1.1　常用的破乳脱水方法

乳化油破乳脱水的方法有很多，其原理是利用乳化油液具有的化学性质、物理化学性质和物理性质除去油中水分的过程，脱水的方法分为：化学法、物理化学方法和物理方法^{［14，15］}。

1.1.1　化学法

化学脱水法是利用乳化油中的水同加入的化学试剂发生化学反应，生成的物质易从油中清除，达到脱水效果。pH调节剂、电解质等物质均可作为化学试剂使用，尽管其基本原理各不相同，但具有以下作用：①顶替作用，即破乳剂本身具有较低的表面张力和较高的表面活性，容易吸附于油-水界面上，将原来的乳化剂从界面上顶替下来，使得界面膜的强度下降，容易遭到破坏；②润湿作用，即以固体粉末为乳化剂的乳状液，加入润湿性能良好的润湿剂，改变固体粉末的亲水亲油性，使固体粉末从两相界面进入某一相，从而降低乳状液的稳定性；③絮凝-聚结作用，即分子量较大的非离子型表面活性剂，在加热和搅拌下能够引起细小液滴絮凝、聚结，最终导致两相分离；④破坏界面膜作用，即破乳剂吸附于两相界面上，使界面膜发生褶皱和变形，也可能因碰撞将界面膜击破，使乳状液稳定性降低^［9］。化学法由于使用了破乳剂，改变了油的成分，也在一定程度上对油品产生了污染。

1.1.2　物理化学法

物理化学脱水法是利用吸附现象，这是某些物质所特有的，它们能够有选择地吸附润滑油中的水；除了纯粹的吸附现象之外，吸附过程还存在吸附剂分子和水分子的相互吸引现象，同时会伴随着各种化学相互作用。此方法由于脱水效率和经济性能等方面的制约，未实现规模化应用^［16］。

1.1.3　物理法

物理脱水法的原理是利用力场、加热及质量交换等物理方法脱去润滑油中的水， 是目前乳化油破乳脱水处理中最常用的方法^{［17，18］}。

（1） 重力沉降法

重力沉降法是利用油和水的密度差及油和水的不相溶性，实现水滴、悬浮物与油分离，是一种初级处理方法。分散在油中的水滴下沉速度取决于水滴的大小、油和水的密度差、流动状态及流体黏度等。当油中水滴的直径在0.05～10μm时，沉降速率v服从斯托克斯公式^［17］：

　　（1.1）

式中，d为水滴粒径；ρ_B和ρ_H分别为水和油的密度；μ_H为油的动力黏度；g为重力加速度。普拉诺夫斯基等人考虑到分子性表面现象，特别是相分界面上的表面张力，计算水滴沉降速率v的公式可写成

　　（1.2）

式中，γ为油的电导率；σ为水滴的电荷表面密度；z为极化系数。

从式（1.2）不难发现油中的水滴越大，水与油的密度差越大，水就越易沉降，油的黏度越大，沉降越困难。所用装置一般有立式或卧式沉降罐，试验表明，柴油机油中的水滴在0.24m的高度也需要18h才完成沉降^［16］。

该方法的特点：对油不产生二次污染，设备简单，运行维护费用低，对于低黏度、含水量大的乳化润滑油尤为有效。该方法的不足体现在：不能脱去润滑油中的乳化水和溶解水（乳化水危害最大）；对于高黏度、含水量低的乳化油，脱水效果不佳，脱水深度不够；处理过程耗时太长，效率很低，若加热会加速油的氧化。

（2） 离心分离法

离心分离法是使装有油水混合物的容器高速旋转，利用油水密度的不同，使高速旋转的油水混合物产生不同的离心力，从而将油与水较为彻底地分开。油内水滴离心沉降速率可表示为

　　（1.3）

式中，φ为阻力系数；F_r为油水分离系数。

普利米尔等人的研究表明：当用于润滑油离心机工作时，转鼓内液体的流动状态和微小水滴的运动状态通常具有层流性质。通常用于润滑油分离脱水的装置是高速离心机，转速一般在15000～40000r/min^{［19，20］}。

此方法具有体积小、重量轻、处理时间短、取向任意、不受振动影响等优点，但采用离心法脱水设备运行成本高，维护工作量大。

（3）真空加热脱水法

真空加热脱水法是将油液在负压条件下，加热到一定温度，油和水根据它们不同的沸点，通过真空蒸馏分离，达到乳化油的脱水净化目的，油中水汽化扩散方程为^［21］：

　　（1.4）

式中，D_AB为组分A在组分B中的扩散系数；Z为扩散方向上的距离；R为理想气体常数；T为热力学温度；p为压强。

真空脱水设备中具有代表性的有真空滤油机。真空脱水法可以去除自由水、乳化水和溶解水。该方法可对油液进行深度脱水，不消耗油中添加剂；不足之处就是需要消耗大量的加热能量，费用很高，对于含水量较大的油液，脱水效果不佳。

（4） 吸附法

在吸附法中，油水分离是通过具有吸水功能的材料来实现的，例如淀粉和高吸水树脂可以吸附去除油中的水，其中常用的吸附剂为“白土”，吸附脱水遵守式（1.5）^［16］：

　　（1.5）

式中，X为脱除水的量；M为所用吸附剂的量；c为水在油中的浓度；n为常数，和温度有关；a为c与吸附剂及油的性质有关的常数。

装有吸附材料的过滤器可以去除油中的自由水和乳化水，但是由于吸附材料的吸水能力有限，吸水滤芯很快会达到其使用寿命，因此吸附法只适用于油中进水量较低的场合。

（5） 膜分离法

油水混合物处于稳定状态，用物理方法或者化学方法很难将其分离，这时可用过滤膜来处理。膜分离法是利用多孔膜对液-液分散体系中的两相与固体膜的表面亲和力不同达到分离的目的。该方法的优点是设备简单，操作方便，能耗少。但膜的孔径相当小，经常被堵塞，需要经常清洗，无法连续操作，且处理量较低^［22］。

（6） 聚结法

聚结脱水就是利用聚结纤维表面对油和水的不同亲和作用，以分离油液中的乳化水和自由水^［23］。水滴同聚结纤维层的相互作用有截获、布朗扩散和惯性碰撞。重力、静电作用和范德华力均会对这三种相互作用施加影响。作用下的水滴与纤维接触时，其间滞留有油膜，但聚结纤维层是亲水物质，水滴可以从纤维上将油膜置换并使纤维湿润，使水滴黏附于纤维上。水滴在纤维上的黏附效率取决于纤维表面的湿润性、纤维直径以及水滴的粒径分布。根据表面自由能减少的原则，水滴在黏附纤维后聚结长大，达到一定尺寸时，在油液张力和液滴曳力等共同作用下，水滴从纤维表面脱落分离。聚结法比重力沉降法有更高的脱水效率，且不需要大尺寸的容器设备。和离心分离法相比，聚结法的运行成本与维护费用都较低。和真空加热脱水法相比，聚结法具有大流量的处理能力和较低的能量消耗。但是此方法不能对油进行深度净化。

（7）电场法

电场集聚脱水的适用对象为油包水的W/O型乳化液，其目的是通过电场作用将连续相（油）中的分散相（乳胶粒子）集聚成较大粒径的水颗粒，便于静置沉降和后续脱水工艺的实施^［24］。在油乳化液中施加电场，乳液中的乳胶粒子被极化将沿电场方向排列，粒子中的正负离子分别移向粒子的两端，电偶极矩方向在同一直线上两电偶极子间的吸引力为F，表达式^［25］为

　　（1.6）

式中，ε₀为真空介电常数；ε₁，ε₂分别为乳胶粒子和油的介电常数；r为粒子半径；S为粒子间距；E为电场强度。

水珠电偶极子间的吸引力与水珠及油的介电常数、水珠半径、距离和电场强度有关。水珠在吸引力的作用下，两水珠相互靠近，相距越近，吸引力也就越大，靠近合为一体，半径增大，吸引力就更大，使水珠不断变大，直至克服油的浮力下沉到底部，从而达到除去油中乳化水和自由水的作用，电场集聚脱水的过程如图1.1所示。

传统的乳化油破乳脱水物理方法具备的特点及经济性见表1.1。