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 дальнейщем пользоваться. [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 на кинетику многих процессов и качество получаемых нефтепродуктов. [c.13] Разновидности надмолекулярных структур (парафиновые, асфальтеновые и др.), обладая неодинаковой структурно-механической 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 дисперснонной 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 структурасольватный слой) способна к самостоятельному существованию и получила название сложной структурной единицы (ССЕ). [c.13] Характерной особенностью сложной структурной единицы является разница поверхностных энергий между надмолекулярной структурой, и сольватным слоем и между сольватным слоем и дисперсионной средой. В отлпчие от дисперсионной среды, ССЕ сохраняет приданную форму и имеет предельное напряжение сдвига. ССЕ может взаимодействовать с дисперсионной средой. В этом случае возможны два варианта. Первый, когда поверхностное натяжение дисперсионной среды меньше, чем у сольватных слоев ССЕ. В результате взаимодействия части сложной структурной единицы с дисперсионной средой формируется активная ССЕ с нескомпенсированной поверхностной энергией. Активированная ССЕ стремится к компенсации свободной энергии, что достигается при слиянии двух или нескольких активированных ССЕ друг с другом, сопровождающемся ростом размеров надмолекулярной структуры во вновь созданной ССЕ. Чем больше разница между поверхностными энергиями надмолекулярной структуры и дисперсионной среды (Або), тем быстрее увеличиваются размеры надмолекулярной структуры и тем больше снижается толщина сольватного слоя в ССЕ. [c.14] Второй вариант — поверхностное натяжение дисперсионной среды значительно больше, чем у сольватного слоя ССЕ. Такое соотношение Д6 приводит к вытеснению из сольватного слоя ССЕ углеводородов, обладающих малыми значениями поверхностного натяжения. При высоких значениях Дб 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] Из вновь формируемых сложных структурных единиц могут образоваться золи (свободнодисперсные системы) и гели (связаннодисперсные системы). В свободнодисперсных системах частицы дисперсной фазы не связаны друг с другом и могут перемещаться в пространстве под действием внешних сил (силы тяжести или броуновского движения). Дисперсная фаза связаннодисперсных систем образует сплошной каркас (пространственную структуру), внутри которого содержится дисперсионная среда. [c.14] Нефтяные свободно- и связаннодиоперсные системы характеризуются структурно-механической прочностью. Под структурномеханической 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 совокупности с внешним давлением действует на частицы твердой фазы, стремясь их раздвинуть, оттолкнуть друг от друга. Чем меньше толщина сольватной оболочки, тем выше структурно-механическая 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] Структурно-механическую прочность нефтяных дисперсных систем оценивают степенью отклонения структурной вязкости Т1макс от динамической вязкости т]мин. [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 оценить тип взаимодействий и степень прочности НДС. Суммарный тепловой эффект взаимодействия при химическом агрегировании во много раз больше суммарного теплового эффекта при физическом агрегировании. [c.15] Температура по-разному влияет на структурно-механическую прочность системы. При повышении температуры структурно-механическая прочность снижается и исчезает, когда систехма 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, но и на ее устойчивость против расслоения. Под устойчивостью НДС понимается способность дисперсной фазы сохранять в течение определенного времени равномерное рас-нределение 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 нх 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] Силы Ван-дер-Ваальса складываются нз следующих сил взаимодействия ориентационных, индукционных и дисперсионных. [c.16] Ориентационное взаимодействие обусловливается наличием двух полярных молекул, причем с увеличением температуры энергия этого взаимодействия снижается. Взаимодействие двух молекул, одна нз которых является постоянным диполем, а в другой диполь наводится первой, называется индукционным величина энергии индукционного взаимодействия, не зависит от температуры. Дисперсионное взаимодействие наблюдается как. между полярными, так и неполярными молекулами оно вызвано взаимным возмущением электронных орбиталей, Б результате чего образуются два мгновенных диполя. Соотношение всех перечисленных видов взаимодействий зависит от степени полярности компонентов НДС, В системе слабополярных молекул основными являются силы дисперсионного взаимодействия, а с увеличением полярности возрастают силы ориентационного взаимодействия. [c.16] Вернуться к основной статье