ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Растворяющие и избирательные свойства растворителей из "Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа" Различный механизм межмолекулярного взаимодействия в экстракционных системах обусловливает различающиеся между собой растворяющие и избирательные способности у неполярных и полярных растворителей. [c.477] Классификация растворителей по признаку полярности их молекул не случайна. Именно полярность растворителей и, следовательно, соотношение составляющих Ван-дер-Ваальсовых сил, обусловливающих межмолекулярные взаимодействия в экстракционных системах, предопределяет растворяющие и избирательные свойства экстрагентов. [c.477] Основная составляющая Ван-дер-Ваальсовых сил в неполярных растворителях — дисперсионная. Дисперсионное взаимодействие — наиболее универсальный тип межмолекулярных взаимодействий, который проявляется вне зависимости от полярности молекул и потому преимущественно отражает растворяющие свойства растворителей. Электростатическая же составляющая (ориентационная -ь индукционная) Ван-дер-Ваальсовых сил предопределяет преимущественно избирательные свойства полярных растворителей. Следовательно, растворяющая и избирательная способности полярных растворителей будут обусловливаться соотношением электростатических и дисперсионных составляющих межмолекулярных взаимодействий. [c.477] При обычных температурах неполярные и слабополярные растворители, например низкомолекулярные алканы, бензол и толуол, смешиваются с жидкими углеводородами масляных фракций в любых соотношениях по закономерностям идеальных растворов независимо от их химического строения. Избирательное же действие неполярных растворителей проявляется главным образом при экстракции (кристаллизацией) твердых углеводородов (высокомолекулярных парафинов и церезинов) при низких температурах, а также в отношении смол и асфальтенов при температурах, близких к критическим температурам растворителей (не путайте с КТР экстракции). [c.478] У твердых углеводородов масляных фракций растворимость в неполярных растворителях ограниченная, и она зависит от молекулярной массы как углеводородов, так и растворителя, а также от температуры растворения (экстракции). С повышением молекулярной массы растворяемых твердых углеводородов (следовательно, и температуры плавления) она падает, а с повышением температуры экстракции растет, и при температуре плавления растворяемых углеводородов они смешиваются с растворителем неограниченно, подобно прочим жидким углеводородам (рис. 4.2). Растворимость твердых углеводородов в низкомолекулярных алканах зависит от молекулярной массы последних, причем эта зависимость экстремальна (рис. 4.3). Поэтому при растворении масляных фракций, содержащих углеводороды с высокой температурой плавления, образование истинных растворов возможно не при всяких температурах и соответственно не при всяких соотношениях с неполярным растворителем любой молекулярной массы. В тех случаях, когда температура растворения ниже температуры плавления твердых углеводородов, последние независимо от их химического строения будут выделяться из растворителя в виде кристаллов и тем интенсивнее, чем выше их концентрация и молекулярная масса и чем ниже температура кипения растворителя. [c.478] Низкая растворимость твердых углеводородов объясняется тем, что они, имея трехмерную упорядоченную структуру, обладают высоким уровнем энергии связи между молекулами. Введение в систему растворителя, хотя и ослабляет межмолекулярное взаимодействие, но оно, особенно при низких температурах, может оказаться недостаточным для полного разрушения кристаллической структуры и перевода твердых углеводородов в раствор. [c.479] Из табл. 4.1 видно, что критическая температура у алканов повышается при переходе от пропана к бутану и далее пентану. У метана и этана критические температуры значительно ниже, однако у них слишком низкие температзфы кипения, что обусловливает необходимость проведения жидкофазного процесса экстракции при высоких давлениях. В этой связи для целой деасфальтизации нефтяных остатков в качестве растворителя преобладающее применение получил сжиженный пропан. [c.480] Таким образом, неполярные растворители при температурах вблизи критической избирательно растворяют высокомолекулярные углеводороды масляных фракций и разделяют их прежде всего по молекулярной их массе, только затем по их химическому строению. [c.480] Следует отметить, что в процессах деасфальтизации пропан выступает не только как избирательный растворитель, но и одновременно как коагулятор смолисто-асфальтеновых веществ. Известно, что асфальтены в нефтяных остатках присутствуют только в коллоидном состоянии. [c.480] При этом дисперсионной фазой являются асфальтены, а дисперсионной средой — масла, в т. ч. полициклические ароматические углеводороды и смолы сырья. В разбавленных растворах, в которых растворитель, как, например, пропан, не обладает способностью растворять асфальтены, имеет место коагуляция последних. С точки зрения коагулирующей способности, алканы с молекулярной массой меньше, чем у пропана (этан, метан), превосходят пропан. Однако они требуют, как было указано выше, проведения процесса деасфальтизации при чрезмерно высоких давлениях. [c.481] Растворяющие и избирательные свойства полярных раство-ри1Явлвн обусловливаются, как указывалось ранее, энергией и соотношением дисперсионных и электростатических составляющих Ван-дер-Ваальсовых сил. [c.481] Как известно, полярность у органических веществ обусловливается наличием в их молекулах функциональных грзшп, таких как алкильные (-СдН2 5), гидроксильные (-ОН), карбонильные ( С=0), карбоксильные (-СООН), эфирные (-0-), аминные (-КН ), иминные ( КН), нитрильные ( К-), нитрогруппы (-КОз) и др. [c.481] На растворяющую способность полярных растворителей существенное влияние оказывают тип, количество и место расположения функциональных групп, способность их образовывать водородные связи, а также молекулярная масса и химическая структура (ациклическое или циклическое строение, изомерия, симметричность и др.) основной (ядерной) части их молекул. Так, бензол, имеющий симметричную молекулярную структуру, не обладает дипольным моментом, в то время как толуол и ксилолы, содержащие метильные группы, относятся к типу полярных (слабополярных) растворителей. В молекулах полярных растворителей, таких как фенол, анилин и нитробензол, имеются соответственно гидроксильная, аминная и нитрогруппы. [c.481] Растворитель Формула Дипольный момент, D КТР, С Выход растворенного компонента, % мае. [c.482] Введение в состав алифатического растворителя второй функциональной группы (в отличие от растворяющей способности) повыщает избирательность, причем группа, не способная образовывать водородную связь, - более эффективно, по сравнению с группой с водородной связью (например, -ОН и -КН2 группы). [c.483] По степени влияния химической структуры основной цепи молекул на избирательную способность растворителей с одинаковой функциональной группой установлена следующая последовательность тиофе-новое кольцо бензольное кольцо фурановое кольцо алифатическая цепь. [c.483] Растворимость углеводородных компонентов масляных фракций в полярных растворителях зависит как от растворяющей способности последних, так и от химического состава, прежде всего способности молекул сырья поляризоваться под действием электрического поля молекул растворителя. При идентичных условиях в полярных растворителях лучше всех растворяются полярные компоненты сырья, то есть смолы и другие неуглеводородные компоненты в этом случае наряду с ориентационными проявляются и дисперсионные силы межмолекулярного взаимодействия. Углеводородные компоненты сырья являются преимущественно неполярными или слабополярными соединениями и растворяются в полярных растворителях в результате взаимодействия постоянных диполей молекул растворителя с индуцированными диполями молекул углеводородов. [c.483] Для получения высокоиндексных масел с достаточно высоким выходом большое значение имеет оптимальное сочетание растворяющей способности и избирательности полярных растворителей. В ряде случаев возникает необходимость улучшить одно из этих свойств без ухудшения другого. С этой целью к основному растворителю добавляют небольшое количество другого, улучшающего одно из свойств первого. Для снижения растворяющей способности основного растворителя в качестве антирастворителя в промышленных условиях часто применяют воду. Однако вода обладает тем недостатком, что из-за высокой теплоты испарения требует больших затрат энергии при регенерации растворителя. Кроме того, добавка воды не всегда приводит к увеличению избирательности смешанного растворителя. [c.484] В промышленной практике, например при депарафинизации масел, для повышения растворяющей способности основного растворителя (кетонов) широко используют бензол и толуол. Однако при этом одновременно снижается избирательность смешанного растворителя. [c.484] Таким образом, использование смешанных растворителей в экстракционных процессах позволяет регулировать их растворяющую и избирательную способности. [c.484] Вернуться к основной статье