenziji pa gredo iz hidrociklona skozi vortex.

Hidrociklone najpogosteje uporabljamo za:

klasiranje,

sortiranje,

zgoščanje in

bistrenje.


26

3 EKSPERIMENTALNI DEL

V ekserimentalnem delu smo za čiščenje oljno vodnih emulzij uporabili turbulentno mešanje v reakcijski posodi kot laboratorijsko simulacijo hidrociklona in centrifugiranje. Aparature so podrobneje opisane v podpoglavju 3.1. V podpoglavju 3.2 so navedene značilnosti emulzij, ki smo jih čistili. Na koncu tega poglavja pa so opisane analizne metode, s katerimi smo ugotavljali, kako na ločevanje emulzij vplivata turbulentno mešanje in centrifugiranje.

Namen eksperimentalnega dela je bil izmeriti fizikalno-kemijske parametre v emulzijah po turbulentnem mešanju in centrifugiranju, pri različnih obratovalnih pogojih.

3.1 Aparatura

3.1.1 Opis naprave za turbulentno mešanje

Za laboratorijsko simulacijo hidrociklona smo uporabili magnetni mešalnik Heidolph MR 3001 K, ki je prikazan na sliki 3-1. Njegova maksimalna obodna hitrost je 1.250 obratov na minuto. Magnetni mešalnik ima dve stikali. Z levo uravnavamo temperaturo grelne plošče, ki se segreje do 350 °C, z desno pa že prej omenjeno število obratov.

Slika 3-1: Magnetni mešalnik Heidolph MR 3001 K

Kot je prikazano na sliki 3-1 smo uporabili 250 mL čašo, v kateri je magnetno mešalo.


27

Postopek

V 250 mL čašo smo nalili približno 100 mL emulzije, ji dodali magnetno mešalo in vse skupaj pristavili na mešalnik. Število vrtljajev smo nastavili na 1.000. Po pretečenem času smo čašo odstranili, ter vzorec prelili v lij ločnik v katerem smo odstranili vrhnji oljni sloj. Določeno količino vzorca iz vodne faze pa smo v nadaljevanju uporabili za merjenje fizikalno-kemijskih parametrov, s katerimi smo ugotavljali, kako na ločevanje emulzij vpliva čas mešanja in dodatki različnih sredstev.

3.1.2 Opis naprave za centrifugiranje

Centrifugiranje smo izvedli s centrifugo Eppendorf 5804 R, ki je prikazana na sliki 3-2. Njena maksimalna obodna hitrost je 11.000 obr./min, kar pomeni, da ob rotorju, ki smo ga uporabili, lahko z njo dosežemo 14.600 krat večjo silo od zemljine gravitacijske sile.

Maksimalni čas centrifugiranja je 99 minut, zato smo morali pri dveh urah čas centrifugiranja najprej nastaviti na 90 minut, nato pa še na dodatne pol ure; to pomeni, da se je po 90 minutah centrifugiranje za kratek čas ustavilo, kar je verjetno malce vplivalo tudi na vrednosti meritev.

Slika 3-2: Centrifuga Eppendorf 5804 R

Pri centrifugiranju smo uporabljali rotor F-34-6-38 v katerega, kot je razvidno s slike 3-4, lahko namestimo največ 6 centrifugirk. Lahko jih je tudi manj, vendar jih moramo takrat vstaviti eno nasproti druge, kot je prikazano na sliki 3-3.


28

Slika 3-3: Razporeditev centrifugirk v rotorju

Slika 3-4: Rotor F-34-6-38

Uporabljali smo 50 mL tube Falcon, ki so na dnu stožčaste oblike, na vrhu pa zaprte s pokrovom, kot prikazuje slika 3-5.

Slika 3-5: Tuba Falcon

Postopek

V 50 mL centrifugirko smo nalili približno 40 mL emulzije, pri tem smo bili pozorni, da smo v vsako vlili enako količino ter tako težo v rotorju enakomerno razporedili. Nastavili


29

smo želene vrednosti za čas in število vrtljajev ter pričeli s centrifugiranjem. Po izteku nastavljenega časa smo centrifugirke z vzorcem vzeli ven. Oljno fazo, ki se je nabrala na površini smo odstranili s pipeto, spodnja, vodna faza pa nam je v nadaljevanju služila kot vzorec, s katerim smo opravljali fizikalno-kemijske meritve. Pri centrifugiranju smo ugotavljali kako na ločevanje emulzij vpliva čas centrifugiranja, število obratov, temperatura emulzije in dodatki sredstev NaCl, CaCl2 in PaCl.

3.2 Modelne oljne emulzije

V diplomski nalogi smo uporabljali tri vrste oljno vodnih emulzij. Prvo smo pripravili s sredstvom Die-Lubric 4052, ki ga v Sloveniji dobavlja podjetje Murnik d.o.o., Cerklje na Gorenjskem. Za pripravo druge modelne raztopine smo uporabljali hladilno-mazalno sredstvo Die-Lubric 7050. Obe sredstvi smo razredčili z vodo in tako dobili 3 % emulziji, ki smo ju nato uporabili kot vzorec pri različnih poskusih. Tretjo emulzijo z oznako E16769 pa smo dobili iz podjetja EKO ekoinženiring d.o.o., Ravne na Koroškem, in je neznane sestave.

Hladilno-mazalni sredstvi Die-Lubric 4052 in Die-Lubric 7050

Sta z vodo mešajoči ločilni sredstvi, kateri se zelo razredčeni uporabljata pri tlačnem litju aluminijevih in magnezijevih zlitin. Sta izredno učinkoviti tudi pri visokih temperaturah orodja oz. kalupa. Na njem naredita enakomeren tanek film, ki ima zelo veliko sposobnost ločevanja in mazanja gibljivih delov kalupa, zato je na koncu površina ulitkov zelo čista in svetla.

Po uredbi Evropske skupnosti za nevarne snovi Die-Lubric ni nevarna snov. Ob pravilnem

ravnanju in uporabi nima na zdravje ljudi nobenega škodljivega učinka, saj je fiziološko

neoporečen in ne vpliva na kvaliteto zraka v livarni. Odtok sredstva v kanalizacijo,

podtalnico ali vodotoke pa je kljub temu prepovedan, saj vsebuje nevarne snovi, ki škodijo

okolju, zato ga moramo pred izpustom obdelati.

Sredstvo Die-Lubric 4052 je tekoče, bele barve, ima karakterističen vonj in se popolnoma

meša z vodo. Več fizikalno kemijskih lastnosti je predstavljeno v tabeli 3-1.

Tabela 3-1: Fizikalno-kemijske lasnosti sredstva Die-Lubric 4052

Tališče ˂ -1°C po ISO 3016

Plamenišče n.a. po EN 22719

Viskoznost pri 20 °C ca. 2,6 mm2/s po DIN 51562/1

Gostota pri 20 °C ca. 1,010 g/ml po DIN 51757

Vrednost pH pri 20 °C (100%) ca. 9,6 – 10,0 po DIN 51369

Pri hladilno-mazalnem sredstvu Die-Lubric 7050 gre za emulzijo polisiloksana, ki ga bolj

poznamo pod imenom silikon. Gre za mešanico anorgansko-organskih polimerov s


30

kemijsko formulo [R2SiO]n, kjer R predstavlja organsko funkcionalno skupino, ki je lahko

metil-, etil- ali fenilna. Je tekoče, belo-rumenkaste barve in karakterističnega vonja. Se popolnoma meša z vodo, njegova vrednost pH pri 20 °C pa je med 9 in 9,5. Razredčevanje sredstva je enostavno, saj ni pomemben vrstni red mešanja koncentrata z vodo ali obratno. Priporočeno je skladiščenje v originalnih posodah, v suhih prostorih, pri temperaturi med (5 – 35) °C, kot emulgirano mineralno olje.

30

3.3 Analizne metode

Električna prevodnost

Prevodnost vode pomeni, da prevaja električni tok. Odvisna je od prisotnosti ionov v vodi: od njihove koncentracije, gibljivosti in naboja ter od temperature vode ob merjenju. Velja, da je pri višji koncentraciji ionov večja prevodnost, kar pomeni, da bolj kot je voda prevodna, več ima v sebi raztopljenih snovi.

31

Električno prevodnost smo merili po standardu ISO 27888, s konduktometrom LF 537 (WTW). Vzorec smo nalili v čašo, vstavili konduktometrično celico in z zaslona odčitali prevodnost. Rezultate smo podali v mS cm

-1.

Motnost

Z merjenjem motnosti ugotavljamo prisotnost suspendiranih delcev v vodi (anorganske in organske snovi ter mikroorganozmi), ki temelji na primerjavi sipanja svetlobe pri prehodu skozi vzorec in skozi standardno suspenzijo z znano motnostjo.

Koncentracija

suspendiranih snovi ni neposredno sorazmerno povezana z motnostjo, saj lahko nanjo vplivata tudi velikost delcev in barva.

18,32

Motnost vzorcev smo merili z Hach-ovim turbidimetrom 2100P po standardu SIST EN 27027.

Pred merjenjem smo vzorce primerno razredčili, nalili v stekleničko za merjenje

motnosti in jo namestili v napravo. Po pritisku na tipko READ se je na ekranu prikazala vrednost v enoti NTU (nefelometrična turbidimetrična enota), ki smo jo odčitali in jo zabeležili v tabelo.

Absorbanca

Vrednosti absorbance se spreminjajo na podlagi obarvanosti vzorca, večja kot je obarvanost vzorca višja je absorbanca, saj se med žarčenjem vsrka več svetlobe, kot pri vzorcu z nižjo obarvanostjo. Meritve smo izvajali po standardu ISO SIST EN ISO 7887 z spektrometrom Cary 1E UV – Visible in pri tem uporabili kvarčne kivete, ki se uporabljajo v UV območju med 100 in 380 nm. Zanimale so nas vsebnosti organskih substanc, zato smo meritve izvajali pri valovni dolžini 254 nm, kjer se le-te absorbirajo. V spektrofotometer smo vstavili dve kiveti napolnjeni z destilirano vodo, določili valovno dolžino in pritisnili tipko Zero. Nato smo iz druge kivete odlili destilirano vodo in jo napolnili z vzorcem, aparat zaprli in pritisnili tipko Read. Na ekranu se je pojavila vrednost, ki smo jo zabeležili ter s pomočjo enačbe 3.1 izračunali spektralni absorpcijski koeficient (SAK).


31

Enačba:

[m-1] 3.1

Kjer je:

A absorbanca

d dolžina poti svetlobe, ki je enaka širini kivete

Kemijska potreba po kisiku – KPK

Kemijska potreba po kisiku (KPK) je merilo, ki nam pove kolikšna je vsebnost organskih onesnaževal v odpadni vodi. Organske nečistoče določimo tako, da jih oksidiramo in iz uporabe oksidanta sklepamo kolikšna je količina organskih snovi. Z njo lahko določimo vse organske snovi, ne moremo pa jih ločiti med biološko razgradljivimi in nerazgradljivimi.

16

KPK smo izvajali po standardu SIST ISO 6060. Za določanje KPK se zaradi velikih oksidacijskih sposobnosti in uporabe v širokem spektru vzorcev najpogosteje uporablja kalijev dikromat (K2Cr2O7) s katerim oksidiramo organske nečistoče. Po končani oksidaciji določimo prebitek kalijevega dikromata s titracijo z Mohrovo soljo [(NH4)2Fe(SO4)2×6H2O] ob dodatku indikatorja feroin.

Reakcija:

Postopek:

Vzorec smo najprej ustrezno razredčili z destilirano vodo in odpipetirali 3 mL v kiveto, dodali 1,5 mL 0,040 mol/L K2Cr2O7 in 4,5 mL žveplove(VI) kisline. Na enak način pripravimo slepo probo, le da odpipetiramo 3 mL destilirane vode. Vzorec in slepo probo postavimo v reaktor za segrevanje ter kuhamo dve uri pri 150 °C. Po končanem kuhanju smo kivete ohladili, prebitek kromata pa titrirali z Mohrovo soljo ob dodatku indikatorja feroin do preskoka v rdeče – rjavo barvo. S pomočjo pridobljenega volumna Mohrove soli smo po enačbi 3.2, ki je navedena spodaj, izračunali koncentracijo Mohrove soli le-to pa nato uporabili pri izračunu KPK.

Enačba:

3.2


32

Vrednosti KPK smo računali po enačbi 3.3.

[mgO2/L] 3.3

Kjer je:

cms koncentracija raztopine Mohrove soli Vms volumen Mohrove soli V1 volumen porabljene Mohrove soli za slepo progo V2 volumen porabljene Mohrove soli za vzorec V0 volumen testne raztopine

Mineralna olja

Za določanje mineralnih olj smo uporabili modificirano standardno metodo EPA 1664, ki vključuje ekstrakcijo in gravimetrično analizo. Vzorec smo primerno razredčili in s HCl nakisali na pH ˂ 2. 20 mL vzorca smo odpipetirali v lij ločnik, k temu dodali 20 mL n-heksana, dobro pretresli in počakali, da je potekla ekstrakcija. Ko sta se fazi ločili, smo spodnjo fazo spustili v čašo, zgornjo pa v izparilnico, ki smo jo pred tem eno uro sušili pri temperaturi 105 °C, nato 1 h hladili v eksikatorju ter jo stehtali na analitski tehnici. Spodnjo fazo smo iz čaše še enkrat nalili v lij ločnik, dodali 20 mL n-heksana in postopek ponovili. Po končani ekstrakciji smo izparilnico dali na vodno kopel, kjer se je topilo uparelo, v njej pa so ostala olja, ki smo jih dali sušit. Po eno urnem sušenju na 105 °C in hlajenju v eksikatorju smo jo stehtali in iz razlik v masi izparilnic izračunali količino mineralnih olj v vzorcu.


33

4 REZULTATI IN DISKUSIJA

Glavni namen diplomskega dela je bil ločiti olja iz emulzij z laboratorijsko simulacijo hidrociklona in s centrifugiranjem. S fizikalno-kemijskimi analizami smo ugotavljali učinkovitost centrifugiranja in turbulentnega mešanja, pri tem pa preučevali, kako na ločevanje emulzij vplivajo različni obratovalni pogoji. Spreminjali smo čas, temperaturo, število obratov ter k emulziji dodajali različne koncentracije sredstev NaCl, CaCl2 in PaCl. Izmerjene vrednosti smo zabeležili v spodnjih tabelah.

Rezultate smo razdelili na dva dela, v prvem smo predstavili meritve, ki smo jih dobili z laboratorijsko simulacijo hidrociklona, v drugem delu pa so prikazani rezultati poskusov ločevanja emulzij s centrifugiranjem.

V prvem delu, ki predstavlja rezultate turbulentnega mešanja, smo predstavili meritve dobljene s poskusom, pri katerem smo spreminjali čas mešanja in meritve, ki smo jih dobili ob dodatku različnih koncentracij sredstev.

Pri centrifugiranju smo poskuse najprej opravili s 3 % emulzijo olja Die-Lubric 4052, pri katerih smo spreminjali čas centrifugiranja in število obratov ter dodajali sredsvo NaCl. Nato smo za vzorec uporabili 3 % emulzijo olja die-lubric 7050 in realno emulzijo. Najprej smo prikazali rezultate poskusov, kjer smo spreminjali število obratov centrifugiranja, sledi prikaz rezultatov ob spreminjanju časa, nato smo predstavili meritve ločevanja emulzij ob dodatku sredstev NaCl, CaCl2 in PaCl ter na koncu zabeležili vrednosti, ki smo jih dobili ob spreminjanju temperature emulzij.

Zaradi ročnega odstranjevanja zgornje (oljne) faze od spodnje (vodne), ki sta se ločili med centrifugiranjem emulzij, je možno, da sta se fazi med seboj malce premešali, kar pomeni, da obstaja verjetnost manjših merilnih napak.


34

4.1 Rezultati poskusov s hidrociklonom

Pri turbulentnem mešanju smo uporabili 3 % emulziji z oljem Die-Lubric 4052 in oljem Die-Lubric 7050 ter realno emulzijo z neznano sestavo. S poskusi smo ugotavljali, kako na ločevanje emulzij vpliva čas mešanja in dodatki sredstev NaCl, CaCl2 ter PaCl.

Merili smo motnost, spektralni absorpcijski koeficient (SAK) ter prevodnost. Določanje KPK in mineralnih olj nismo izvajali.

4.1.1 Vpliv časa na emulzije pri turbulentnem mešanju

Pri prvem poskusu nas zanima, kako na ločevanje emulzij pri turbulentnem mešanju vpliva čas. Emulzijo smo mešali 30 min, 60 min in 90 min, ob tem pa merili motnost, SAK in prevodnost. Nastavili smo mešanje pri 1000 obr./min, temperatura emulzije je bila 22±1 °C.

Tabela 4-1: Rezultati turbulentnega mešanja v odvisnosti od časa

Emulzija th [min] Mot [NTU] SAK [m-1] χ [mS cm-1]

Olja Die-

Lubric 4052

0 3710 6030 0,37

30 3660 5978 0,38

60 3690 6159 0,39

90 3700 6200 0,39

Olja Die-

Lubric 7050

0 2400 2752 0,46

30 2500 2804 0,47

60 2420 2737 0,49

90 2450 2883 0,5

Realna

emulzija

0 6780 9047 7,15

30 7640 9067 7,20

60 7580 9071 7,29

90 7320 9147 7,58

Pri teh poskusih smo uporabili tri vrste emulzij, a ob nobeni se motnost in SAK z višanjem časa mešanja nista znižala. Ugotovimo, da turbulentno mešanje s spreminjanjem časa pri 1000 obr./min ne pripomore k ločevanju olj iz emulzij, zato smo v nadaljevanju poizkusili z dodatki NaCl, CaCl2 ter PaCl.


35

Motnost se z daljšanjem časa mešanja ne znižuje, ampak so vrednosti ostale podobne začetnim oz. so se ponekod celo povečale, kar je grafično prikazano na sliki 4-1. To se je zgodilo pri merjenju motnosti v realnem olju, kar pa je najverjetneje posledica slabega premešanja emulzije pred merjenjem začetne vrednosti (th = 0). Podobno kot za motnost velja tudi za vrednosti SAK, ki so prikazane na sliki 4-2.

Slika 4-1: Motnost v odvisnosti od časa pri turbulentnem mešanju

Slika 4-2: SAK ob spreminjanju časa turbulentnega mešanja

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

0 30 60 90

Mot

[NTU

]

th [min]

realna emulzija

emulzija olja Die-Lubric 4052


0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

0 30 60 90

SAK

[m

-1]

th [min]

realna emulzija

emulzija olja Die-Lubric 4052 emulzija olja Die-Lubric 7050


36

4.1.2 Vpliv sredstev NaCl, CaCl2 in PaCl na ločevanje emulzij s turbulentnim

mešanjem

S poskusom smo ugotavljali, kako dodajanje NaCl, CaCl2 in PaCl vpliva na ločevanje olj iz emulzij s turbulentnim mešanjem. Mešanje emulzij je potekalo 90 min pri 22±1 °C in 1000 obr/min. Uporabljali smo emulzijo olja Die-Lubric 7050 in realno emulzijo. Izmerjene vrednosti smo zabeležili v tabeli 4-2.

Tabela 4-2: Vrednosti turbulentnega mešanja ob dodatku NaCl, CaCl2 in PaCl.

Emulzija Dodatki γ [g L-1] Mot [NTU] SAK [m-1] χ [mS cm

-1]

Olja Die-

Lubric 7050

Vzorec brez dodatkov 2450 2883 0,5

NaCl

0,1 2490 2778 0,89

0,5 2440 2736 1,35

1 2600 2999 1,90

2 2400 2730 4,05

PaCl 1,2 2700 3297 1,08

2,4 2660 3251 1,79

Realna

emulzija

Vzorec brez dodatkov 7320 9197 7,58

CaCl2

0,15 7160 8587 7,65

1,5 7560 8926 8,47

2,5 7020 8274 9,10

PaCl 1,2 6660 7633 7,78

2,4 7340 9185 8,40

Iz vrednosti zabeleženih v tabeli 4-2 ugotovimo, da dodajanje NaCl, CaCl2 in PaCl ne pripomore k ločevanju emulzij, kar smo lahko pričakovali že pred meritvami, saj se emulzija po končanem mešanju na videz ni popolnoma nič spremenila. Med mešanjem in po njem smo opazili rahlo penjenje emulzije, kar je posledica prisotnosti emulgatorjev v emulziji.

Motnost in SAK se z dodajanjem različnih koncentracij sredstev nista znižala, izjema je le realna emulzija pri dodatku 1,2 g/L PaCl, kjer se je motnost znižala za 9 % (slika 4-3), SAK pa za 17 % (slika 4-4). Z višanjem koncentracij NaCl, CaCl2 in PaCl se v emulziji poveča število ionov, ki prevajajo električni tok, kar privede do povišanja prevodnosti, kot je razvidno iz tabele.

Na podlagi rezultatov, dobljenih pri poskusu, s katerim smo ugotavljali, kako na ločevanje emulzij vpliva čas mešanja in pri tem v katerem se vrednosti po dodatku različnih sredstev niso znižale, smo se odločili, da nadaljnjih poskusov s turbulentnim mešanjem ne bomo izvajali. V nadaljevanju diplomske naloge smo se osredotočili na ločevanje olj iz emulzij s centrifugiranjem.


37

Spremembe motnosti emulzije ob dodatku različnih koncentracij sredstev so prikazane na sliki 4-3, na sliki 4-4 pa so zabeležene vrednosti SAK.

Stolpci modre barve predstavljajo emulzijo olja Die-Lubric 7050. Temnejši modri stolpci prikazujejo vrednosti emulzij z dodatkom NaCl, svetlejši pa vrednosti, ki smo jih dobili ob dodatku PaCl. Zelena barva stolpcev ponazarja realno emulzijo, h kateri smo dodali CaCl2, njene vrednosti pa so zabeležene v tretjem sklopu stolpcev (temno zelena barva). Četrti sklop stolpcev pa prikazuje vrednosti, ki smo jih dobili ob dodatku PaCl.

Slika 4-3: Motnost v odvisnosti od koncentracije dodatkov pri turbulentnem mešanju

Slika 4-4: SAK v odvisnosti od koncentracije dodatkov pri turbulentnem mešanju

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

0 0,1 0,5 1 2 0 1,2 2,4 0 0,15 1,5 2,5 0 1,2 2,4

Mot

[NTU

]

γ [g L-1] NaCl v emulziji olja Die-Lubric 7050 PaCl v emulziji olja Die-Lubric 7050

CaCl₂ v realni emulziji PaCl v realni emulziji

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

0 0,1 0,5 1 2 0 1,2 2,4 0 0,15 1,5 2,5 0 1,2 2,4

SAK

[m

-1]

γ [g L-1]

NaCl v emulziji olja Die-Lubric 7050 PaCl v emulziji olja Die-Lubric 7050

CaCl₂ v realni emulziji PaCl v realni emulziji


38

4.2 Rezultati poskusov s centrifugo

Rezultate centrifugiranja smo razdelili na dva dela. V prvem delu smo poskuse opravili s 3

% emulzijo, ki smo jo pripravili z oljem Die-Lubric 4052, v drugem delu pa smo uporabili

3 % emulzijo olja Die-Lubric 7050 in realno emulzijo neznane sestave z oznako E16769.

Učinkovitost ločevanja emulzij s centrifugiranjem smo ocenjevali s procentualnim

znižanjem vrednosti KPK, motnosti, SAK in mineralnih olj. Bolj kot se vrednosti znižajo,

večja je učinkovitost centrifugiranja.

Pri emulzijah, ki se po centrifugiranju na videz niso spremenila in se vrednosti motnosti in

SAK niso pretirano znižala, KPK in določanje mineralnih olj nismo izvajali.

4.2.1 Poskusi s 3 % emulzijo olja Die-Lubric 4052

4.2.1.1 Vpliv časa, ki preteče od centrifugiranja do meritev

Pri teh poskusih nas je zanimalo, kako na rezultate vpliva pretečen čas od konca centrifugiranja pa do izvedbe meritev. Meritve smo izvedli nekaj minut po centrifugiranju in naslednji dan ter jih zbrali v tabeli 4-3. Centrifugiranje je potekalo 30 min in 60 min pri 4000 obr./min.

Tabela 4-3: Vrednosti izmerjene nekej minut po centrifugiranju in naslednji dan

tc [min] tm [ur] Mot [NTU] SAK [m-1

] χ [mS cm-1

]

30 0 3670 5940 0,38

24 3690 5980 0,38

60 0 3580 5822 0,37

24 3610 5936 0,37

Meritve, dobljene nekaj minut po končanem centrifugiranju, in tiste, ki smo jih izmerili naslednji dan, so si precej podobne. Predvidevamo, da čas, ki preteče od končanega centrifugiranja pa do merjenja vrednosti bistveno ne vpliva na rezultate, zato smo vse nadaljnje meritve izvajali dan po centrifugiranju, saj nam je tako časovno bolj ustrezalo.


39

4.2.1.2 Centrifugiranje emulzij pri različnih obratih in času

Emulzijo smo centrifugirali pol ure pri 3000, 4000 in 7000 obratih na minuto. Vrednosti SAK in motnosti, ki smo jih izmerili, smo grafično prikazali na sliki 4-5, s katere je razvidno, da omenjene vrednosti niso take kot smo pričakovali, saj se glede na začetne vrednosti ne znižajo veliko. Stolpci s svetlo vijolično barvo predstavljajo spremembo SAK, temno vijolična barva pa predstavlja vrednosti motnosti, ki se prav tako kot SAK z višanjem obratov centrifugiranja znižujejo, a ne za veliko.

Slika 4-5: Motnost in SAK v odvisnosti od števila obratov centrifuge

Iz grafa je razvidno, da se z višanjem št. obratov motnost in SAK znižujeta. Najboljše rezultate smo dobili pri 7000 obr./min, in sicer se je motnost iz 3710 NTU zmanjšala na 3450 NTU, kar predstavlja 7 %, SAK pa se je znižal iz 6030 m

-1 na 5884 m

-1 oz. dobra 2 %.

Prav tako smo merili prevodnost, ki se je gibala med 0,37 mS cm-1

in 0,38 mS cm-1

.

Glede na pričakovano majhne razlike v meritvah, saj se videz emulzije po centrifugiranju ni spremenil, KPK in določanja mineralnih olj nismo izvajali.

Zaradi slabših rezultatov smo čas centrifugiranja pri 4000 obratih/min iz 30 minut podaljšali na eno uro. Ob tem se je motnost znižala iz 3670 NTU na 3580 NTU, kar predstavlja 3 %. Prav tako se za 2 % zniža vrednost SAK, in sicer iz začetnih 5940 m

-1 na

5822 m-1

.

Iz podatkov vidimo, da se vrednosti znižujejo, vendar manj od pričakovanega, zato smo jih v nadaljevanju skušali znižati s pomočjo sredstva NaCl.

3300

3400

3500

3600

3700

3800

3900

4000

5400

5500

5600

5700

5800

5900

6000

6100

0 3000 4000 7000

Mot

[NTU

]

SAK

[m

-1]

ν [obr./min]

SAK Motnost


40

4.2.1.3 Centrifugiranje emulzij ob dodatku NaCl

Pri tem poskusu nas je zanimalo, kako dodatek soli vpliva na emulzijo olja Die-Lubric 4052, zato smo ji pred centrifugiranjem dodali NaCl, in sicer 1 g/L, nato pa še 10 g/L. Centrifugiranje smo izvajali 30 min pri 4000 obr./min.

Vrednosti, ki smo jih dobili, smo grafično prikazali na sliki 4-6. Svetlejši stolpci

predstavljajo meritve SAK, temnejši pa motnost. Iz grafa razberemo, da se ob dodatku NaCl

motnost in SAK zmanjšata, in sicer ob dodatku 1 g/L za približno 3 %.

Slika 4-6: Nižanje motnosti in SAK ob dodajanju NaCl

Prav tako se vrednosti znižajo pri dodatku 10 g/L, vendar manj kot pri koncentraciji 1 g/L. Prevodnost se je vse skozi povečevala in je iz začetnih 0,37 mS/cm narasla na 15,15 mS/cm, kar je posledica dodajanja soli - NaCl.

Rezultati poskusov, izvedenih z emulzijo olja Die-Lubric 4052, so bili slabši kot smo pričakovali. V prvem poskusu sta se motnost in SAK najbolj znižala pri 7000 obr/min, pri drugem, kjer smo dodajali NaCl pa so vrednosti najnižje pri dodatku 10 g/L, vendar le-te niso bistveno nižje kot pri 1 g/L, zato je primerneje, da v nadaljevanju uporabljamo nižje koncentracije in tako manj obremenimo emulzije.

Glede na dobljene vrednosti, ki smo jih dobili z omenjenih poskusov, predvidevamo, da emulzija olja Die-Lubric 4052 ni primerna za ločevanje s centrifugiranjem, zato smo jo zamenjali z emulzijo olja Die-Lubric 7050.

3450

3500

3550

3600

3650

3700

3750

3800

3850

5650

5700

5750

5800

5850

5900

5950

6000

6050

0 1 10

Mot

[NTU

]

SAK

[m

-1]

γ [g L-1]

SAK Motnost


41

4.2.2 Poskusi s 3 % emulzijo olja Die-Lubric 7050 in realno emulzijo

4.2.2.1 Vpliv števila obratov na ločevanje emulzij

V predhodnem poizkusu smo ugotovili, da povečanje števila obratov uspešno vpliva na zmanjšanje motnosti in SAK, vendar je bil procent znižanja za 3 % emulzijo olja Die-Lubric 4052 precej nizek, zato smo pri enakih pogojih (čas centrifugiranja je bil 1 uro) poizkusili z emulzijo olja Die-Lubric 7050 in pri tem dobili precej boljše meritve. Meritve, vključno z vrednostjo KPK in določanjem mineralnega olja v emulziji, smo izvedli tudi z realnim oljem, kot je prikazano v tabeli 4-4.

Tabela 4-4: Rezultati centrifugiranja ob spreminjanju obratov

Emulzija ν

[obr./min]

Mot

[NTU]

SAK

[m-1] χ [mS cm

-1] KPK

[mg O2 L-1]

Mineralna

olja [g L-1]

Olja Die-

Lubric

7050

0 2400 2752 0,46 10955 10,8

3000 1730 1869 0,46 8296 5,7

4000 1480 1533 0,46 8105 5,55

7000 419 517 0,45 3852 3,6

Realna

emulzija

0 6780 9047 7,15 31660 12,2

3000 1860 4578 7,16 28889 5

4000 1620 4387 7,15 28746 4,1

7000 649 2986 7,16 20741 2,3

Meritve, dobljene v poskusu, s katerim smo ugotavljali vpliv obratov centrifuge na ločevanje emulzij, nam povedo, da se z višanjem obratov olja iz emulzij uspešneje ločujejo. Najboljše rezultate smo dobili pri delovanju centrifuge na 7000 obr./min, tako za emulzijo olja Die-Lubric 7050 kot realno emulzijo, in jih bomo podrobneje predstavili v naslednjem odstavku.

Pri emulziji olja Die-Lubric 7050 se motnost iz začetnih 2400 NTU zmanjša na 419 NTU, kar predstavlja 83 %, SAK se zmanjša za 81 %, vrednost KPK pa iz 10955 mg O2/L na 3852 mg O2/L oz. za 65 %. Začetni vzorec emulzije je vseboval 10,8 g/L olja, po eni uri centrifugiranja pri 7000 obratih pa je bilo v vzorcu 3,6 g/L olja, kar pomeni, da se je vsebnost olja v emulziji zmanjšala za 67 %.

Pri realni emulziji je bilo znižanje motnosti 90 %, iz 6780 NTU na 649 NTU, SAK pa se je zmanjšal za 67 %. V vzorcu realne emulzije smo KPK znižali za 34 %, in sicer iz 31660 mg O2/L na 20741 mg O2/L, vsebnost olja pa se je zmanjšal iz 12,2 g/L na 2,3 g/L oz. za 81 %.


42

Po 60 min centrifugiranja pri 7000 obr./min sta se oljno vodni fazi emulzije z oljem Die-

Lubric 7050 ločili, olje je zaradi svoje specifične teže splavalo na vrh, kot je vidno na sliki

4-7. V prvi centrifugirki je emulzija pred centrifugiranjem, v drugi takoj po centrifugiranju,

v tretji centrifugirki pa je vzorec emulzije, poslikan naslednji dan.

Slika 4-7: Ločevanje oljno vodne faze po centrifugiranju pri 7000 obratih

Kljub najboljšim rezultatom, ki smo jih dobili pri delovanju centrifuge pri 7000 obratih,

smo vse naslednje poizkuse izvajali pri 4000 obr./min, saj smo z merilnikom porabe

električne energije ugotovili, da je bila uporabljena energija pri 7000 obratih bistveno večja.

Pri eno-urnem centrifugiranju na 7000 obr./min je bila poraba 0,29 kWh, pri 4000 obr./min

pa le 0,16 kWh, kar pomeni, da je pri 4000 obr./min poraba energije 45 % manjša.


43

Slika 4-8 prikazuje, kako se motnost spreminja ob višanju obratov centrifuge. Znižanje

motnosti pri realni emulziji je največje med začetnim vzorcem in vzorcem, ki smo ga

centrifugirali pri 3000 obr./min, govorimo o 73 % znižanju. Pri nadaljnem povišanju

obratov, motnost enakomerno pada in se pri 7000 obr./min zmanjša za 90 %. Pri emulziji

olja Die-Lubric 7050 vrednosti enakomerno padajo, kar prikazuje rjava črta.

Slika 4-8: Sprememba motnosti z višanjem obratov centrifugiranja

Podobno, kot za motnost, velja tudi za vrednosti SAK, kar je prikazano na sliki 4-9.

Slika 4-9: Sprememba SAK z višanjem obratov centrifugiranja

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Mot

[NTU

]

ν [obr./min]


realna emulzija

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

SAK

[m

-1]

ν [obr./min]


realna emulzija


44

Vrednosti KPK za emulzijo olja Die-Lubric 7050 in realno emulzijo so prikazane na sliki 4-10, kjer vidimo, da se s povečevanjem obratov centrifugiranja znižujejo.

Slika 4-10: Sprememba KPK z višanjem obratov centrifugiranja

Spodnja slika (slika 4-11) prikazuje količino olja, ki ostane v vzorcu po centrifugiranju pri različnih obratih.

Slika 4-11: Zniževanje mineralnega olja z višanjem obratov centrifugiranja

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

KPK

[m

g O

2 L

-1]

ν [obr./min]


realna emulzija

0

2

4

6

8

10

12

14

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Min

eral

na

olj

a [g

L-1

]

ν [obr./min]


realna emulzija


45

4.2.2.2 Vpliv časa centrifugiranja na ločevanje emulzij

Pri tem poizkusu smo glede na literaturo16

spreminjali čas centrifugiranja. Kot je razvidno iz tabele 4-5, smo centrifugirali do največ dve uri, saj je iz članka razvidno, da se procent ločevanje olja nad dvema urama ne zmanjša več veliko. Emulziji smo centrifugirali pri 4000 obr./min.

Tabela 4-5: Rezultati centrifugiranja ob spremembi časa

Emulzija tc [min] Mot

[NTU] SAK [m-1] χ [mS cm

-1] KPK

[mg O2 L-1]

Mineralna

olja [g L-1]

Olja Die-

Lubric

7050

0 2400 2752 0,46 10955 10,8

60 1480 1533 0,46 8105 5,55

90 819 848 0,47 6736 4,9

120 752 746 0,47 4440 3,95

Realna

emulzija

0 6780 9047 7,15 31660 12,2

60 1620 4387 7,15 28746 4,1

90 1240 3713 7,14 27719 3,25

120 1070 3452 7,14 26072 2,5

Iz tabele je razvidno, da se motnost pri emulziji olja Die-Lubric 7050 po 120 min centrifugiranja zmanjša iz 2400 NTU na 752 NTU, kar predstavlja 67 %, pri realni emulziji pa smo motnost iz 6780 NTU znižali na 1070 NTU oz. za 84 %, slika 4-13. SAK se pri emulziji olja Die-Lubric 7050 zmanjša za 73 %, pri realni emulziji pa 62 %, slika 4-14.

Podobno, kot za motnost in SAK, velja tudi za olja, ki smo jih odstranjevali iz emulzij. Največji delež smo odstranili prvo uro, nato pa se je z višanjem časa centrifugiranja ta delež pričel zmanjševati. V začetni emulziji olja Die-Lubric 7050 je bilo 10,8 g/L olja, po dveh urah pa ga je bilo 3,95 g/L, izračunamo, da smo iz emulzije odstranili 63 % olj. Pri realni emulziji pa smo začetnih 12,2 g/L zmanjšali na 2,5 g/L olja, kar predstavlja 80 % znižanje vsebnosti olj, slika 4-16.

Pri vrednostih KPK ugotovimo, da le-te z večanjem časa približno enakomerno padajo, kar lahko razberemo iz slike 4-15. Najmanjšo oz. najboljšo vrednost KPK smo izmerili pri 120 minutah, in sicer pri emulziji olja Die-Lubric 7050 se iz začetnih 10955 mg O2/L zmanjša na 4440 mg O2/L oz. za 59 %, pri realni emulziji pa iz 31660 mg O2/L na 26072 mg O2/L oz. za 18 %.

Skratka najboljše rezultate smo dobili pri 120 minutah, vendar kot smo že prej ugotovili se procent zmanjševanja vrednosti z višanjem časa centrifugiranja znižuje. Ugotovimo, da se vrednosti od 90 – 120 minut ne spremenijo več veliko, izjema je le KPK emulzije olja Die-Lubric 7050.

Vrednosti v emulziji olja Die-Lubric 7050 se v zadnjih 30 minutah zmanjšajo, in sicer:

- motnost za 1 %, - SAK za 4 %,


46

- KPK za 20 %, - olja za 4 %

Podobne rezultate smo dobili tudi pri vzorcu realne emulzije:

- motnost za 2 %, - SAK za 3 %, - KPK za 5 %, - olja za 7 %

Procentualno gledano se vrednosti zadnje pol ure ne spremenijo več veliko, zato predvidevamo, da se centrifugiranje nad 120 minutami ne splača.

Na sliki 4-12 vidimo, kako se oljno vodni fazi po dvournem centrifugiranju pri 4000

obr/min ločita. V levi centrifugirki je emulzija pred centrifugiranjem, sledi centrifugirka, ki

prikazuje ločeni fazi po centrifugiranju in zadnja, ki prikazuje ločeni oljno vodni fazi dan

po centrifugiranju.

Slika 4-12: Ločevanje olj iz realne emulzije po dvournem centrifugiranju


47

Znižanje motnosti in SAK pri realni emulziji je največji v prvi uri centrifugiranja, v

nadaljevanju pa se ta delež zniža precej manj, kar vidimo na sliki 4-13 in sliki 4-14.

Vrednosti motnosti in SAK v emulziji olja Die-Lubric 7050 so se v intervalu od 0 do 90

minut centrifugiranja enakomerno nižale, nadaljne pol ure pa se vrednosti niso bistveno

spremenile, kar je z zelenim prikazano na slikah.

Slika 4-13: Sprememba motnosti ob višanju časa centrifugiranja

Slika 4-14: SAK emulzije v odvisnosti od časa centrifugiranja

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

0 30 60 90 120

Mot

[NTU

]

tc [min]


realna emulzija

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

0 30 60 90 120

SAK

[m

-1]

tc [min]


realna emulzija


48

Slika 4-15 prikazuje vrednosti KPK, ki se s podaljševanjem centrifugiranja pri obeh

emulzijah bolj ali manj enakovredno znižujejo.

Slika 4-15: KPK v odvisnosti od časa centrifugiranja

Pri naslednjem poizkusu smo preverjali, kako čas centrifugiranja vpliva na vsebnost

mineralnih olj v emulziji. Največ olja smo iz emulzij odstranili v prvi uri centrifugiranja,

kar nam povedo vrednosti na sliki 4-16.

Slika 4-16: Nižanje mineralnih olj z višanjem časa centrifugiranja

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

0 30 60 90 120

KPK

[m

g O

2 L

-1]

tc [min]


realna emulzija

0

2

4

6

8

10

12

14

0 30 60 90 120

Min

eral

na

olj

a [g

L-1

]

tc [min]


realna emulzija


49

4.2.2.3 Vpliv dodanih sredstev na ločevanje emulzij s centrifugiranjem

Poskušali smo ugotoviti, kako na ločevanje emulzij vpliva dodatek različnih sredstev kot so: NaCl, CaCl2 in PaCl. Pri tem smo spreminjali koncentracijo, kot je prikazano v tabeli 4-6. Centrifugiranje smo izvajali eno uro pri 4000 obr./min.

Tabela 4-6: Vrednosti centrifugiranja ob dodatku sredstev NaCl, CaCl2 in PaCl

Emulzija dodatki γ (g L-1

) Mot [NTU] SAK [m-1] χ [mS cm-1]

KPK [mg

O2 L-1]

Olja Die-

Lubric

7050

Vzorec brez

dodatkov 1480 1533 0,46 8105

NaCl

0,15 1240 1246 0,82 3876

0,5 1250 1238 1,38 3842

1,5 1220 1280 3,03 3888

CaCl2

0,15 1190 1218 0,72 4206

1,5 1200 1230 2,46 4187

2,5 1230 1260 3,63 4117

PaCl 1,2 1410 1471 1,07 5084

2,4 1400 1484 1,85 4940

Realna

emulzija

Vzorec brez

dodatkov 1620 4387 7,15 28746

NaCl

0,15 1440 3832 7,55 23178

0,5 1510 4101 7,83 22641

1,5 1500 4158 9,26 22321

CaCl2

0,15 1510 3937 7,46 23925

1,5 1530 3720 8,28 22214

2,5 1530 3640 8,96 21955

PaCl 1,2 1380 3451 7,68 20126

2,4 1410 3578 7,89 19897

Iz meritev, ki smo jih dobili pri tem poizkusu, razberemo, da je bilo znižanje motnosti, SAK in KPK največje pri dodatku najnižjih koncentracij, ob dodatku višjih pa se ta delež ne spremeni več veliko. Zaradi majhnega padca vrednosti motnosti in SAK določanje olj v tem primeru nismo izvajali.

Pri emulziji z oljem Die-Lubric 7050 smo najboljše rezultate dobili ob dodatku NaCl, motnost se je pri koncentraciji 0,15 g/L zmanjšala iz 1480 NTU na 1240 NTU, kar je 16 % (slika 4-17). KPK pa se zmanjša iz 8105 mg O2/L na 3876 mg O2/L kar predstavlja 52 % (slika 4-19). Podobne rezultate smo dobili tudi pri dodatku sredstva CaCl2 (motnost je bila malce nižja, KPK pa višji). Najslabše pa se je na to emulzijo odzvalo sredstvo PaCl.


50

Pri realni emulziji pa je bilo ravno obratno, saj smo najboljše rezultate dobili ob dodatku PaCl. Pri koncentraciji 1,2 g/L se je motnost zmanjšala iz 1620 NTU na 1380 NTU oz. drugače, zmanjšala se je za 15 % (slika 4-17), KPK pa se iz začetnih 28746 mg O2/L znižal na 20126 mg O2/L, kar pomeni, da se je znižal za 30 % (slika 4-19). Vrednosti ostalih dveh sredstev (NaCl in CaCl2), ki smo ju uporabili, so si bila med seboj podobna, vendar slabša kot pri PaCl.

Slika 4-17 nam prikazuje, kako se motnost emulzije olja Die-Lubric 7050 in realne

emulzije spreminja ob dodatku različnih koncentracij sredstev.

Slika 4-17: Sprememba motnosti z višanjem koncentracij sredstev NaCl, CaCl2 in PaCl

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

Mot

[NTU

]

γ [g L-1]

NaCl v emulziji olja Die-Lubric 7050 NaCl v realni emulziji

CaCl₂ v emulziji olja Die-Lubric 7050 CaCl₂ v realni emulziji

PaCl v emulziji olja Die-Lubric7050 PaCl v realni emulziji


51

Na naslednji sliki (slika 4-18) smo prikazali, kako se z dodajanjem vedno višjih

koncentracij NaCl, CaCl2 in PaCl spreminja spektralni absorbcijski koeficient. Podobno kot

pri motnosti, smo za realno emulzijo dobili najbolše rezultate pri dodatku PaCl, v emulziji

olja Die-Lubric 7050 pa se omenjeno sredstvo ni izkazalo, kar nam pove, da če se določeno

sredstvo izkaže pri eni emulziji, še ni zagotovljeno, da se bo tudi pri drugih.

Slika 4-18: Sprememba SAK z višanjem koncentracij NaCl, CaCl2 ter PaCl

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

SAK

[m

-1]

γ [g L-1]



PaCl v emulziji olja Die-Lubric 7050 PaCl v realni emulziji


52

Pri poskusu, katerega rezultate smo prikazali na sliki 4-19, smo ugotavljali, kako se

vrednosti KPK spreminjajo ob dodatku sredstev NaCl, CaCl2 ter PaCl. Pri dodatku vseh

treh sredstev je znižanje KPK največje pri začetnih, najnižjih koncentracijah, pri višjih pa

se KPK ne zniža več bistveno.

Slika 4-19: Sprememba KPK ob dodatku sredstev NaCl, CaCl2 in PaCl

2000

7000

12000

17000

22000

27000

32000

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

KPK

[m

g O

2 L

-1]

γ [g L-1]



PaCl v emulziji olja Die-Lubric 7050 PaCl v realni emulziji


53

4.2.2.4 Vpliv temperature na ločevanje emulzij s centrifugiranjem

Pri tem poizkusu nas je zanimalo, kako temperatura vpliva na ločevanje emulzij. Najprej smo emulzijo centrifugirali pri sobni temperaturi, ki je bila 22±1 °C. Da bi ugotovili vpliv temperature na emulzijo, smo naslednja vzorca segreli na 35 °C in 55 °C. Po 60 minutah centrifugiranja pri 4000 obr/min smo izmerili vrednosti ter jih zabeležili v tabeli 4-7.

Tabela 4-7: Vrednosti emulzij centrifugiranih pri različnih temperaturah

Emulzija T [°C] Mot [NTU] SAK [m-1] χ [mS cm-1]

KPK

[mg O2 L-1]

Olja Die-

lubric

7050

22±1 1480 1533 0,46 8105

35±1 1230 1309 0,46 4308

55±1 1220 1256 0,46 3077

Realna

emulzija

22±1 1620 4387 7,15 28746

35±1 1450 3760 7,15 24615

55±1 1430 3729 7,15 21538

Vrednosti, zabeležene v tabeli, nam povedo, da se motnost in SAK pri povišanju

temperature na 35 °C znižata. Motnost emulzije olja Die-Lubric 7050 znižamo iz 1480

NTU na 1230 NTU oz. za 17 %, vrednost SAK pa se zmanjša za 15 %. Pri realni emulziji se

motnost zniža iz 1620 NTU na 1450 NTU, kar predstavlja 10 %, vrednost SAK pa iz 4387

m-1

na 3760 m-1

oz. za 17 %.

Pri vzorcu, ki smo ga segreli na 55 °C, se vrednosti motnosti in SAK nista spremenili

napram tistim pri 35 °C, kar je razvidno iz slike 4-20 in slike 4-21.

Pri emulziji olja Die-Lubric 7050, segretega na 35 °C, se KPK zniža iz 8105 mg O2/L na

4308 mg O2/L oz. za 47 %, vrednosti KPK realne emulzije pa iz 28746 mg O2/L na 24615

mg O2/L, kar pomeni 14 % znižanje KPK. Med 35 °C in 55 °C je znižanje KPK nekoliko

manjše, in sicer se prva emulzija zniža za 15 %, realna emulzija pa za 11 %, kar je razvidno

iz slike 4-22.


54

Pri poskusu, katerega vrednosti smo grafično zabeležili v sliki 4-20, nas je zanimalo, kako

sprememba temperature vpliva na motnost emulzij.

Slika 4-20: Sprememba motnosti z višanjem temperature emulzij

Vrednosti zabeležene na sliki 4-21 prikazujejo, kako na spektralni absorbcijski koeficient

vpliva temperatura emulzij.

Slika 4-21: Sprememba SAK z višanjem temperature emulzij

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

22 32 42 52

Mot

[NTU

]

T [°C]


realna emulzija

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

22 32 42 52

SAK

[m

-1]

T [°C]


realna emulzija


55

S spreminjanjem temperature emulzij smo ugotavljali, kako le-te vplivajo na KPK. Izmerjene

vrednosti smo vstavili v graf in v njem dobili dve črti, ki se z višanjem temperature nižata. KPK v

realni emulziji se ob povišanju temperature za 20 ºC zniža za 25 %, v emulziji olja Die-Lubric 7050

pa kar za 62 %.

Slika 4-22: Sprememba KPK ob višanju temperature emulzij

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

22 32 42 52

KPK

[m

g 0

2 L

-1]

T [°C]


realna emulzija


56

5 ZAKLJUČEK

V diplomskem delu smo preučevali vpliv turbulentnega mešanja in centrifugiranja na oljno vodne emulzije ob spreminjanju različnih obratovalnih pogojev. Pri laboratorijski simulaciji hidrociklona oz. turbulentnem mešanju smo spreminjali čas mešanja in dodajali različne koncentracije sredstev NaCl, CaCl2 in PaCl.

Pri omenjenih poskusih smo najboljše rezultate dobili pri dodatku 1.2 g/L PaCl v realni emulziji, pri čemer se je motnost zmanjšala za 9 %, SAK pa za 17 %, kar je manj od pričakovanega. Vse ostale vrednosti pa so ostale približno enake oz. so se ponekod celo povečale, kar pa je najverjetneje posledica slabega premešanja emulzije pred merjenjem fizikalno-kemijskih parametrov v začetnem vzorcu.

Ugotovimo, da laboratorijska simulacija hidrociklona ob teh pogojih (mešanje je potekalo pri 1000 obr./min) ni primerna za ločevanje oljno vodnih emulzij, je pa mogoče, da bi bilo pri višjih obratih ločevanje uspešneje, vendar smo bili pri številu obratov omejeni, zato teh poskusov nismo izvedli. Pri poskusih s centrifugiranjem smo določili, kako na ločevanje emulzij vpliva čas, število obratov, temperatura emulzije med centrifugiranjem ter sredstva, ki smo jih dodali v emulzijo pred centrifugiranjem.

Ob spreminjanju števila obratov, smo najboljše rezultate dobili ob delovanju centrifuge pri najvišjih obratih (7000 obr./min), kar smo tudi pričakovali, saj se z višanjem števila obratov poveča centrifugalna sila, ta pa pozitivno vpliva na združitev oljnih oz. vodnih kapljic. Iz 3 % emulzije olja Die-Lubric 7050 smo odstranili 67 % olj, iz realne emulzije pa kar 81 %. KPK se je pri prvi emulziji znižal za 65 %, pri realni emulziji pa nekoliko manj, in sicer za 34 %.

S poskusi, kjer smo spreminjali čas centrifugiranja smo najboljše rezultate dobili po dveh urah centrifugiranja, in sicer smo KPK pri emulziji olja Die-Lubric 7050 znižali za 59 %, vsebnost mineralnih olj pa za 63 %. Pri realni emulziji je bilo znižanje vrednosti KPK manjše kot pri prvi emulziji, saj se vrednosti znižajo za 18 %, vsebnost mineralnih olj pa se zmanjša za 80 %. Meritve, ki smo jih dobili pri tem poskusu, prikazujejo, da se merjeni parametri najbolj znižajo prvo uro, v nadaljevanju centrifugiranja pa se te vrednosti spreminjajo vse manj, oz. se zadnje pol ure (od 90. do 120. minute) vrednosti ne znižajo več veliko, zato predvidevamo, da se centrifugiranje nad dvema urama ne izplača.

Pri dodajanju različnih koncentracij sredstev NaCl, CaCl2 in PaCl so se merjene vrednosti najbolj znižale ob dodatku najnižjih koncentracij, pri višanju le-teh pa se vrednosti niso več bistveno spremenile. Ugotovimo, da sredstva ne vplivajo na vse emulzije enako, saj smo pri emulziji olja Die-Lubric 7050 dosegli najboljše rezultate z NaCl in CaCl2, ki imata precej podobne rezultate. Pri poskusih z realnimi emulzijami pa velja obratno, saj smo merjene parametre najbolj znižali z dodatkom PaCl. V priv emulziji se je vrednost KPK ob dodatku 0,15 g/L NaCl zmanjšala za 52 %, ob dodatku CaCl2 pa za 48 %. PaCl se v tej emulziji odreže najslabše, zato pa se veliko bolje odreže v realni emulziji, v kateri ob koncentraciji 1,2 g/L dosežemo 30 % znižanje vrednosti KPK.


57

V poskusu, kjer smo spreminjali temperaturo, se je pri 55 °C KPK prve emulzije znižal za 62 %, druge, realne emulzije pa za 25 %, iz česar lahko sklepamo, da povišanje temperature pozitivno vpliva na ločevanje emulzij. To pa zato, ker se z višanjem temperature zniža viskoznost emulzije, posledično se kapljice lažje in hitreje gibljejo, kar privede do hitrejših in lažjih trkov in s tem do združitve v večje kapljice.

Glede na rezultate, ki smo jih dobili pri poskusih s centrifugiranjem, ugotovimo, da ta metoda ni najučinkovitejša za ločevanje emulzij, saj z njo nismo dosegli mejnih vrednosti, ki so zapisane v zakonodaji za izpust odpadnih voda v okolje. Verjetno bi bilo potrebno še povišati frekvenco centrifugiranja, vendar pa se za to nismo odločili, saj se v industriji uporabljajo centrifuge s frekvenco do največ 5000 obr./min. Centrifugiranje je primerna metoda za ločevanje emulzij, kot metoda predčiščenja odpadne emulzije pred nadaljnjimi postopki čiščenja, kot so membranski postopki, pri katerih bi s predhodnim centrifugiranjem odstranili večja onesnaževala in s tem bistveno znižali mašenje por ter povečali učinkovitost ločevanja emulzij.


58

6 VIRI

1. Petek M. Načrtovanje eksperimentov ultrafiltracije raztopine hladilno-mazalnega

sredstva. Diplomska naloga. Maribor: Univerza v Mariboru, FKKT, 2012.

2. Rezvanpour A., Roostaazad R., Hesampour M., Nyström M., Ghotbi C. Effective

factors in the treatment of kerosene-water emulsion by using UF membranes. Journal of

Hazardous Materials, 161, str. 1216-1224, 2009.

3. Benito J.M., Ebel S., Gutierrez B., et. Al., Ultrafiltration of a waste emulsified cutting

oil using organic membranes. Department of Chemical Engineering and Environmental Technology, Oviedo, Spain: University of Oviedo, 2000.

4. Hu X.G., Bekassy-Molnar E., Vatai G. Study of ultrafiltration behaviour of emulsified metalworking fluid. Desalination, 149, str. 191-197, 2002.

5. Hesampour M., Krzyzaniak A., Nyström M. Treatment of waste water from metal working by ultrafiltration, considering the effects of operating conditions. Desalination, 222, str. 212-221, 2008.

6. Hayter A.J., Sc. B., Ph.D., A.M.I. Chem.E. Modern trends in continuous centrifugal separation and classification. Journal of the society of cosmetic chemists, str. 152-172, 1962.

7. Križan J. Vpliv obratovalnih pogojev na učinkovitost procesa ultrafiltracije oljno-vodnih emulzij. Diplomska naloga. Maribor: Univerza v Mariboru, FKKT, 2010.

8. Čelik L. Kemijska tehnika. Ljubljana: Jutro, 1996.

9. Ozim V., Knez Ž. Mehanska tehnika, zbrano gradivo. Maribor: Univerza v Mariboru, FKKT, 1995.

10. Hu X. Separation of oil-in-water emulsion for environmental protection. Doctoral thesis. 2002.

11. Moja domača kozmetika. Emulgator, 2013. http://moja-kozmetika.blogspot.com/2013/02/emulgatorji-uvod.html (dostop: oktober 2013).

12. Murič A. Primerjava keramičnih in polimernih ultrafiltracijskih modulov za čiščenje oljno vodnih emulzij. Diplomska naloga. Maribor: Univerza v Mariboru, FKKT, 2011.

13. Benito J.M., Cambiella A., Lobo A., Gutierrez G., Coca J., Pazos C. Formulation, characterization and treatment of metalworking oil-in-water emulsion. Clean Techn Environ Policy, 12, str. 31-41, 2010.

14. Cheng C., Phipps D., Alkhaddar R.M. Treatment of spent metalworking fluids. Water Research, 39, str. 4051 – 4063, 2005.

http://moja-kozmetika.blogspot.com/2013/02/emulgatorji-uvod.html


59

15. Chakrabarty B., Ghoshal A.K., Purkait M.K. Ultrafiltration of stable oil-in-water emulsion by polysulfone membrane. Journal of Membrane Science, 325, str. 427-437, 2008.

16. Cambiella A., Benito J.M., Pazos C. Centrifugal separation efficiency in the treatment of waste emulsified oils. Chemical Engineering Research and Design, 84, str. 69-76, 2006.

17. Eow J.S., Ghadiri M. Electrostatic enhancement of coalescence of water droplets in oil: a review of the technology. Chemical Engineering Journal, 85, str. 357-368, 2002.

18. Roš M., Simonič M., Šostar Turk S. Priprava in čiščenje vod. Maribor: Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo, Oddelek za tekstilstvo, 2005.

19. Zhang Y., Liu Y., Ji R. Application of variable frequency technique on electrical dehydration of water-in-oil emulsion. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 386, str. 185-190, 2011.

20. Chen W., Peng J., Su Y., Zheng L., Wang L., Jiang Z. Separation of oil/water emulsion using Pluronic F127 modified polyethersulfone ultrafiltration membranes. Separation and Purification Technology, 66, str. 591-597, 2009.

21. Industrial Wastewater Treatmen http://www.metalprep.com/images/Industrial_Wastewater_Treatment.pdf (dostop: marec 2014).

22. Ozim V. Osnovne operacije v kemijski industriji. Maribor: Univerza v Mariboru, FKKT, 1981.

23. Kantorowitsch S.B. Chemiemaschinen. Berlin: VEB Verlag Technik, 1970.

24. Gough g., Talbot S., Moos H. UBD unlocks pay in North Sea wells, 2011. http://www.drillingcontractor.org/ubd-unlocks-pay-in-north-sea-wells-8787 (dostop: marec 2014).

25. Zorko M. Centrifugiranje, material za podiplomski študij Biomedicina – Separacijske metode). http://ibk.mf.uni-lj.si/people/zorko/CENTRIFUGIRANJE.DOC (dostop: februar 2014).

26. Xu Han, teiyan Mao, Yong Chi, Jiahua Yan A model for predicting solid particle behavior in petroleum sludge during centrifugation. Fuel, 117, str. 95-102, 2013.

27. Ocepek D. Mehanska procesna tehnika. Ljubljana: DDU univerzum v Ljubljani, 1976.

28. Czvikovszky T., Nagy P., Gaál J. A polimertechnika alapjai, 2007. http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tkt/polimertechnika-alapjai/ch16s03.html (dostop: marec 2014).

29. ITAL TRACO, Oil-in-water separation. http://www.etna-usa.com/zertech.pdf (dostop: april 2014).

http://www.metalprep.com/images/Industrial_Wastewater_Treatment.pdf

http://www.drillingcontractor.org/ubd-unlocks-pay-in-north-sea-wells-8787

http://ibk.mf.uni-lj.si/people/zorko/CENTRIFUGIRANJE.DOC

http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tkt/polimertechnika-alapjai/ch16s03.html

http://www.etna-usa.com/zertech.pdf


60

30. Križan J., Simonič M., Petrinić I. Določevanje zamašitev membran pri ultrafiltraciji oljno-vodnih emulzij. Slovenski kemijski dnevi, zbornik povzetkov, Slovensko kemijsko društvo, 2011.

31. Zavod za zdravstveno varstvo Celje, Električna prevodnost. http://www.zzv-ce.si/elektricna-prevodnost (dostop: februar 2014).

32. Zavod za zdravstveno varstvo Murska Sobota, Pomen posameznih fizikalno – kemijskih parametrov. http://www.zzv-ms.si/si/pitna-voda/Pomen-posameznih-fizikalno-kemicnih-parametrov.htm (dostop: februar 2014).

33. Brzinski T., Chen D., Clara-Rahola J., Crane C. Emulsions Near the Glass Transition.

http://www.physics.emory.edu/~weeks/lab/emulsion (dostop: februar 2014).

http://www.zzv-ce.si/elektricna-prevodnost

http://www.zzv-ce.si/elektricna-prevodnost

http://www.zzv-ms.si/si/pitna-voda/Pomen-posameznih-fizikalno-kemicnih-parametrov.htm

http://www.zzv-ms.si/si/pitna-voda/Pomen-posameznih-fizikalno-kemicnih-parametrov.htm

http://www.physics.emory.edu/~weeks/lab/emulsion


61

7 ŽIVLJENJEPIS

Europass

življenjepis

Osebni podatki

Priimek / Ime KOSI Dejan

Naslov Cven 9, 9240 Ljutomer, Slovenija

Telefon Prenosni telefon: +386(051)332325

E-pošta [email protected]

Državljanstvo Slovensko

Datum rojstva 07.11.1989

Spol Moški

Zaželena zaposlitev /

želeno področje dela

Inženir kemijske tehnologije

Delovne izkušnje

Obdobje 07.11.2011 – 17.02.2012

Zaposlitev ali delovno mesto Delovna praksa

Glavne naloge in pristojnosti - ogled obratov in laboratorija,

- seznanitev s tehnološkimi postopki in laboratorijskimi preiskavami,

- sodelovanje pri odvzemu vzorcev,

- pomoč na pakirni liniji.

Naziv in naslov delodajalca KRKA, d.d., Novo mesto, obrat Ljutomer Ulica Rada Pušenjaka 10, 9240 Ljutomer

Vrsta dejavnosti ali sektor Proizvodnja in prodaja zdravil

Izobraževanje in usposabljanje

Obdobje 2008 – 2013

Naziv izobrazbe Dipl. inž. Kemijske tehnologije

Glavni predmeti / pridobljeno

znanje in kompetence

- poznavanje kemije in kemijske tehnologije,

- usposobljenost za kvalitetno in varno delo v laboratoriju,

- sposobnost vključevanja v skupinsko delo.

Naziv in status ustanove Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo, smer kemijska tehnologija


62

Obdobje 2004 - 2008

Naziv izobrazbe Tehnik zdravstvene nege

Pridobljeno znanje - zdravstvena nega in prva pomoč

Naziv in status ustanove Srednja zdravstvena šola Murska Sobota

Znanja in kompetence

Materni jezik(i) Slovenščina

Drud(i) jezik(i)

Samovrednotenje Razumevanje Govorjenje Pisanje

Slušno razumevanje

Bralno razumevanje

Govorno sporazumevanje

Govorno sporočanje

B1 A2 A2 A1 A1

B2 B2 B1 B1 A2

Evropska raven

Angleščina

Hrvaščina

Računalniške kompetence - dobro obvladovanje orodij Microsoft Office (Word, PowerPoint, Excel),

- uporaba svetovnega spleta in elektronske pošte

Vozniško dovoljenje B kategorija

ločevanje olj iz emulzij s centrifugiranjem

Documents