분유제의 원리와 용도

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분유제의 원리와 용도
분유제, 즉 디멀시파이어는 일부 고체들이 물에 잘 녹지 않기 때문에, 이러한 고체들이 물속에 다량으로 존재할 경우, 수력이나 외부 힘에 의해 혼합되면서 유화 상태가 되어 에멀션을 형성합니다.이론적으로 이러한 체계는 불안정하지만, 표면활성제(토양 입자 등)가 존재하여 유화 상태가 매우 심해지고 두 상을 분리하기 어려워질 경우가 있습니다. 가장 대표적인 예로는 오일과 물의 혼합물, 그리고 폐수 처리 과정에서 나타나는 물과 기름의 혼합물이 있습니다. 이러한 두 상에서는 비교적 안정적인 오일 인 크리스터나 워터 인 크리스터 구조가 형성되는데, 그 이론적 근거는 ‘이중전하층 구조’입니다. 이러한 상황에서는 안정된 이중전하층 구조와 안정된 유화 체계를 파괴하기 위해 일부 약제를 투입하여 두 상의 분리를 이루도록 한다.유화 작용을 파괴하기 위해 사용되는 이러한 약제를 소포제라고 합니다. 주요 용도: 분유제는 계면활성제의 일종으로, 유화된 액체의 구조를 파괴하여 유화액 내의 각 상들을 분리시키는 역할을 합니다.원유 탈유화란, 탈유화제의 화학적 작용을 이용하여 유화된 형태의 오일과 물이 섞인 혼합액에서 오일과 물을 분리시켜 원유의 수분 함량을 줄이는 것을 말하며, 이를 통해 원유의 수분 함량 기준을 충족시킬 수 있습니다. 유기상과 수상을 효과적으로 분리하는 가장 간단한 방법은 유화제를 사용하여, 일정한 강도를 가진 유화 계면을 제거함으로써 두 상을 분리시키는 것입니다.그러나 서로 다른 탈유제는 유기상의 탈유 능력이 다르며, 탈유제의 성능은 두 상의 분리 효과에 직접적인 영향을 미친다.페니실린 생산 과정에서 중요한 단계는 유기 용매(예: 부틸 아세테이트)를 사용하여 페니실린 발효액으로부터 페니실린을 추출하는 것입니다. 발효액에는 단백질, 당류, 균사체와 같은 복잡한 물질들이 포함되어 있기 때문에, 추출 시 유기상과 수상의 경계가 명확하지 않아 일정한 강도의 유화 상태가 형성됩니다. 이는 최종 제품의 수율에 큰 영향을 미칩니다.이를 위해서는 유화제를 사용하여 유화 현상을 제거하고, 두 상이 빠르고 효과적으로 분리되도록 해야 합니다. 흔히 사용되는 유화제 현재 석유전에서 흔히 사용되는 비이온성 유화제로는 다음과 같은 것들이 있습니다: 1. SP형 유화제 SP형 유화제의 주요 성분은 폴리옥시에틸폴리옥시프로필옥타데실에터이며, 그 이론적 구조식은 R(PO)x(EO)y(PO)zH입니다. 여기서 EO는 폴리옥시에틸을 의미합니다；PO-폴리옥시프로필렌；R-지방알코올；x, y, z-중합도.SP형 탈유제는 옅은 노란색의 젤 형태를 띠며, HLB 값은 10~12이고 물에 용해됩니다.SP형 비이온성 탈유제는 파라핀계 원유에 대해 우수한 탈유 효과를 나타낸다.그 소수성 부분은 탄소 12~18로 이루어진 탄화수소 사슬로 구성되며, 친수성 기는 분자 내의 하이드록시기(-OH), 에터기(-O-)를 통해 물과 수소결합을 형성함으로써 친수성을 갖게 됩니다.하이드록시기와 에터기의 친수성이 약하기 때문에, 단 한두 개의 하이드록시기나 에터기만으로는 탄소 12~18로 구성된 탄화수소 사슬의 소수성 기를 물 속으로 끌어들일 수 없습니다. 물에 용해시키기 위해서는 여러 개의 이러한 친수성 기가 필요합니다.비이온성 탈유제의 분자량이 클수록, 분자 사슬이 길어지고, 함유된 하이드록시기와 에터기가 많아질수록 그 인장력도 커져서 원유 에멀젼을 분리하는 능력도 더욱 강해집니다.SP형 탈유제가 파라핀계 원유에 적합한 또 다른 이유는, 파라핀계 원유에는 젤라틴질이나 아스팔텐질이 거의 포함되어 있지 않거나 전혀 없으며, 소수성 계면활성제도 적고 비중도 낮기 때문입니다.젤라틴질과 아스팔틴질이 높거나(또는 수분 함량이 20% 이상인) 원유의 경우, SP형 유화제의 유화 분해 능력은 약한데, 그 이유는 분자 구조가 단순하여 분지 구조나 방향족 구조가 없기 때문이다. 2. AP형 탈유제 AP형 탈유제는 폴리에틸렌폴리아민을 개시제로 하는 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌폴리에터로, 다분지형의 비이온성 계면활성제입니다. 그 분자 구조식은 D(PO)x(EO)y(PO)z H이며, 여기서 EO는 폴리옥시에틸렌을 의미합니다；PO-폴리옥시프로필렌；R-지방알코올；D-폴리에틸렌아민: x, y, z-중합도. AP형 구조의 탈유제는 파라핀계 원유 에멀젼의 탈유에 사용되며, SP형 탈유제보다 효과가 뛰어납니다. 이 제품은 원유의 수분 함량이 20% 이상인 경우에 더욱 적합하며, 저온 조건에서도 신속한 탈유 효과를 낼 수 있습니다.SP형 유화제는 55~60℃에서 2시간 내에 유화를 해소하는 반면, AP형 유화제는 45~50℃에서 1.5시간 내에만 유화를 해소합니다.이는 AP형 탈유제 분자의 구조적 특성 때문입니다.유발제인 폴리에틸렌폴리아민이 분자의 구조 형태를 결정합니다. 즉, 분자 사슬이 길고 지사가 많아서, 분자 구조가 단순한 SP형 유화제보다 친수성이 더 높습니다.다중 사슬 구조라는 특성 덕분에 AP형 유화제는 우수한 습윤성과 침투성을 가집니다. 원유의 유화액을 분리할 때, AP형 유화제의 분자들은 빠르게 오일-워터 계면막 속으로 침투할 수 있습니다. 이로 인해 SP형 유화제의 분자들이 형성하는 직립형 단분자막보다 더 많은 표면적을 차지하게 되어, 적은 양만으로도 효과적인 유화제거가 가능합니다.현재 이러한 계열의 탈유제는 대경유전에서 잘 사용되고 있는 비이온성 탈유제입니다. 3. AE형 탈유제 AE형 탈유제는 폴리에틸렌폴리아민을 개시제로 하는 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌폴리에터로, 다분지형의 비이온성 계면활성제입니다.AP형 탈유제와 비교했을 때, 차이점은 AE형 탈유제가 2단계 구조의 고분자이며 분자가 작고 분지가 짧다는 것입니다.분자 구조식은 D(PO)x(EO)yH이며, 여기서: EO는 폴리옥시에틸렌, PO는 폴리옥시프로필렌, D는 다비닐다민입니다；x, y - 중합도. AE형 탈유제와 AP형 탈유제는 분자 구조에 있어서 큰 차이가 있지만, 분자 성분은 동일하며 단지 단량체의 사용량과 중합 순서에 차이가 있을 뿐입니다. (1) 두 종류의 비이온성 탈유제는 설계 및 합성 시 헤드와 테일 부분에 사용되는 원료의 양이 다르기 때문에, 생성되는 중합 분자의 길이도 서로 다릅니다. (2) AP형 탈유제의 분자는 2단계 구조를 가지며, 폴리에틸렌폴리아민을 개시제로 사용하여 폴리옥시에틸렌과 폴리옥시프로필렌과 함께 블록 공중합체를 형성합니다. 반면, AE형 탈유제의 분자도 2단계 구조를 가지지만, 폴리에틸렌폴리아민을 개시제로 사용하여 폴리옥시에틸렌과 폴리옥시프로필렌과 함께 2단계 공중합체를 형성합니다. 따라서 설계된 AP형 탈유제의 분자는 AE형 탈유제의 분자보다 더 길어야 합니다. AE형은 2단계 다중 분자 구조를 가진 원유 유화제로, 아스팔틴 함유 원유의 유화액 분리에도 동일하게 적합합니다.아스팔트계 원유에서 소수성 계면활성제의 함량이 많을수록 점도가 높아지고, 유수 밀도 차이가 작아져 유화가 잘 일어나지 않습니다.반면, AE형 유화제는 유화를 분해하는 속도가 빠르며, 동시에 우수한 방왁 및 점도 감소제이기도 합니다.분자의 다분지 구조 덕분에 미세한 네트워크가 쉽게 형성되며, 이로 인해 원유 내에 이미 생성된 파라핀 단결정들이 이러한 네트워크에 갇히게 됩니다. 그 결과 파라핀 단결정들은 자유롭게 움직일 수 없고 서로 연결될 수도 없어, 파라핀의 망상 구조가 형성됩니다. 이를 통해 원유의 점도와 응고점이 낮아지고, 왁스 결정들이 서로 합쳐지는 것을 방지하여 왁스 방지 효과를 얻을 수 있습니다. 4. AR형 탈유제 AR형 탈유제는 알킬페놀포름알데히드 수지(AR 수지)와 폴리옥시에틸렌, 폴리옥시프로필렌이 결합하여 만들어진 새로운 유용성 비이온성 탈유제로, HLB 값은 4~8 정도이며, 탈유 온도는 35~45℃까지 낮을 수 있습니다.분자 구조식은 AR(PO)x(EO)y H이며, 여기서 EO는 폴리옥시에틸렌입니다；PO-폴리옥시프로필렌；AR-수지；x, y, z-중합도. AR 수지는 합성 탈유제 제조 과정에서 개시제 역할을 하면서, 동시에 탈유제의 분자 내로 들어가 소수성 기로 작용합니다.AR형 탈유제의 특징은 분자 크기가 작아, 원유의 응고점이 5℃보다 높은 경우에도 우수한 용해, 확산, 침투 효과를 나타낸다는 것입니다. 이를 통해 유화된 물방울들이 응집되고 결합됩니다. 또한 45℃ 이하에서 45분 이내에 수분 함량이 50%~70%인 원유에서 수분의 80% 이상을 제거할 수 있습니다. 이는 SP형이나 AP형 탈유제와는 비교할 수 없는 장점입니다.