Главная -> Словарь

Дисперсная структура

Согласно данным ряда авторов , масляные фракции являются дисперсными системами аренов в циклоалкановых дисперсионных средах, причем в маслах различного уровня вязкости образуются ас-социаты различного строения. Неподчинение аддитивности таких физико-химических смесей алканов, циклоалканов и тяжелых аренов, как диэлектрическая проницаемость и экстинкция, обусловлено проявлением межмолекулярного взаимодействия'между компонентами смеси. В работе показано, что арены в растворах образуют ассоциаты, состав и устойчивость которых зависят от химического строения взаимодействующих молекул, а бензольное кольцо является специфическим центром межмолекулярного взаимодействия.

ются коллоидными или дисперсными системами, что и определяет специфику их физико-химических свойств. Концентрированные эмульсии, как правило, неустойчивые системы. Согласно современным воззрениям, термодинамическая стабильность эмульсий может быть достигнута только при снижении поверхностного натяжения на границе раздела фаз и выполнении ряда других требований. В этом случае происходит, так называемое, самопроизвольное эмульгирование, в результате которого получается эмульсия с каплями дисперсной фазы вполне определенного размера, зависящего лишь от внутренних параметров системы. Устойчивость, или стабильность, эмульсий обеспечивается в первую очередь присутствием эмульгатора. В качестве эмульгаторов-стабилизаторов применяют различные синтетические ПАВ , которые добавляют в количестве не более 0,2%, что практически не отражается на эксплуатации двигателя.

То обстоятельство, что обе фазы системы являются подвижными, предполагает наличие некоторых характерных особенностей эмульсий по сравнению с другими дисперсными системами. Среди этих особенностей важнейшими являются следующие:

Так как битумные эмульсии являются типичными дисперсными системами, для интенсификации процессов их производства необходимо применение принципов ТРФП, обозначенных в главе 1.1. Разработка на этой основе технологии производства, учитывающей влияние сил межмолекулярного взаимодействия и коллоидную структуру сырья и самой эмульсии, позволит получать высококачественные битумные эмульсии при одновременном улучшении технико-экономических показателей.

Исходная дисперсность НДС обусловлена склонностью к повышенным межмолекулярным взаимодействиям нефтяных компонентов, в первую очередь, полициклических аренов и гетероорганических соединений, особенно CAB. Достоверно установлено, что к НДС относятся практически все виды природного углеводородного сырья, а также разные типы нефтепродуктов — от моторных топлив до коксов. Следует отметить и изменения самих НДС как объектов исследований: из-за исчерпания относительно легко доступных нефтяных и газовых запасов больше внимания уделяется добыче и переработке тяжелых высоковязких нефтей и природных битумов, составляющих большую часть мировых запасов углеводородного сырья. В отличие от обычных нефтей и газоконденсатов, представляющих собой мало-и среднеконцентрированные дисперсные системы, высоковязкие нефти и природные битумы являются высококонцентрированными дисперсными системами. Существенные особенности имеют НДС деструктивного техногенного происхождения , они отличаются от НДС нативного происхождения не только по способам получения, но и по компонентному составу, строению и свойствам .

В различных технологических процессах добычи, транспорта и переработки нефти приходится имель дело с гак называемыми нефтяными дисперсными системами , к которым относят саму нефть и продукты ее переработки, а также различные смеси, полученные на ЙА основе . НДС являются типичными неньютоковскими жидкостями. Реологические свойства НДС существенно зависят от их состава и, в первую очередь, от наличия и состояния основных структурообразующих компонентов. Поэтому перед описанием реологических свойств нефти и нефтепродуктов необходимо представить основные сведения об их составе.

Кроме самой нефти, в технологических процессах ее добычи и переработки приходится иметь дело и с другими нефтяными дисперсными системами. К ним, в первую очередь, можно отнести обратные водояефтяные эмульсии, битумы, нефтяные масла, котельные и судовые топлива, в составе которых находятся высокомолекулярные компоненты нефти и тяжелые остатки ее переработки.

Нефть и нефтепродукты в определенных условиях представляют собой типичные коллоидные системы, называемые нефтяными дисперсными системами , исследование которых необходимо для квалифицированной организации процессов их добычи, транспорта и переработки. Многообразие и специфика вопросов, возникающих при исследовании нефтяных дисперсных систем, аномалии в их поведении обусловили необходимость рассмотрения НДС в специальном разделе науки — физико-химической механике нефтяных дисперсных систем и разрабатываемой на этой базе теории регулируемых фазовых переходов в нефтяных системах. Исследования проводятся по нескольким самостоятельным, но взаимосвязанным направлениям, имеющим следующие целевые задачи:

В практике нефтепереработки наиболее распространенными являются нефтяные дисперсные системы с дисперсной фазой в твердом, жидком и газообразном состоянии и жидкой дисперсной средой. Реальные нефтяные системы ввиду сложности их состава являются полигетерофазными дисперсными системами различных типов, что чрезвычайно усложняет выявление особенностей их поведения. Различными нефтяными дисперсными системами являются парафиносодержащие нефти и нефтепродукты. В различных нефтях содержание парафинов колеблется от долей процента до 20 процентов. По мере понижения температуры из нефти выделяются кристаллы парафина , образующие структуры, размеры и количество которых в объеме изменяются. Благодаря действию адгезионных сил часть жидкой фазы ориентируется вокруг надмолекулярных структур в виде сольватных слоев определенной толщчны. При определенной, достаточно низкой температуре, кристаллы парафинов сцепляются, что приводит к возникновению пространственной гелеобразной структуры, в ячейках которой иммобилизована часть дисперсионной среды. Система при этом приобретает структурно-механическую прочность. Установлено , что присутствие сложных асфальтеновых веществ способствует стабилизации устойчивости дисперсий парафина.

нормальных условиях легкокипящие нефтяные фракции: бензиновые, керосиновые, дизельные. Практически все остаточные нефтепродукты, тяжелые, а в определенных условиях и более легкие фракции нефти являются нефтяными дисперсными системами. Практически все объекты нефтяного происхождения, компоненты которых находятся в различных агрегатных состояниях, при определенных условиях формируют различные дисперсные системы. Исключение составляют природные нефтяные газы, способные к полному неограниченному взаимному смешению. Специфика большинства свойств нефтяных дисперсных систем обусловлена их коллоидно-химическим строением и, как следствие, формированием в них фазовых образований коллоидных размеров.

В нефтяных системах частицы дисперсной фазы могут быть обратимы или необратимы в зависимости от условий их образования за счет сил слабого взаимодействия между молекулами либо при химическом взаимодействии. Примерами указанных типов структур могут служить зародышевые комплексы соответственно твердых углеводородов нефти при пониженных температурах либо частиц смо-листо-асфальтеновых веществ в условиях повышенных температур. Вероятно, нефтяные дисперсные системы при низких температурах, когда частицы дисперсной фазы обратимы, можно считать лиофильными коллоидными системами. В случае необратимости частиц дисперсной фазы эти системы относятся к лиофобным.

лекулярных уровня свободно-дисперсных структур, ядрами которых служат следующие парамагнитные образования: асфальтеновые ассоциаты — карбены -карбоиды. Четвертым уровнем является связанно-дисперсная структура парамагнитных кластеров типа гель. Последний тип структуры проявляет себя на макромасштабе. Его проявлением является зарождение так называемого "коксового пирога" в процессе замедленного коксования. Такая схема объясняет полученный Р.З. Магарилом экспериментальный факт, что процесс коксования начинается только при достижении определенного состояния жидкой фазы - застудневания, которое возникает при образовании структуры типа гель или золь-гель в дисперсных системах. Фактически, это означает достижение четвертой критической концентрации парамагнитных соединений. Было показано, что такое структурное состояние нефтяной системы соответствует состоянию нефтяного пека .

ля и других видов сырья, обладающих повышенной коксообразующей способностью, наблюдали при температуре в слое не выше 700 °С . Известны случаи быстрого спекания аморфного алюмосиликатного катализатора на установках крекинга с псевдоожиженным слоем. Современные марки цеолитсодержащих катализаторов эксплуатируют длительное время при температурах до 760 °С без существенного снижения их каталитических свойств . Катализаторы других процессов менее термостабильны. Установлено, что действие температур на уменьшение поверхности алюмохромовых катализаторов начинает сильно сказываться выше 640-650 °С . Для нанесенных катализаторов при окислительной регенерации может наблюдаться уменьшение дисперсности активного компонента. Основной причиной изменения дисперсности активного компонента в нанесенных катализаторах, как и в случае других пористых катализаторов, является удаленность системы от состояния равновесия . После периода разработки дисперсная структура катализатора находится в некотором стационарном состоянии, когда дисперсность в данных температурных условиях не изменяется. Однако в процессе окислительной регенерации перегревы и действие паров воды ускоряют рост частиц. Например , под действием высоких температур происходит укрупнение частиц платины на поверхности носителя. При нагревании до 500 °С наблюдается рост частиц платины и соответствующее уменьшение поверхности платины и степени превращения в реакции гидрирования бензола . При нагревании до 600-800 °С платиновый катализатор практически полностью теряет активность, что видно из приведенных ниже данных:.

Нефтяные коксы по дисперсности структуры отличаются значительной нестабильностью. Дисперсная структура коксов формируется из частиц коксового вещества и пор между ними и зависит от ряда факторов. Исследования показывали , что дисперсная структура возникает при делении фазы и коллоидного вещества на части. Первичной основой для построения структуры служат частицы коксового вещества, которые возникают на основе ядер молекулярной структуры, состоящих из плотноупакованных ядер углерода. Ядра в точках соприкосновения соединяются между собой и образуют пористый каркас.

Под действием механических напряжении нефтяная дисперсная структура способна к течению, но с различной скоростью. Текучесть дисперсных систем — величина обратно . Поэтому переход нефтяной системы из одного состояния в другое изменяет вязкость и соответственно ее способность к течению, выраженную с помощью различных количественных характеристик.

лекулярных уровня свободно-дисперсных структур, ядрами которых служат следующие парамагнитные образования: асфальтеновые ассоциаты - карбены -карбоиды. Четвертым уровнем является связанно-дисперсная структура парамагнитных кластеров типа гель. Последний тип структуры проявляет себя на макромасштабе. Его проявлением является зарождение так называемого "коксового пирога" в процессе замедленного коксования. Такая схема объясняет полученный Р.З. Магарилом экспериментальный факт, что процесс коксования начинается только при достижении определенного состояния жидкой фазы - застудневания, которое возникает при образовании структуры типа гель или золь-гель в дисперсных системах. Фактически, это означает достижение четвертой критической концентрации парамагнитных соединений. Было показано, что такое структурное состояние нефтяной системы соответствует состоянию нефтяного пека .

да без определённых контуров и микрокристаллы с трёхмерным кристаллографическим упорядочением . Соотношение этих составляющих тонкой структуры зависит от способа подготовки сырья, состава и температуры размягчения пека. Зоны когерентного рассеяния имеют doo:= 3,49...3,74 А°, Lc= 14...35 А° и La=21...24 A°. Пеки с температурой размягчения 250°С и выше содержат оптически анизотропную фазу, объёмная доля которой возрастает с повышением массовой доли а-фракшш, и соответственно дисперсная структура этих систем изменяется от свободнодисперсной до связаннодисперсной.

характер. В процессе смешения закладываются такие показатели, как плотность и дисперсная структура материала, оказывающие существенное влияние на физические свойства графита. Масса из смесильных машин выходит нагретой до 120-140 °С. Формование изделий из такой горячей массы может привести к их сильной деформации. Поэтому после смешения массу охлаждают до температуры, при которой производят формование заготовок.

Действие парафиновых соединений зависит от дисперсной структуры битума . Наиболее отчетливо оно проявляется на битумах второго типа: при содержании парафина более 3% изменяется их дисперсная структура — возникает кристаллизационный каркас из парафинов, сообщающий системе жесткость, и, как следствие, повышается температура хрупкости и уменьшается интервал пластичности. У битумов с высоким содержанием асфальтенов — первого и третьего типов наблюдается некоторое расширение интервала пластичности. Парафино-нафтеновая фракция в сырье является разжижителем и пластификатором битума, улучшающим его свойства. Битум, полученный окислением гудрона смеси татарских нефтей, без парафино-нафтеновой фракции имеет неудовлетворительные показатели пластичности и температуры хрупкости и высокие прочностные свойства: когезия его равна 3,5 кГ/см3 против 1,5 кГ/см2 .

Каждому реологическому состоянию битумов разных типов соответствует определенная дисперсная структура.

Однако решающее значение приобретает структурирующее действие твердой стенки в тех случаях, когда в материале может развиваться дисперсная структура и структурообразующие компоненты являются поверхностно-активными, т. е. адсорбируются на твердой поверхности.

Следует отметить, что ни в одной из многочисленных работ, посвященных изучению влияния парафинов на свойства битума, не принималась во внимание дисперсная структура битума, и потому было трудно объяснить влияние парафина на его свойства.