ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Формирование и строение сложных структурных единиц из "Нефтяные дисперсные системы" Для обозначения структурного элемента НДС принят термин сложная структурная единица (ССЕ). Сложная структурная единица — это элемент дисиерсной структуры нефтяных систем преимущественно сферической формы, способный к самостоятельному существованию прп данных неизменных условиях и построенный пз компонентов нефтяной системы в соответствии с их значением потенциала межмолекулярного взаимодействия. В составе ССЕ различают более упорядоченную внутреннюю область (или ядро), которая в большинстве случаев образована пз высокомолекулярных алканов и полиареновых углеводородов и смолисто-асфальтеновых веществ, и сольватную оболочку, окружающую ядро и образованную из менее склонных к меж-.молекулярным взаимодействиям соединений (рис. 8). [c.71] Использование в данном случае известных научных синонимов (мицелла, везикула и т. д.) не имеет достаточных оснований ио ряду причин. [c.71] Следуя классификации П. А. Ребиндера термодинамически устойчивых лиофильных и термодинамически неустойчивых (устойчивых в кинетическод смысле) лиофобных дисперсных систем, можно считать, что дисперсной фазой лиофильных НДС являются мицеллы ПАВ естественного происхождения, а дисперсная фаза лиофобных НДС представлена сложными структурными единицами. [c.72] Исторически первая попытка описания ССЕ принадлежит Дж. Пфейферу, хотя использование им термина мицелла , на основании вышеизложенного, следует считать неверным. Согласно его представлениям, ядро ССЕ асфальтеносодержащей системы образовано высокомолекулярными полициклическими углеводородами и окружено компонентами с постепенно снижающимся количеством ареновых колец. X. Нейман подчеркивает, что энергетически выгодным является обращение полярных групп (ССОН, С = 0, ОН и др.) внутрь ССЕ, что находится в соответствии с известным правилом уравнивания полярностей Ребиндера. [c.72] При температурах, близких к температуре кристаллизации, в нефтяных системах сосуществуют ССЕ смолисто-асфальтеновых веществ и высокомолекулярных алканов. Как известно, алканы при нормальных условиях, начиная с н-гексадекана и выше, представляют собой твердые вещества. В результате по-пиженпя температуры из нефти выделяются кристаллы алканов, причем число их увеличивается постепенно в силу значительно разности температур плавления отдельных углеводородов. Прп этом могут изменяться как размеры ССЕ, так п их число в единице объема в зависимости от условий кристаллизации. [c.73] Известно, что силы кристаллического поля могут существе -ио изменять конформацию молекул в результате образования межмолекулярных водородных связей [122]. Между молекуля])-ными параметрами н-алканов, находящихся в газовой фазе, ио мере роста п наблюдаются некоторые различия (см. табл. 6). Наиболее устойчивой является та конфигурация молекулы н-ал-кана, которая отвечает условию. минимума свободной энергии, достигаемого в результате выгодпо с энергетической точки зрения комбинации внутри- и межмолекулярных водородных связей. [c.73] Как видно из этих соотношений, влияние метильных групп в молекуле сказывается тем в большей степени, чем ниже значение п. С ростом п молекулярные параметры н-алканов стремятся к конечным величинам. В рамках такого подхода между низко- и высокомолекулярными н-алканами имеется отличие, заключающееся в заметном изменении молекулярных параметров 1Т0Д действием сил кристаллического поля для низкомолекулярных н-алканов и их постоянстве — для высокомолекулярных н-алканов, отдельные части которых выступают как кинетически независимые фрагменты при тепловом движении. Согласно структурно-механическому [43] и изложенному с позиций динамической модели молекулы н-алкана подходу, к высокомолекулярным следует отнести н-алканы, начиная с н-эйкозана. Напеним, что н-алканы с числом атомов углерода более 30 в нефтях не обнаружены. [c.74] образованная из молекул н-алканов за счет дис-иерсионных взаимодействий в условиях кристаллизации из раствора или расплава, представляет собой ассоциат с параллельной укладкой молекул, способный самостоятельно существовать в равновесных условиях. При этом склонность молекул к ассоциации возрастает по мере перехода к высокомолекулярным н-алканам. Ядро ССЕ, образованной молекулами высокомолекулярных н-алкаиов, отличается большой упорядоченностью по сравнению с сольватным слоем. Обладающие большой подвижностью и меньшим поверхностным натяжением низкомолекулярные н-алканы концентрируются в адсорбционно-сольватном слое ССЕ. [c.74] В отличие от алканов другие высокомолекулярные соединения могут образовывать дисперсные частицы ие только при низких, но и при высоких температурах, способствующих протеканию деструктивных процессов в нефтяных системах. [c.74] Если в результате флуктуации возникло сгущение молекул, происходит образование ассоциата, если же происходит разрежение, то появляются пузырьки паровой фазы. Ядро в последнем случае состоит из молекул низкомолекулярных соединений 11 окружено сольватной оболочкой из молекул высокомолекулярных соединений. Причем в ядре находятся молекулы, близкие по свойствам, а сольватные оболочки, окружающие ядра, содержат молекулы с другими свойствами. Главным отличием подобных систем является наличие поверхности раздела фаз, которая представляет собой переходный слой — реальный физический объект, обладающий объемом. Внутри слоя происходит непрерывное изменение свойств от значений близких к свойствам слоя на поверхности ядра до значений, характерных для дисперсионной среды. [c.75] Наиболее теоретически ра работаннон является модель ССЕ с ядром из поры, различные состояния которой приведены на рис. 10. Формирование адсорбционно-сольватного слоя происходит самопроизвольно за счет поверхностных сил ядра с выделением при этом обычно тепла. Поверхностные силы при физической адсорбции имеют ту же природу, что и силы межмолекулярного взаимодействия. В настоящее время, наиболее признанной, позволяющей аналитически описать -образную форму изотермы адсорбции является теория БЭТ (Брунауэр— Зммет — Теллер). По своей сути адсорбция по Ленгмюру соответствует модели ССЕ, когда / /л- О, а по Поляни — когда /г/г оо (рис. 11). Адсорбция при наличии высокодисперсных пор в адсорбенте сопровождается фазовым переходом — капиллярной конденсацией. Воздействуя различными способами на пористость твердых тел в процессе их получения и существенно изменяя условия нх применения путем варьирования давления, температуры и введения различных добавок, удается регулировать высоту межфазного слоя И на поверхности пористого тела (рис. 12). [c.77] Согласно второму принципу термодинамики, в системах, обладающих избытком энергии, могут идти самопроизвольные процессы, обусловливающие притяжение к поверхности зародыша из дисперсионной среды соответствующих соединений. В результате этого в нефтяной системе происходит перераспределение соединений между дисперсной фазой и дисперсионной средой. Таким образом, на поверхности зародыша происходит концентрация определенных тггпов соединений, т. е. наблюдается адсорбция. [c.77] Устанавливающееся адсорбционно-десорбционное равновесие обусловливает определенное количество и тип адсорбированных па поверхности зародыша соединений. Зародыш с адсорбированными иа его поверхности соединениями называется первичной ССЕ. [c.77] На характеристику адсорбционно-сольватного слоя, кроме радиуса ядра и величины его силового поля, оказывают влияние состав дисперсионной среды, температура, наличие ПАВ. [c.78] В результате исследования структурно-механических свойств адсорбционных слоев установлено, что толщина новерхностного слоя в битумах может меняться от 10 до 5 мкм при увеличени их прочности [125]. Характеристики адсорбционно-сольватных слоев в битумах зависят от полярности образующих их компонентов. [c.79] Вернуться к основной статье