Основные понятия фпзпко-хпмпческоц механики нефтяных дисперсных систем

из "Нефтяной углерод"

В химии полимеров к классическим высокомолекулярным соединениям принято относить вещества с молекулярной массой 5000 и выше. Однако, как утверждают Стрепихеев и Деревицкая [118], между высокомолекулярными (ВМС) и низкомолекулярными соединениями (НМС) нельзя провести резкую границу. Так, к ВМС нефтяного происхождения относят вещества с молекулярной массой значительно меньшей, чем для обычных полимерных веществ. По мнению авторов [118], парафины с молекулярной массой около 1000 обладают всеми свойствами ВМС. В настоящей работе к ВМС принято относить гетероциклические соединения и углеводороды с молекулярной массой более 1000. В соответствии с современными взглядами, основанными на коллоиднохимических представлениях, нефть и нефтепродукты являются сложными смесями, различающимися качеством и отношением концентраций ВМС к НМС. [c.11]
Таким образом, в зависимости от условий и свойств ВМС и НМС, высокомолекулярные соединения в нефтях н нефтепродуктах могут находиться в молекулярном и надмолекулярном состоянии — в виде ассоциатов или комплексов. [c.12]
ВМС при смешении с НМС могут образовывать истинные растворы (молекулы находятся в неассоциированном состоянии), обратимые нефтяные дисперсные системы, в которых дисперсной фазой служат ассоциаты, и необратимые дисперсные системы (типичные коллоидные растворы), в которых дисперсной фазой являются комплексы (кристаллиты). [c.12]
Надмолекулярные структуры коллоидных размеров отличаются от молекул ВМС в несколько раз большей молекулярной массой, наличием поверхности раздела фаз между ними и дисперснонной средой, высокой плотностью, малой летучестью и придают нефтяной системе специфические свойства. При отсутствии надмолекулярных структур система находится в стабильном состоянии. Их появление переводит систему в метастабильное состояние, при котором возможно расслаивание на фазы. [c.12]
Каждая группа ВМС формирует свой тип надмолекулярных структур (например, асфальтенбвые ассоциаты, ассоциаты нз полициклических или парафиновых углеводородов), которые из-за различия свойств в одной и той же дисперсной среде ведут себя неодинаково. Формирование в нефтяных многокомпонентных системах обратимых надмолекулярных структур с различными физико-химическими и механическими свойствами и разной склонностью к расслоению существенно влияет на добычу и транспорт нефти, на физические (подготовка нефти, прямая перегонка, де-парафиннзация, деасфальтизация, компаундирование нефтепродуктов) и химические (термодеструктивные, термокаталитические) процессы переработки нефти. Нерегулируемые процессы формирования надмолекулярных структур при переработке нефтяного сырья в жидкой и паровой фазах могут привести в результате преждевременного расслоения системы к нел елательным отложениям в змеевиках печей, на поверхности катализаторов, аппаратов. [c.12]
В ряде термодеструктивных процессов (коксование, сажеобра-зование, производство углеродных волокон) образование ассоциатов и переход их в комплексы являются необходимыми стадиями получення целевого продукта — углерода. [c.12]
С целью создания математических моделей и оптимизации управления стадиями процесса получения нефтяного углерода (формированием ассоциатов, переходом их в комплексы, кинетикой расслоения НДС на фазы) необходимо рассмотреть сущность протекающих явлений. [c.12]
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]
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, ас-фальтеновые 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 структура-+-сольватный 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]

Вернуться к основной статье

Справочник химика 21

Химия и химическая технология