ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные понятия физико-химической механики нефтяных дисперсных систем из "Нефтяной углерод" Сущность процессов производства, облагораживания и применения нефтяного углерода можно объяснить с помощью законов физико-химической механики НДС поэтому следует выделить основные понятия, которыми мы будет в дальнейшем пользоваться. [c.13] Цель физико-химической механики по определению ее основателя—П. А. Ребиндера — установление закономерностей образования пространственных структур в дисперсных системах, а также процессов деформации и разрушения таких структур в зависимости от совокупности физико-химических и механических факторов. [c.13] В отличие от истинных растворов (гомогенных), нефтяные дисперсные системы гетерогенны и состоят из двух и более фаз. [c.13] При разработке и совершенствовании многих технологических процессов, особенно процессов глубокой переработки нефти, необходимо учитывать отклонения физико-химических свойств НДС от поведения истинных растворов, для которых установлены закономерности (законы Рауля, Дальтона, Вант-Гоффа). [c.13] Образование в нефтяной системе надмолекулярных структур придает ей принципиально иные свойства, отличные от свойств истинных растворов. Так, система приобретает определенные структурно-механические прочностные свойства, неустойчивость и способность к расслоению, что весьма существенно влияет а кинетику многих процессов и качество получаемых нефтепродуктов. [c.13] Разновидности надмолекулярных структур (парафиновые, асфальтеновые и др.), обладая неодинаковой структурно-меха)1Иче-ской прочностью, на различных этапах склонны к формированию промежуточных и конечных пространственных структур также с различной структурно-механической прочностью. [c.13] Структурные единицы (исходные надмолекулярные структуры, промежуточные и конечные их виды) имеют сложное строение, обусловленное природой и геометрической формой макромолекул ВМС, поверхностными силами между ними, взаимодействием дисперсной фазы с диснерсионной средой и другими факторами. Нефтяные фракции, состоящие из смеси полярных и неполярных соединений, взаимодействуют с надмолекулярными структурами, в результате чего вокруг надмолекулярной структуры (ассоциата или комплекса) формируются сольватные оболочки различной толщины. Такая дисперсная частица сложного строения (надмолекулярная структура+сольватный слой) способна к самостоятельному существованию и получила название сложной структурной единицы (ССЕ). [c.13] Второй вариант — поверхностное натяжение дисперсионной среды значительно больше, чем у сольватного слоя ССЕ. Такое соотношение Аб приводит к вытеснению из сольватного слоя ССЕ углеводородов, обладающих малыми значениями поверхностного натяжения. При высоких значениях Лб может не только уменьшаться толщина сольватного слоя и изменяться углеводородный состав в нем, но и разрушаться надмолекулярная структура, вплоть до (ПОЛНОГО ее исчезновения. [c.14] Нефтяные свободно- и связаннодиоперсные системы характеризуются структурно-механической прочностью. Под структурно-механической прочностью нефтяной дисперсной системы понимается способность ее сопротивляться действию внешних сил. Чем больше силы взаимодействия макромолекул ВМС в ассоциате и между ассоциатами в системе, тем выше структурно-механическая прочность НДС. [c.14] Структурно-механическая прочность нефтяных дисперсных систем определяется главным образом толщиной сольватной оболочки, образующейся вокруг частиц твердой фазы (надмолекулярной структуры). Такие оболочки имеют определенную упругость, присущую твердому телу, и вызывают [39] расклинивающее давление, которое в согюкуппости с внешним давлением действует на частицы твердой фазы, стремясь их раздвинуть, оттолкнуть друг от друга. Чем меньше толщина сольватной оболочки, тем выше структурно-механичсская прочность нефтяной дисперсной системы. [c.15] С другой стороны, структурно-механическая прочность НДС тем выше, чем больше в системе сложных структурных единиц разных типов (асфальтенов, смол, парафинов, полициклических углеводородов). В то же время одинаковая концентрация разных типов сложных структурных единиц в НДС вызывает разную структурно-механическую прочность системы. [c.15] По величине структурно-механической прочности структурные единицы НДС располагаются в ряд гель— -золь — -ССЕ. [c.15] При переходе системы от молекулярного состояния к надмолекулярному молекулы или надмолекулярные структуры взаимодействуют друг с другом, что сопровождается выделением или поглощением тепла. Значения тепловых эффектов позволяют оцепить тип взаимодействий и степень прочности НДС. Суммарный тепловой эффект взаимодействия лри химическом агрегировании во много раз больше суммарного теплового эффекта при физическом агрегировании. [c.15] Температура по-разиому влияет на структурно-механическую прочность системы. При повышении температуры структурно-механическая прочность снижается и исчезает, когда система переходит в состояние молекулярного раствора. При дальнейшем повышении температуры сплошные структурные единицы появляются в системе вновь, что приводит к увеличению структурно-механической прочности системы. [c.15] Температура влияет не только на структурно-механическую прочность системы, ио и на ее устойчивость против расслоения. Под устойчивостью НДС понимается способность дисперсной фазы сохранять в течение определенного времени равномерное распределение сложных структурных единиц в дисперсионной среде. Различают термодинамическую и кинетическую устойчивость НДС. Возможность нефтяной системы к расслоению оценивается на основании ее термодинамических характеристик (энтальпии и энтропии). [c.15] Неустойчивость систем оказывает влияние на протекание в заводских условиях целевых и побочных химико-технологических процессов и вызывает в ряде случаев необходимость принятия соответствующих технических мер (например, для защиты нефтезаводской аппаратуры и оборудования от отложений кокса). Укрупнение частиц дисперсной фазы за счет их слипания под влиянием межмолекулярного взаимодействия друг с другом с потерей кинетической устойчивости и последующим разделом фаз называется коагуляцией. Этот процесс состоит из скрытой и явной стадий. [c.16] На первой (скрытой) стадии до начала расслоения ассоциаты укрупняются. Укрупненные частицы выпадают в осадок на второй (явной) стадии. Под действием сил Ван-дер-Ваальса, являющихся универсальными и проявляющихся во всех агрегатных состояниях вещества, частицы слипаются друг с другом. [c.16] Силы Ван-дер-Ваальса складываются из следующих сил взаимодействия ориентационных, индукционных и дисперсионных. [c.16] Вернуться к основной статье