ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Физико-химические аспекты стабильности обратных эмульсий I их основные свойства из "Применение обратных эмульсий в нефтедобыче" Из формулы (1) следует, что по мере снижения поверхностного натяжения на жидкой границе раздела фаз эмульсии будут переходить в более устойчивое состояние. Однако адсорбция, закрепление ПАВ на межфазной поверхности и снижение межфазного натяжения не единственные условия стабилизации концентрированных эмульсий. [c.15] В процессе эмульгирования дисперсной фазы в дисперсионной среде одновременно протекают два диаметрально противоположных процесса диспергирование и коалесценция (слияние капель между собой). Согласно воззрениям П.А. Ребиндера процесс диспергирования внутренней фазы при получении эмульсий заключается в деформации больших сферических капель при значительных скоростях турбулентного режима течения в цилиндрики. При критических размерах цилиндрика он самопроизвольно распадается на большую и малую капли, что термодинамически выгодно, так как свободная энергия его больше, чем сумма свободных энергий большой и малой капли (поверхность цилиндра больше суммы поверхности капель). Этот процесс повторяется до тех пор, пока большая капля станет равной малой. В определенный момент времени наступает равновесный процесс слияния и дробления капель. Именно такому условию и соответствует состояние эмульсии. [c.15] Если баланс сдвинут в сторону диспергирования, то образуется более или менее устойчивая эмульсия. Капли могут образовываться и без введения в систему ПАВ. Однако даже при этом будет преобладать какой-то один тип эмульсии. Так, Банкрофт еще в начале века объяснял получение прямой или обратной эмульсии с позиций поверхностного натяжения их фаз. Например, если поверхностное натяжение воды будет меньше, чем у масла, то образуется прямая эмульсия (рис. 4,а), и наоборот (4,6). Поскольку поверхностное натяжение чистой воды всегда больше поверхностного натяжения углеводородов, то при их смешивании будет преобладать эмульгирование ее в составе углеводородов, т.е. обратная эмульсия. [c.15] Процесс же стабилизации образующихся глобул дисперсное фазы и получение определенного типа эмульсии связан с видом (водо- или маслорастворимые), химическим строением и концентрацией ПАВ, а также с рядом других физико-химических параметров, которые играют подчиненную роль избирательным смачиванием стенок сосуда одной из фаз эмульсии (для эмульсии в/м предпочтительно наличие гидрофобной поверхности), плотностью и вязкостью, соотношением объемов фаз и др. [c.15] Удельная поверхность дисперсной фазы 5 в эмульсии по И.С. Павлушенко возрастает при увеличении разности плотностей фаз ввиду ускорения движения капель в силовом потоке с последующей их деформацией и распадом на более мелкие. Им же экспериментально установлено, что 5 д прямо пропорциональна числу оборотов механической мешалки (т.е. прикладываемой энергии) и увеличивается при возрастании плотности и вязкости дисперсионной среды, концентрации дисперсной фазы. В то же время рост вязкости дисперсной фазы снижает эффективность эмульгирования, что следует из факта увеличения когезии ее молекул между собой и увеличения энергозатрат на диспергирование капель высоковязкой фазы эмульсии. [c.16] Увеличение температуры при эмульгировании, с одной стороны, способствует снижению межфазного натяжения, вязкости фаз, но, с другой, ускоряет процесс последующего слияния капель между собой из-за разрушения защитного слоя эмульгатора. По данным В.Г. Беньковского и исследованиям авторов, для приготовления обратных эмульсий, например, с использованием в качестве дисперсионной среды нефти, наиболее приемлема температура 20 С. [c.17] Несмотря на обилие ПАВ, исследователю подчас тяжело выбрать из них такое соединение или их композицию, которое было бы эффективным стабилизатором конкретной эмульсии, а его действие в составе эмульсии поддавалось бы научной интерпретации, если при этом не руководствоваться рядом эмпирически установленных фактов. [c.17] для характеристики ПАВ, выбранного в качестве эмульгатора, существенную роль играет, наряду с адсорбцией и межфазным натяжением, прочность удержания ПАВ в составе слоя. Очевидно, что она зависит от вида ПАВ, состава фаз и температуры. В этом случае пользуются значениями свободной энергии взаимодействия молекул ПАВ или ее отдельных функциональных групп с окружающей средой, т.е. энергией, необходимой для разрыва всех межмолекулярных связей и удаления молекулы ПАВ из состава, слоя в объем раствора. Физический смысл этой величины заключается в том, что чем выше интенсивность взаимодействия ПАВ с дисперсионной средой, тем ниже величина его адсорбции на межфазной поверхности и тем менее стабильная эмульсия образуется, и наоборот. [c.17] По данным [1] следует, что для ПАВ, выбранного в качестве эмульгатора обратных эмульсий, предпочтительно наличие в его составе таких функциональных групп как -СООН, -ОН, -МН -СО, -СН, -СООк и прямоцепочного гидрофобного радикала. [c.17] В этом случае свободная энергия взаимодействия молекул ПАВ с органической средой будет минимальна, а с водной -максимальна, что обеспечит оптимальные значения адсорбции ПАВ, межфазной активности и его удержания в составе адсорбционного слоя. [c.17] Большинство авторов выбирают ПАВ в качестве стабилизатора эмульсий с учетом агрегатного состояния адсорбционного слоя, формируемого ими на межфазной поверхности. [c.18] подтверждая выводы П.А. Ребиндера, указывал, что прочность и компактность адсорбционного слоя являются количественными условиями стабильности эмульсий. Остальные факторы влияют на стабильность эмульсий лишь в той мере, в какой они изменяют прочность этого слоя. [c.18] Состояние адсорбционного слоя характеризует углеводородный радикал ПАВ. Его увеличение приводит к упрочнению слоя вплоть до конденсированного состояния. По агрегатному состоянию ПАВ (жидкое или твердое) можно прогнозировать степень конденсации адсорбционного слоя на границе раздела фаз. [c.19] Постепенное увеличение температуры в системе вызывает переход пленок из конденсированного через жидко-растянутое к газообразному состоянию. [c.19] Таким образом, силы когезии углеводородных радикалов ароматического строения, через насыщенные с прямой цепью к парафиновым, несут большую ответственность за прочность слоя, чем силы адгезии полярных групп к воде. Они также возрастают при увеличении длины радикала за счет суммирования дисперсионных взаимодействий между ними. Например, энергетический барьер коалесценции в обратных эмульсиях по П. Бехеру возрастает на 2000 Дж/моль при увеличении длины радикала эмульгатора на одну -СНг-группу. [c.19] По представлениям А. Ленгмюра и В. Гаркинса и более поздним экспериментальным данным ряда авторов наименьшая площадь, которая приходится на молекулу ПАВ, находящуюся в адсорбционном слое, соответствует площади, занимаемой полярной группой молекулы, т.е. имеет строго ориентированную структуру, приближающуюся в конденсированном слое к вертикальной. [c.19] Вследствие этого, чем меньшую площадь занимает полярная группа ПАВ, тем более конденсированный слой образуется при одинаковой длине радикала. [c.19] Согласно Н.К. Адаму, площадь (в нм ) занимаемая молекулой жирных кислот, их амидов и эфиров в составе конденсированных пленок - 0,205, спиртов - 0,216, эфиров насыщенных кислот - 0,22, ПАВ с фенольными и бензольными остатками - 0,24. [c.19] Установление закономерностей в проявлении маслорастворимыми ПАВ межфазной активности на границе с водной фазой также служит одной из отправных точек при выборе эффективных эмульгаторов обратных эмульсий. [c.19] Снижение межфазного натяжения эмульгаторами предпочтительно рассматривать во взаимосвязи с химическим строением и ориентацией их молекул в составе формируемого адсорбционного слоя и его прочностью. [c.19] Вернуться к основной статье