Главная -> Словарь

Структура кристаллов

В элементарной ячейке кристаллов комплекса, имеющей гексагональную структуру, молекулы карбамида расположены по спирали и повернуты друг относительно друга под углом 120°, образуя канал диаметром в узкой части 4,9м-^На~ в'Жйрокой' ~6 м~10, достаточный для размещения плоской зигзагообразной молекулы парафинового углеводорода нормального строения. А. Смитом i исследован монокристалл комплекса карбамид — цетан и сняты порошкограммы комплексов карбамида с нормальными парафинами от Сш до С5о- Структура этих комплексов показана на рис. 77 и 78, где видны сечения каналов, образованных молекулами карбамида. Три взаимопроникающие спирали молекул карбамида связаны водородными связями и образуют стенки гексагональных каналов. При этом каждый атом кислорода связан водородной связью с четырьмя атомами азота, а каждый атом азота — с двумя атомами кислорода. В отсутствие вещества, способного к комплексообразованию, гексагональная структура кристаллов карбамида существовать не может. Расстояние между атомами азота и кислорода соседних молекул в кристаллах карбамида 2,99 и 3,03 м-10, а в кристаллах комплекса — 2,93 и 3,04 м~10 i. Укорочение одной из водородных связей обусловливает энергетический эффект, достаточный для обеспечения стабильности комплекса . Исследования строения комплексов карбамида показывают, что молекулы н-парафинов расположены в канале карбамида на расстоянии ~2,4 м-10 друг за другом независимо от их длины, причем структура комплекса включает столько молекул, сколько необходимо для заполнения всей полости канала.

В элементарной ячейке кристаллов комплекса, имеющей гексагональную структуру, молекулы карбамида расположены по спирали и повернуты друг относительно друга под углом 120°, образуя канал диаметром в узкой части 4,9 м-10, а в широкой ~6 м~10, достаточный для размещения плоской зигзагообразной молекулы парафинового углеводорода нормального строения. А. Смитом i исследован монокристалл комплекса карбамид — цетан и сняты порошкограммы комплексов карбамида с нормальными парафинами от Сю до СБО- Структура этих комплексов показана на рис. 77 и 78, где видны сечения каналов, образованных молекулами карбамида. Три взаимопроникающие спирали молекул карбамида связаны водородными связями и образуют стенки гексагональных каналов. При этом каждый атом кислорода связан водородной связью с четырьмя атомами азота, а каждый атом азота — с двумя атомами кислорода. В отсутствие вещества, способного к комплексообразованию, гексагональная структура кристаллов карбамида существовать не может. Расстояние между атомами азота и кислорода соседних молекул в кристаллах карбамида 2,99 и 3,03 м-10, а в кристаллах комплекса — 2,93 и 3,04 м~10 i. Укорочение одной из водородных связей обусловливает энергетический эффект, достаточный для обеспечения стабильности комплекса . Исследования строения комплексов карбамида показывают, что молекулы н-парафинов расположены в канале карбамида на расстоянии ~2,4 м-10 друг за другом независимо от их длины, причем структура комплекса включает столько молекул, сколько необходимо для заполнения всей полости канала.

Структура комплекса. Глубокое изучение структуры комплекса карбамида с различными классами углеводородов рентгенографическими методами показало, что все полученные продукты обладают одинаковой кристаллической решеткой, как правило, в виде хорошо образованных длинных гексагональных призм. На рис.2.1 показана структура кристаллов комплексов карбамида с различными классами углеводородов. Все комплексы, в отличие от тетрагональных призм карбамида, имеют гексагональную кристаллическую решетку.

Если в комплексе-сырце содержится до 18,2/6 воды, получается гранулированная структура комплекса. Дисперсионной средой в гранулированном комплексе является депарафинированная фракция. Пластический комплекс образуется в случае содержания воды в системе более 20%. Дисперсионной средой в этом случае является водный раствор карбамида.

132. Макарьев С. В. и др. Структура комплекса технических средств АСУ ТП современных нефтеперерабатывающих установок. Тематический обзор. М., ЦНИИТЭнефтехим, 1978. 48 с.

следние притягиваются к молекулам карбамида вандервааль-совыми силами или индуцированными-, электростатическими силами. Структура комплекса включает в себя столько углеводородных молекул, сколько необходимо для заполнения всей полости канала. При этом между концами углеводородных цепей сохраняется расстояние, равное 2,4 А.'

Исследования молекулярного строения комплексов карбамида показывают, что 'молекулы н-алканов расположены в канале карбамида на расстоянии ~ 2,4 А друг за другом независимо от длины их молекул, причем структура комплекса включает в себя столько молекул углеводорода, сколько необходимо для заполнения всей полости канала. .Следовательно, низкомолекулярные м-алканы образуют менее стабильный комплекс, чем высокомолекулярные, однако скорость образования комплекса с низкомолекулярными алканами выше. В связи с этим глубина извлечения высокомолекулярных углеводородов, способных к комплексооб-разованию, зависит от длительности контакта карбамида с нефтяной фракцией.

структура комплекса-сырца, в которой часть масляной фазы нахо-

шарообразную форму, и промежуточная структура комплекса-

При данном М : В конечная структура комплекса-сырца будет

структура комплекса-сырца приближается к гранулированной.

При температурах выше температуры полиморфного перехода образуется гексагональная структура кристаллов, а кристаллизация при температурах ниже этой температуры приводит к образованию кристаллов парафина, имеющих орторомбическую форму. Кристаллы моноклинной и триклинной модификаций, характерные только для индивидуальных углеводородов, при кристаллизации нефтяных парафинов не образуются -. Температуру перехода одной модификации кристаллов в другую определяют рентгено-структурным методом , методом ДТА , по ИК-спект-рам и показателю преломления , по изменению формы кристаллов и др. Для низкомолекулярных парафинов температура перехода одной кристаллической структуры в другую на десятки градусов ниже температуры плавления, в то время как для высокомолекулярных парафинов этот температурный интервал составляет всего 3—12°С ), а для некоторых вообще не обнаруживается.

Твердые углеводороды масляных фракций нефти и озркери-тов, как указывалось выше, представляют собой смеси углеводородов разных гомологических рядов. В связи с этим возник вопрос о кристаллической структуре углеводородов отдельных групп и о взаимном влиянии их на образование смешанных кристаллов. Структура кристаллов углеводородов парафинового, нафтенового и ароматического рядов, близких по температуре плавления, наиболее полно показана в работах, проведенных под руководством Н. И. Черножукова . Эти исследования позволили установить, что углеводороды всех гомологических рядов при кристаллизации из растворов в неполярных растворителях, в том числе и в нефтяных фракциях, образуют кристаллы орторомбическои формы, причем характерна ступенчатая слоистость кристаллов, т. е. каждый новый слой кристаллизуется на предыдущем, образуя пирамиду из параллельных ромбических плоскостей . Кристаллы твердых углеводородов, принадлежащих разным гомологическим рядам, различаются по размерам и степени слоистости. Наибольшие размеры кристаллов и число ромбических плоскостей имеют нормальные парафиновые углеводороды , нафтеновые и особенно ароматические углеводороды характеризуются меньшей величиной кристаллов и менее слоистым строением . При совместной кристаллизации твердых углеводородов в неполярных, растворителях образуются смешанные кристаллы, которые являются твердой фазой переменного состава, т. е. состав может меняться при сохранении однородности кристаллической структуры, что характерно для соединений, близких по строению молекул. В данном случае возможность образования смешанных кристаллов обусловлена наличием в молекулах твердых углеводородов длинных парафиновых цепей в основном нормального строения. При совместной кристаллизации из неполярнрй среды форма кристаллов остается орторомбическои, а их размер зависит от содержания циклических углеводородов в смеси с парафиновыми: чем больше циклических углеводородов, тем меньше размер кристаллов и число наслоений. ,

применяемых растворителях. При кристаллизации из растворов в полярных растворителях только парафиновые углеводороды образуют кристаллы правильной орторомбической формы . Циклические углеводороды -при выделении из таких растворовто-же образуют кристаллы орторомбической формы, но с усечен%ы-ми острыми углами ромбических плоскостей . Тасую же форму имеют намешанные кристаллы, полученные при cofce-стной кристаллизации парафиновых и циклических углеводорЩрв из растворов в полярных растворителях. Смешанные крист§1ы парафиновых и циклических углеводородов различаются по:%те-пени усеченности острых углов ромбических плоскостей, которая, так же как и размер кристаллов, зависит от природы и конЩйтг-рации циклических углеводородов в смеси с парафинами. $fM больше в смеси нафтеновых и особенно ароматических углевбдо-родов, тем меньше размер кристаллов и больше степень их усеченности. На рис. 37 показана структура кристаллов при содержании в смеси с н-парафинами 25% нафтеновых углеводородов. Твер^гые ароматические углеводороды в значительно меньших концентрациях приводят к резкому уменьшению размеров кристаллов и увеличению их усеченности .

В элементарной ячейке кристаллов комплекса, имеющей гексагональную структуру, молекулы карбамида расположены по спирали и повернуты друг относительно друга под углом 120°, образуя канал диаметром в узкой части 4,9м-^На~ в'Жйрокой' ~6 м~10, достаточный для размещения плоской зигзагообразной молекулы парафинового углеводорода нормального строения. А. Смитом i исследован монокристалл комплекса карбамид — цетан и сняты порошкограммы комплексов карбамида с нормальными парафинами от Сш до С5о- Структура этих комплексов показана на рис. 77 и 78, где видны сечения каналов, образованных молекулами карбамида. Три взаимопроникающие спирали молекул карбамида связаны водородными связями и образуют стенки гексагональных каналов. При этом каждый атом кислорода связан водородной связью с четырьмя атомами азота, а каждый атом азота — с двумя атомами кислорода. В отсутствие вещества, способного к комплексообразованию, гексагональная структура кристаллов карбамида существовать не может. Расстояние между атомами азота и кислорода соседних молекул в кристаллах карбамида 2,99 и 3,03 м-10, а в кристаллах комплекса — 2,93 и 3,04 м~10 i. Укорочение одной из водородных связей обусловливает энергетический эффект, достаточный для обеспечения стабильности комплекса . Исследования строения комплексов карбамида показывают, что молекулы н-парафинов расположены в канале карбамида на расстоянии ~2,4 м-10 друг за другом независимо от их длины, причем структура комплекса включает столько молекул, сколько необходимо для заполнения всей полости канала.

Равновесие сдвигается в сторону диссоциации при добавлении растворителей карбамида или углеводородов и повышении температуры . Низкомолекулярные н-парафины образуют менее стабильный комплекс, чем высокомолекулярные, однако скорость образования комплекса для них выше. Комплекс образуется в присутствии так называемых активаторов, к числу которых относятся вода, низшие спирты, кетоны, некоторые хлорорга-нические соединения, а также насыщенные водные или спиртовые растворы карбамида. Существует несколько мнений о механизме действия активаторов в процессе комплексообразования с карбамидом. По данным , роль активаторов заключается в удалении неуглеводородных примесей с поверхности кристаллов карбамида, что дает возможность молекулам углеводородов проникать в эти кристаллы. Высказано предположение , что сначала структура кристаллов карбамида преобразуется из тетрагональной в гексагональную, а действие растворителей карбамида заключается в осаждении его в тонкоизмельченном виде, что обеспечивает мгновенное образование комплекса с углеводородами.

При температурах выше температуры полиморфного перехода образуется гексагональная структура кристаллов, а кристаллизация при температурах ниже этой температуры приводит к образованию кристаллов парафина, имеющих орторомбическую форму. Кристаллы моноклинной и триклинной модификаций, характерные только для индивидуальных углеводородов, при кристаллизации нефтяных парафинов не образуются . Температуру перехода одной модификации кристаллов в другую определяют рентгено-структурным методом , методом ДТА , по ИК-спект-рам и показателю преломления , по изменению формы кристаллов и др. Для низкомолекулярных парафинов температура перехода одной кристаллической структуры в другую на десятки градусов ниже температуры плавления, в то время как для высокомолекулярных парафинов этот температурный интервал составляет всего 3—12 °С !, а для некоторых вообще не обнаруживается.

Твердые углеводороды масляных фракций нефти и озокери-тов, как указывалось выше, представляют собой смеси углеводородов разных гомологических рядов. В связи с этим возник вопрос о кристаллической структуре углеводородов отдельных групп и о взаимном влиянии их на образование смешанных кристаллов. Структура кристаллов углеводородов парафинового, нафтенового и ароматического рядов, близких по температуре плавления, наиболее полно показана в работах, проведенных под руководством Н. И. Черножукова . Эти исследования позволили установить, что углеводороды всех гомологических рядов при кристаллизации из растворов в неполярных растворителях, в том числе и в нефтяных фракциях, образуют кристаллы орторомбической формы, причем характерна ступенчатая слоистость кристаллов, т. е. каждый новый слой кристаллизуется на предыдущем, образуя пирамиду из параллельных, ромбических плоскостей . Кристаллы твердых углеводородов, принадлежащих разным гомологическим рядам, различаются по размерам и степени слоистости. Наибольшие размеры кристаллов и число ромбических плоскостей имеют нормальные парафиновые углеводороды , нафтеновые и особенно ароматические углеводороды характеризуются меньшей величиной кристаллов и менее слоистым строением . При совместной кристаллизации твердых углеводородов в неполярных растворителях образуются смешанные кристаллы, которые являются твердой фазой переменного состава, т. е. состав может меняться при сохранении однородности кристаллической структуры, что характерно для соединений, близких по строению молекул. В данном случае возможность образования смешанных кристаллов обусловлена наличием в молекулах твердых углеводородов длинных парафиновых цепей в основном нормального строения. При совместной кристаллизации из неполярной среды форма кристаллов остается орторомбической, а их размер зависит от содержания циклических углеводородов в смеси с парафиновыми: чем больше циклических углеводородов, тем меньше размер кристаллов и число наслоений.

применяемых растворителях. При кристаллизации из растворов в полярных растворителях только парафиновые углеводороды образуют кристаллы правильной орторомбической формы .. Циклические углеводороды при выделении из таких растворов тоже образуют кристаллы орторомбической .формы, но с усеченными острыми углами ромбических плоскостей . Такую же форму имеют и смешанные кристаллы, полученные при совместной кристаллизации парафиновых и циклических углеводородов из растворов в полярных растворителях. Смешанные кристаллы парафиновых и циклических углеводородов различаются по степени усеченности острых углов ромбических плоскостей, которая, так же как и размер кристаллов, зависит от природы и концентрации циклических углеводородов в смеси с парафинами. Чем больше в смеси нафтеновых и особенно ароматических углеводородов, тем меньше размер кристаллов и больше степень их усеченности. На рис. 37 показана структура кристаллов при содержании в смеси с м-парафинами 25% нафтеновых углеводородов. Твердые ароматические углеводороды в значительно меньших концентрациях приводят к резкому уменьшению размеров кристаллов и увеличению их усеченности .

В элементарной ячейке кристаллов комплекса, имеющей гексагональную структуру, молекулы карбамида расположены по спирали и повернуты друг относительно друга под углом 120°, образуя канал диаметром в узкой части 4,9 м-10, а в широкой ~6 м~10, достаточный для размещения плоской зигзагообразной молекулы парафинового углеводорода нормального строения. А. Смитом i исследован монокристалл комплекса карбамид — цетан и сняты порошкограммы комплексов карбамида с нормальными парафинами от Сю до СБО- Структура этих комплексов показана на рис. 77 и 78, где видны сечения каналов, образованных молекулами карбамида. Три взаимопроникающие спирали молекул карбамида связаны водородными связями и образуют стенки гексагональных каналов. При этом каждый атом кислорода связан водородной связью с четырьмя атомами азота, а каждый атом азота — с двумя атомами кислорода. В отсутствие вещества, способного к комплексообразованию, гексагональная структура кристаллов карбамида существовать не может. Расстояние между атомами азота и кислорода соседних молекул в кристаллах карбамида 2,99 и 3,03 м-10, а в кристаллах комплекса — 2,93 и 3,04 м~10 i. Укорочение одной из водородных связей обусловливает энергетический эффект, достаточный для обеспечения стабильности комплекса . Исследования строения комплексов карбамида показывают, что молекулы н-парафинов расположены в канале карбамида на расстоянии ~2,4 м-10 друг за другом независимо от их длины, причем структура комплекса включает столько молекул, сколько необходимо для заполнения всей полости канала.

Равновесие сдвигается в сторону диссоциации при добавлении растворителей карбамида или углеводородов и повышении температуры . Низкомолекулярные н-парафины образуют менее стабильный комплекс, чем высокомолекулярные, однако скорость образования комплекса для них выше. Комплекс образуется в присутствии так называемых активаторов, к числу которых относятся вода, низшие спирты, кетоны, некоторые хлорорга-нические соединения, а также насыщенные водные или спиртовые растворы карбамида. Существует несколько мнений о механизме действия активаторов в процессе комплексообразования с карбамидом. По данным , роль активаторов заключается в удалении неуглеводородных примесей с поверхности кристаллов карбамида, что дает возможность молекулам углеводородов проникать в эти кристаллы. Высказано предположение , что сначала структура кристаллов карбамида преобразуется из тетрагональной в гексагональную, а действие растворителей карбамида заключается в осаждении его в тонкоизмельченном виде, что обеспечивает мгновенное образование комплекса с углеводородами.

Промотирование алюмоплатиновых катализаторов соединениями хлора, рения, олова, иридия и т.п. способствует переносу коксогенов из платины на носитель, благодаря чему, несмотря на увеличение выхода кокса, возрастают его коксоемкость и срок службы. Известна роль геометрической структуры пор на закоксовывание катализатора. Трубчатая структура кристаллов цеолита ZMS-5 с диаметром пор 6 А препятствует образованию кокса и способствует вытеснению коксогенов из пор в виде низкомолекулярных алкилбензолов и дифенилов.