ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Ассоциативные и агрегативные комбинации из "Научные и прикладные аспекты теории нефтяных дисперсных систем" Ребиндер [18] неоднократно обращал внимание на устойчивость коллоидных систем в предельно стабильном состоянии и указывал на увеличение скорости оседания суспензий при дальнейшем увеличении концентрации стабилизатора. Понижение устойчивости связывалось также с уменьшением толщины стабилизирующих защитных оболочек. [c.49] С учетом вышеизложенных представлений возможно более четко охарактеризовать, как уже указывалось, широко распространенное понятие при описании нефтяных дисперсных систем — сложную структурную единицу. По определению автора, сложная структурная единица — термодинамически устойчивое образование в нефтяной дисперсной системе, не возникающее и не исчезающее спонтанным образом, вследствие флуктуаций, связанных с тепловым, броуновским движением. Согласно общепринятым представлениям, сложная структурная единица включает ядро и сольватную оболочку. Упорядоченность организации молекулярных фрагментов падает по мере удаления от центра ядра. [c.49] Строение сложной структурной единицы и локальных флокул сходно с мицеллой, Однако между ними имеются существенные различия, наиболее принципиальным из которых является то, что в мицелле можно зафиксировать качество и четко определить границы ядра и некоторого переходного, граничного слоя на его поверхности, образованного, как правило, молекулами поверхностно-активных веществ. В сложной структурной единице, а тем более в локальной флокуле границы ядра, сорбционно-сольватного слоя и дисперсионной среды достаточно размыты. Дальнейшие коагуляционные взаимодействия сложных структурных единиц приводят к возникновению в системе более сложных локальных структурных образований, характеризующихся неярко выраженными центральной областью и переходным слоем. Соотношение компонентов в сложной структурной единице, возможно, оказывает решающее влияние па процессы формирования надмолекулярных структур и сольватных слоев, а следовательно, и на устойчивость и структурно-механическую прочность нефтяных дисперсных систем. [c.49] Дисперсная система может быть многофазной, а в простейшем случае двухфазной. Необходимым условием образования дисперсной системы, как уже указывалось, является ограниченная растворимость или полная нерастворимость вещества одной фазы в веществе другой. В нефтяных дисперсных системах дисперсную фазу образуют ртекоторые структурные образования, распределенные в дисперсионной среде, состоящей из низкомолекулярных соединений. [c.49] В качестве составной части дисперсной фазы нефтяной дисперсной системы мо-1 ут быть высокомолекулярные парафиновые, полициклические ароматические углеводороды, смолы, асфальтены. В состав дисперсионной среды входит сложная смесь различных низкомолекулярных парафино-нафтеновых, ароматических углеводородов. В зависимости от состава дисперсионной среды и степени ее взаимодей-сп вия с дисперсной фазой, полициклические ароматические углеводороды и смолы могут входить в состав той или другой составляющей системы. В нефтепродуктах деструктивного происхождения находятся карбены и карбоиды, также образующие дисперсную фазу. [c.50] Как известно, различают монодисперсные и полидисперсные коллоидные системы. В монодисперсных коллоидных системах частицы дисперсной фазы имеют одинаковые размеры. Во многих случаях такие системы можно приготовить только искусственным путем. Реальные нефтяные дисперсные системы, как правило, являются полидисперсными, то есть содержат частицы разных размеров. Это объясняется прежде всего сложностью их химического и компонентного состава. При зтом, чем более широк интервал выкипания нефтепродуктов, входящих в состав нефтяной дисперсной системы, тем более полидисперсна система. Естественно, полидисперсность нефтяных дисперсных систем усложняет задачу изучения их свойств, а также количественную оценку взаимодействия между частицами разного размера, поэтому в расчетной практике допускается до настоящего времени в некоторых случаях усреднять размеры частиц в нефтяной дисперсной системе, условно считая ее монодисперсной. [c.50] Нефть и нефтяные остаточные фракции содержат в своем составе различные высокомолекулярные соединения, которые при определенных условиях склонны к взаимодействию с образованием комбинаций, очевидно, более крупного размера, чем единичная их составляющая. В этом случае нефтяные системы находятся в коллоидном состоянии, то есть представляют собой дисперсные системы, в которых отдельные частицы являются не молекулами, а комбинациями, состоящими из множества молекул. Состав этих комбинаций может быть либо постоянным во времени, либо непрерывно изменяться в зависимости от термобарических и других условий существования нефтяной системы. Такие системы сильно отличаются от истинных растворов. [c.50] Подобные комбинации являются надмолекулярными структурами. Однако в данном случае с учетом вышеизложенного материала следует еще раз подчеркнуть различие понятия надмолекулярных структур в истинном растворе и в нефтяной системе. [c.50] Если в формировании надмолекулярных структур участвуют молекулы одного сорта, то такие образования называют ассоциатами, если же объединяются молекулы разного сорта, то образуются агрегаты. [c.51] Таким образом, понятие надмолекулярная структура может быть применено с достаточной степенью достоверности при описании светлых нефтяных фракций при нормальных условиях. Повышение температуры способствует парообразованию в системе и образованию комбинаций паровых пузырьков, которые состоят из множества мо-л(5кул и отличаются размерами, намного превышающими молекулярные. Тяжелые нефтяные фракции уже при нормальных условиях отличаются содержанием сложных структурных комбинаций составляющих их компонентов. Естественно, с учетом классического определения эти комбинации можно называть надмолекулярными струк-т /рами с определенной степенью допущения. [c.51] Учитывая, что в нефтяной системе не представляется возможным выделить в качестве элементарной составляющей ассоциатов или агрегатов чистые молекулы веществ, а в этом процессе всегда участвуют их комбинации, предложено называть структурные образования нефтяной системы, включающие однотипные молекулы или их надмолекулярные фрагменты, — ассоциативными комбинациями, а состоящие из разнотипных молекул или их молекулярных фрагментов — агрегативными комбинациями. [c.51] Другими словами, в виде ассоциативных или агрегативных комбинаций рассматриваются структурные образования, формирующиеся в процессе межмолекулярных взаимодействий многочисленные углеводородные и неуглеводородные компоненты нефтяных систем. При этом под ассоциативной комбинацией подразумевают локальные образования молекул одного сорта, а агрегативной комбинацией считают формирования, включающие молекулы или их фрагменты разного сорта. [c.51] Качество ассоциативных и агрегативных комбинаций, то есть совокупность молекулярных фрагментов, входящих в их состав, может изменяться при внешнем воздействии на нефтяную систему. Причем степень этого изменения может быть различна и для одной и той же системы колебаться в широких пределах в зависимости от вида, интенсивности и продолжительности воздействия на систему. [c.51] В соответствии с общепринятыми представлениями равновесная конфигурация соседних молекул или звеньев цепи непрерывно меняется с температурой, причем таким образом, что плотность упаковки этих элементарных единиц жидкости возрастает с уменьшением температуры. При этом также возрастает степень упорядоченности и изменяется характер пространственного расположения молекул. Отсюда можно сделать предположение о том, что с понижением температуры свободный объем системы, связанный с конфигурацией, уменьшается [20]. [c.51] По аналогии можно предположить наличие некоторого координационного числа агрегативной или ассоциативной комбинации. При этом дополнительной их характеристикой в нефтяной системе является иммобилизационная способность, оценивающая количество инородной жидкости иди дисперсионной среды, заключенной в межчастичном пространстве. [c.51] К важнейшим характеристикам структурных образований в нефтяных системах следует отнести также их симметрию, определяющуюся в конечном итоге симметрией составляющих эти образования элементов. Устойчивому состоянию системы отвечает некоторая равновесная конфигурация структурного образования, имеющая определенные превалирующие свойства относительно главной центральной оси симметрии образования. [c.52] Ассоциаты, агрегаты или соответственно ассоциативные или агрегативные комбинации могут быть низкотемпературными, среднетемпературными или высокотемпературными в зависимости от температурных условий их формирования, а также обратимыми либо необратимыми с учетом сохранения качественного молекулярного состава этих комбинаций в некотором интервале температур их существования. [c.52] Низкотемпературные агрегативные комбинации наблюдаются при низких температурах, когда преимущественно на физическом уровне взаимодействуют надмолекулярные структуры, включающие парафиновые и асфальтеновые фрагменты. При понижении температуры межмолекулярные взаимодействия обусловлены силами Ван-дер-Ваальса. Формируются обратимые низкотемпературные комбинации высокомолекулярных соединений нефти — парафиновых, ароматических углеводородов, смол, асфальтенов. [c.52] При повышении температуры выше 300-330°С происходят более сложные явления. На первых стадиях, за счет испарения легкокипящих компонентов сырья, возрастает концентрация высокомолекулярных соединений, что приводит к интенсивному взаимодействию последних и формированию агрегативных комбинаций этих соединений. Эти так называемые среднетемпературные агрегативные комбинации сворс-ми размерами, степенью упорядочения молекул в них и другими свойствами отличаются от низкотемпературных. [c.52] При дальнейшем повышении температуры за счет процессов испарения, деструкции, химических превращений в системе образуются новые высокотемпературные необратимые агрегативные комбинации. [c.52] Вернуться к основной статье