Monitoring of Emulsion Stability in a Stirred Tank Cell System

Abstract

Målet med dette arbeidet er utprøving av et røretank system som inneholder et video mikroskop benyttet i måling dråpe størrelse distribusjon, og videreutvikling av et flotør system for måling av tettpaknings lag høyde.

I dette arbeidet ble et røretank system videreutviklet fra tidligere iterasjon. Dette nye systemet hadde mulighet til å måle tilført energi, tettpaknings lag og distribusjon av dråpestørrelse. Forsøk ble gjennomført med både Exxsol D80 (20 ppm) og Exxsol D80 (60 ppm) med Span83 som surfaktant. Begge konsentrasjoner ble testet på syv vann-olje fraksjoner. En rører ble benyttet til å lage emulsjoner i systemet, som deretter målte utviklingen av tettpaknings lag. En partikkel video mikroskop probe utviklet av SINTEF Industri ble benyttet til å hente inn bilder av emulsjonen. Disse bildene ble analysert både med SSD-lite neural nettverk og en filtrert Hough algoritme.

De gamle og nye flotørene ble sammenlignet og det ble funnet at de nye flotørene var mer stabile. Et problem med de nye flotørene ble oppdaget da de ikke kunne måle hele tankhøyden nøyaktig. Distribusjon av dråpestørrelse og tettpaknings lag utvikling viste utvikling i tråd med endringer i impeller hastighet.

Sauter mean diameter av dråper ved likevekt ble sammenlignet med Kolmogorov lengde skala og alle emulsjoner ved likevekt ble bestemt til å ligge i inertial subrange. Fra dette ble inertial subrange plottet og inertial koeffisient og skjæring ble funnet. De inertiale koeffisientene for olje i vann emulsjon ved 20 og 60 ppm indikerte en mer stabil emulsjon enn for vann i olje emulsjon. De inertiale skjæringene indikerte at emulsioner ved 20 ppm hadde høyere dråpe stivhet enn emulsjoner ved 60 ppm.

The goal of this work is testing a stirred tank cell system, containing a video microscope used in measuring droplet size distribution, and further developing a float system for measuring height evolution of a dense packed layer.

The stirred tank cell system was further developed from a previous design. This new system was capable of measuring energy input, dense packed layer height and droplet size distribution. Experiments were done with both Exxsol D80, 20 ppm and Exxsol D80 60 ppm with Span83 as the surfactant. Each at seven watercuts. A stirrer was used to create emulsions in the system, which was then monitored by a float system to determine dense packed layer evolution. A particle video microscope developed at SINTEF Industry was used to capture images of the emulsion. These images were analysed both with a SSD-lite neural network and a filtered Hough algorithm. From these results the capabilities of this stirred tank cell is displayed.

The old and new float iterations were compared against each other and it was found that the new float proved significantly more stable. A problem with the new floats were found when it could not measure height accurately at the top and bottom of the tank. Plots of droplet size distribution and dense packed layer evolution showed fairly good correspondence to the changes in impeller speed.

Sauter mean diameter of droplets at equilibrium was compared to the Kolmogorov length scale and all emulsion equilibrium were determined to be in the inertial subrange. From this inertial subrange plots were fitted and inertial coefficients and intercepts were found. The inertial coefficients for oil in water emulsions at 20 and 60 ppm indicated a more stable emulsion than that of water in oil emulsions. The inertial intercepts indicated that emulsions at 20 ppm had higher droplet rigidity than that of emulsions at 60 ppm.