Aplicatii ale instabilitatilor interfaciale

Aplicatii ale instabilitatilor interfaciale

Dupa cum s-a aratat deja, in prezenta turbulentei interfaciale transferul de masa creste substantial atat pentru absorbtie cat si pentru extractie. Instabilitatile interfaciale pot fi privite ca o metoda de intensificare a fenomenelor de transfer. Lu si colab. (1996) au demonstrat practic cresterea transferului de masa la absorbtia dioxidului de carbon in apa de 3-4 ori in prezenta efectului Marangoni fata de absenta sa. Pentru a initia efectul Marangoni s-au folosit cantitati mici de substante care au modificat tensiunea superficiala a sistemului micsorand-o.

De asemenea, se cunoaste influenta efectului Marangoni asupra comportarii coloanelor de distilare ( Levich si Krylov, 1969; Dijkstra si Drinkenburg, 1990; Pertler si colab., 1995). S-a stabilit ca functionarea talerelor depinde si de semnul gradientului de tensiune superficiala, mai ales pentru coloanele de dimensiuni mici.

Influenta efectului Marangoni se poate face simtita si asupra coloanelor cu umplutura, daca au dimensiuni mici. Daca gradientul de tensiune superficiala este pozitiv, se creeaza un film stabil pe suprafata umpluturii, cand semnul acestuia este negativ apare ruperea filmului. Din acest punct de vedere, separarea amestecurilor considerate pozitive (Ds > 0) este mult mai eficienta decat a amestecurilor negative pentru care Ds<0. Aceste efecte sunt mai putin importante la nivelul coloanelor industriale, care au, de obicei, dimensiuni mari. Cu toate acestea, Proctor si colab. (1998) sustin ca dezvoltarea unei noi generatii de corpuri de umplere de forma regulata trebuie sa tina cont intr-o mare masura de actiunea fortelor de tensiune superficiala nu numai pentru coloanele de laborator ci si pentru cele industriale. Problema a mai fost studiata si de Semkov si Kolev (1991), Martin si Perez (1994), Zuiderweg si Yanagi (1992).

Cresterea randamentului de extractie in prezenta efectului Marangoni a fost, de asemenea, studiata. Daca transferul acidului acetic sau a acetonei nu si-au gasit aplicatii practice, fenomenele de instabilitate interfaciala constatate la extractia ionilor metalici din solutii apoase devin mult mai atractive din punct de vedere practic.

De exemplu, la extractia nichelului din solutii de sulfat folosind amestecuri de D2EHPAN si D2EHPANa in toluen, Durrani si colaboratorii au observat unde. La extractia cuprului din solutii sulfurice folosind aceeasi extractanti, dar in xilen, Dupeyrat si Nakache au observat organizari ale suprafetei, celule de diverse tipuri si emulsificari. Pentru a exprima rezultatele obtinute de Dupeyrat si Nakache la extractia cuprului din solutii sulfurice cu acizi alchilfosforici, Sanfeld si Steinchen (1984 b) au propus un model simplu de extractie.

Turbulenta interfaciala intensa a fost observata si la o reactie de importanta industriala, si anume cea de extractie a nitratului de uranil din solutii acide folosind n-tributilfosfat in kerosen (Thompson si colab., 1984). Nu s-a observat activitate interfaciala la reactia de stripare. Analiza teoretica a acestei reactii a fost facuta de Mendes - Tatsis si Perez de Ortiz (1996).

Intensificarea recuperarii titeiului brut cu solutii alcaline, cu sau fara adaos de emulgator, a fost, de asemenea, studiata. Studiile lui Rudin si Wasan (1992, 1993), Rudin si colab. (1994), Chaterjee si colab. (1998) au aratat ca minimul atins de tensiunea interfaciala contribuie la intensificarea transferului de masa. La acest minim contribuie nu numai prezenta substantelor superficial - active din titei sau cele adaugate din exterior, ci si reactiile interfaciale care se produc in sistem, cu formarea si a altor compusi cu activitate superficiala.

Lyford si colab. (1998) au studiat posibilitatea imbunatatirii extractiei titeiului din rocile poroase, in care se gaseste, prin efect Marangoni. Se stie ca procesul de obtinere a titeiului din rocile de zacaminte este un proces dificil datorita porilor foarte mici ale acestora, de ordinul 4,5 pana la 22,5 mm. De aceea, recuperarea titeiului implica curgerea acestuia cu gazul asociat si cu apa din zacamant prin porii rocilor pana se atinge o anumita productivitate. In general, gradul de recuperare a titeiului usor poate ajunge la 15-20% fata de cantitatea initiala, procente care pot fi marite la 30 - 50%, daca in sistem se injecteaza si apa. Ca alternativa de intensificare a procesului se poate folosi si efectul Marangoni. De exemplu, s-a constatat ca transferul unui solut din faza dispersa in faza continua este insotit de coalescenta, cu formarea de picaturi mari, usor deformabile, care trec mai usor prin dispozitivele de contactare ale coloanelor de extractie, in comparatie cu cazul in care solutul este absent sau se transfera in directie opusa (Thornton si colab, 1953).

Groothuis si Zuiderweg (1960) au explicat aceste rezultate prin efect Marangoni, demonstrand ca fenomenul de coalescenta intre picaturi vecine poate fi intensificat sau impiedicat in functie de directia transferului de masa.

Pornind de la aceasta constatare, Lyford si colab. (1998 a) au presupus ca injectarea unor compusi solubili in titei, cum ar fi alcooli alifatici cu un numar mare de atomi de carbon sau cetone, in rocile de zacamant ar putea "elibera" mai usor titeiul prin efect Marangoni.

Studii suplimentare efectuate de Lyford si colab. (1998 b) au aratat ca un prim efect al adaosului de alcooli in sistem este scaderea tensiunii interfaciale. Aceasta scadere este cu atat mai mare cu cat alcoolul are un rest alifatic mai lung. Cresterea catenei alcoolului face ca solubilitatea sa in apa sa scada, astfel ca in acest caz se folosesc concentratii mici ale acestuia, sub limita de solubilitate.

De aceea, s-au studiat mai ales efectele propanolului si n-butanolului, care au solubilitate mai mare in apa, obtinandu-se scaderi ale tensiunii interfaciale pana la aproape 3 mN/m la 20⁰C. Este de asteptat ca in conditii de zacamant, unde temperaturile sunt mai mari decat temperatura ambianta, aceasta scadere sa fie si mai pronuntata. Pe de alta parte, trebuie sa se tina cont si de efectul salinitatii care poate duce la cresterea tensiunii interfaciale in sistemele de hidrocarburi.

Studiile experimentale in acest domeniu trebuie continuate in conditii cat mai apropiate de cele reale, deoarece mai pot fi inca multe variabile necunoscute, care pot interveni in proces.

Se poate afirma ca fenomenele de turbulenta interfaciala continua sa fie intens studiate atat din punct de vedere teoretic, ele deschizand noi perspective de intelegere a fenomenelor departe de echilibru, cat si din punct de vedere practic, deoarece reprezinta o metoda de intensificare a transferului de masa in multe operatii unitare.