Aula VIII Mec Estabilização e Desestabilização unid 2

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Mecanismos de Estabilização e Desestabilização de Emulsões
Profª Dsc.Marcela Hardman
Processamento em Petróleo e Gás
Emulsões
As propriedades do sistema água-óleo são drasticamente alteradas pela presença (adição) do tensoativo, sendo importante a compreensão dos fenômenos fisico-químicos relacionados à estabilidade da emulsão;
A natureza e características da emulsão são fortemente influenciadas pela natureza do(s) tensoativos presentes no sistema.
Tensoativos
No processo de emulsificação ocorre a divisão de uma das fases em pequenas gotas, com conseqüente aumento da sua área superficial específica.
Emulsificação
Geração de emulsão A/O
Mecanismos de emulsificação
A energia cisalhante que é imposta aos fluidos durante as fases de sua produção, apesar de gerar a dispersão da água co-produzida na fase óleo, não é suficiente para estabilizar uma emulsão. Para que uma emulsão seja considerável estável, três condições devem ser satisfeitas:
Existência de dois líquidos imiscíveis em contato;
Agitação para misturá-los intimamente
Existência de agentes emulsificantes
Sem a terceira condição, a existência de agentes emulsificantes, a dispersão apesar de formada tenderá à separação das fases puras, que é, termodinamicamente, a situação de menor energia do sistema constituídos por fluidos imiscíveis.
De forma geral, considera-se que a formação de emulsões de petróleo está diretamente associada à presença dos agentes emulsificantes. Estes compostos são constituídos por moléculas com regiões apolares e polares o que lhes confere um caráter anfifílico (hidrofílico e lipofílico), isto é, dupla afinidade, tanto pela água como pelo óleo. Dessa maneira, quando as gotas de água são geradas, esses emulsificantes migram e alojam-se na superfície destas gotas, criando uma barreira (película ou filme interfacial), que impede o contato entre as gotas, e portanto sua coalescência.
Geração de emulsão
As resinas, os ácidos naftênicos e, principalmente, os asfaltenos são os emulsificantes naturais que mais se destacam na formação e na estabilização das emulsões de petróleo do tipo água em óleo. Normalmente, quando se aumenta a quantidade de asfaltenos e de ácidos naftêncios, aumenta a estabilidade dessas emulsões. As resinas têm sido relatadas como substâncias estabilizantes dos asfaltenos no petróleo, diminuindo a adsorção dos asfaltenos na superfície das gotas. Petróleos mais pesados, de menor grau API, apresentam teores mais elevados destes compostos, que estão por sua vez concentrados nas frações mais pesadas do petróleo.
Emulsificantes naturais
A figura seguinte mostra, esquematicamente, uma gota de água em uma emulsão de petróleo tipo A/O. Observa-se que a gota apresenta moléculas de emulsificantes adsorvidas em sua superfície, dando origem a um filme interfacial que a reveste e protege. No esquema mostra-se a alocação dos emulsificantes naturais e dos sólidos finamente divididos na interface da gota
Emulsificação
Natureza do petróleo (emulsificantes naturais) – Quando maior a quantidade de emulsificantes naturais existente, maior a estabilidade, pois maiores quantidades desses emulsificantes irão se concentrar na superfície das gotas de água e mais difícil será sua remoção da interface.
Envelhecimento da emulsão – Se a emulsão gerada não for logo desestabilizada, mais emulsificantes naturais irão se depositar na interface e mais estável será a emulsão.
FATORES QUE AFETAM A ESTABILIDADE DAS EMULSÕES
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Presença de sólidos – A presença de sólidos finos na interface também torna mais rígido o filme interfacial e portanto dificulta seu rompimento e por conseqüência, a coalescência das gotas.
Tamanho das gotas geradas – Quanto menor o tamanho das gotas de água geradas, menor será sua velocidade de sedimentação. O tamanho das gotas geradas está diretamente relacionada com a intensidade de cisalhamento a qual a emulsão foi submetida.
Viscosidade do petróleo – tem duplo papel na estabilização das emulsões: por um lado, a medida que aumenta a viscosidade, tanto maior deverá ser a energia cisalhante necessária para a obtenção de gotas de menor diâmetro. Por outro lado, em um óleo de alta viscosidade é possível manter-se as gotas de água em suspensão com maior facilidade, dificultando a coalescência das mesmas.
Volume da fase dispersa – à medida que aumenta o teor de água em uma emulsão água em óleo, aumenta a probabilidade de colisão das gotas e a coalescência entre elas. Conseqüentemente, pode haver a diminuição da estabilidade da emulsão com o aumento do teor de água. O que ocorre neste caso é que parte da água fica emulsionada, e parte da água fica livre.
Mecanismos de Desestabilização
A redução da estabilizada é importante para a realização do tratamento de efluentes que envolvem emulsão;
O processo de desestabilização é governado por 3 processos: Floculação Coalescencia Sedimentação
Desestabilização de uma emulsão
Diferentes métodos de desestabilização de emulsões de petróleo do tipo A/O são empregadas para promover a quebra das emulsões em campo.
Desestabilização de emulsão
Cada petróleo requer o uso de uma formulação específica de desemulsificante que é selecionada pelo fabricante junto à unidade de produção. Atualmente os desemulsificantes utilizados são constituídos de misturas de copolímeros em bloco de óxido de etileno (EO) e de propileno (PO), com diferentes relações molares EO/PO. A cadeia etilênica é a porção hidrofílica enquanto a cadeia propilênica é lipofílica. As formulações comerciais de desemulsificantes são obtidas mediante a mistura dessas bases, o que permite formular desemulsificantes com diversos balanços hidro-lipofílicos de acordo com as características do óleo à ser tratado.
Adição de desemulsificantes
O ponto de injeção do desemulsificante também é um fator importante para seu desempenho, normalmente é injetado em linha à montante do tratamento, numa região de fluxo turbulento, para sua perfeita mistura na emulsão. O ponto de injeção deve ser localizado o mais afastado possível da planta de processamento primário, para que a ação do produto seja mais efetiva. 
Adição de desemulsificante
O aquecimento da emulsão é acompanhado da diminuição da viscosidade do meio (lei de Strokes). Além da viscosidade a temperatura também: aumenta a difusibilidade do desemulsificante no meio, facilitando a chegada do desemulsificante na superfície das gotas; aumenta a taxa de colisão entre as gotas; diminui a rigidez do filme interfacial, facilitando sua ruptura.
Aquecimento
À medida que aumenta o teor de água na emulsão, aumenta a população de gotas de água. Esse aumento é acompanhado de maior proximidade e do aumento do tamanho das gotas. O sistema disperso torna-se mais instável, pois aumenta a probabilidade de colisão das gotas.
Aumento do teor de água
Quando uma gota de água é submetida a um campo elétrico intenso, ocorre a formação de um dipolo induzido. A polarização da gota faz com que ocorra seu alongamento, na direção do campo elétrico. 
Quando várias gotas se encontram vizinhas umas as outras, as gotas alinham-se na direção do campo elétrico e ocorre a formação de dipolos induzidos de sentidos contrários que se atraem. Essa atração gerada faz com que se aumente a taxa de colisão e de coalescência entre as gotas.
Campo elétrico
Devido ao uso de corrente alternada, o comportamento senoidal do campo elétrico faz com que as gotas sofram alongamentos e contrações sucessivas, assim o filme interfacial fica submetido a vibrações longitudinais, que causam a dessorção de parte dos emulsificantes naturais, favorecendo a coalescência das gotas. Entretanto, se a gota de água for submetida à intensidade de campo elétrico muito elevado, poderá haver um alongamento muito grande das gotas, causando a ruptura e a formação de gotas de menores tamanhos (gradiente de tensão não deve ser superior a seu valor crítico).
Campo elétrico
Pela equação de Stokes, pode-se deduzir que a velocidade de segregação de uma gota de água dispersa num meio
oleoso pode ser aumentada de várias grandezas com o aumento do campo gravitacional.
As centrífugas são equipamentos com rotor capaz de girar com velocidades elevadas, originando o campo centrífugo que permite separar boa parte da água do óleo com eficiência.
Campo Centrífugo
1 – Tendo em vista as condições de produção de petróleo, como é possível explicar a geração de emulsão? 
2 – Qual a diferencia da microemulsão para a macroemulsão? Em que essa diferença influencia?
3 – Explique a influência do envelhecimento da emulsão.
4 – Quais os métodos que auxiliam a desestabilização das emulsões?
Questionário UNIDADE II
FIM