Тема: Устойчивость НДС различных типов. Практическая работа № 2 «ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИНЕТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ АСФАЛЬТЕНОСОДЕРЖАЩИХ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ» Вводная часть Агрегативная устойчивость - способность системы к сохранению дисперсности и индивидуальности, то есть обособленности, частиц дисперсной фазы. Когда система теряет агрегативную устойчивость (то есть происходит коагуляция частиц дисперсной фазы), система расслаивается. Потеря агрегативной устойчивости ведет к кинетической (седиментационной) неустойчивости системы. Происходит расслоение, разрушение системы в результате выделения коагулятов, представляющих собой в зависимости от плотностей дисперсной фазы и дисперсионной среды осадки или всплывающие образования. Таким образом, кинетическая устойчивость отражает способность системы сохранять в течение определенного времени одинаковое в каждой точке распределение частиц дисперсной фазы в дисперсионной среде. Критерием кинетической устойчивости асфальтеносодержащей дисперсной системы, является фактор устойчивости. (Фу), представляющий собой отношение концентраций дисперсной фазы, которое устанавливается за фиксированное время в двух слоях, расположенных на определенном расстоянии друг от друга в направлении сил осаждения. Чаще всего для нефтяных остатков определение концентрации дисперсной фазы проводят по содержанию асфальтенов в верхнем и нижнем слоях раствора исследуемого нефтепродукта. Под действием гравитационного поля оседают только достаточно крупные частицы (0,1-100 мкм). Заменяя гравитационное поле действием центрифуги с ускорением, превышающим в 100-1000 раз ускорение свободного падения, можно достаточно быстро осадить частицы асфальтенов. Воздействие центробежного поля достаточной интенсивности позволяет в течение 5-10 мин при 20 °С и частоте вращения ротора центрифуги 3000-4000 об/мин достигнуть седиментационного равновесия в асфальтеносодержащих смесях. 1 Закон Бугера - Ламберта – Бера При прохождении излучения через раствор светопоглощающего вещества поток излучения ослабляется тем сильнее, чем больше энергии поглощают частицы данного вещества. Понижение интенсивности зависит от концентрации поглощающего вещества и длины пути, проходимого потоком. Эта зависимость выражается законом Бугера Ламберта - Бера. Чтобы учесть потери света, прошедшего через раствор, на отражение и рассеяние, сравнивают интенсивности света, прошедшего через исследуемый раствор и растворитель. При одинаковой толщине слоя в кюветах из одного материала, содержащих один и тот же растворитель, потери на отражение и рассеяние света будут примерно одинаковы у обоих пучков света, и уменьшение интенсивности будет зависеть от концентрации вещества. Отношение интенсивностей падающего и выходящего потоков света называют пропусканием или коэффициентом пропускания: 𝑇= 𝐼 𝐼0 (1) где Io - интенсивность падающего потока света, I – интенсивность потока света, прошедшего через раствор. Пропускание выражают в процентах. Для абсолютно прозрачных растворов Т = 100 %, для абсолютно непрозрачных Т= 0. Взятый с обратным знаком логарифм Т называют оптической плотностью А: 𝐼 𝐼0 𝐴 = − lg 𝑇 = −𝑙𝑔 = 𝑙𝑔 𝐼0 𝐼 (2) Для абсолютно прозрачного раствора А=0, для абсолютно непрозрачного А . Уменьшение интенсивности излучения при прохождении его через раствор подчиняется закону Бугера - Ламберта - Бера: 2 𝑰 или 𝑰𝟎 = 𝟏𝟎−𝜺∙𝒍∙𝒄 , 𝐼 = 𝐼0 ∙ 10−𝜀∙𝑙∙𝑐 , или − lg 𝑇 = 𝐴 = 𝜀 ∙ 𝑙 ∙ 𝑐, (3) где ε - молярный коэффициент поглощения, l - толщина поглощающего слоя, см; c - концентрация раствора, моль / л. Физический смысл молярного коэффициента поглощения становится ясен, если принять l = 1 см, c = 1 моль / л, тогда А = ε. Следовательно, молярный коэффициент поглощения равен оптической плотности одномолярного раствора с толщиной слоя 1см. Молярный коэффициент поглощения - индивидуальная характеристика вещества, он зависит от природы вещества и длины волны и не зависит от концентрации и длины кюветы. Цель работы: Исследование кинетической устойчивости асфальтеносодержащей дисперсной системы в гравитационном поле методом центрифугирования, определение фактора устойчивости (Фу) с использованием спектрофотометра ПЭ-3200С/УФ. Содержание работы: 1. Приготовление образцов пробы нефти с добавлением присадки и без нее. 2. Центрифугирование приготовленных образцов. 3. Измерение оптической плотности образцов на спектрофотометре. 4. Определение фактора устойчивости. Методика проведения эксперимента и обработка результатов Проводить анализ не менее двух параллельных опытов с каждым образцом. Рассчитать объем 0,2 г исследуемой нефти, объем присадки, 3 указанный преподавателем. Отобрать дозатором пробу нефти, объем присадки и поместить конические колбы на 250 мл. Из колбы с присадкой отобрать рассчитанный объем пробы 0,2 г и поместить в колбу на 250 мл. В каждую колбу отдельными порциями прилить 20 мл растворителя пипеткой дозатором (1-10 мл), всякий раз тщательно перемешивая его с нефтепродуктом. Вначале добавить 4 мл толуола, затем 16 мл н-гептана. После того, как будет добавлена последняя порция, содержимое конических колб перемешать в течение 1 мин для создания однородной смеси. Содержимое конических колб разлить в пробирки для центрифуги по 10 мл. Центрифугирование провести на лабораторной центрифуге ОПН-8 (правила работы в приложение Г). Для проведения центрифугирования проб задать следующие параметры: частота вращения ротора 4000 об/мин, время - 12 мин (с учетом времени разгона 1-2 мин). После окончания центрифугирования из пробирок при помощи пипетки дозатора (100-1000 мкл) отобрать верхний слой центрифугата (1 мл), который перенести в пустые бюксы 1в и 2в соответственно, с двух параллельных образцов, средний слой отобрать примерно до нижнего слоя и отбросить. Нижний слой с осадком (1 мл) перенести в бюксы 1н и 2н. В бюксы с верхним и нижним слоями центрифугата добавить 5 мл толуола и перемешать. Далее провести определение оптической плотности приготовленных растворов на спектрофотометре ПЭ-3200С/УФ (см. правила работы). Кюветы с помощью дозатора заполнить приготовленными растворами, закрыть их крышками и установить в кюветодержатель. Рабочие поверхности нужно перед каждым измерением тщательно промыть спиртом. При установке кювет в кюветодержатель нельзя пальцами рук касаться рабочих участков поверхностей (ниже уровня жидкости в кювете). Провести измерение оптической плотности растворов при длине волны λ=540 нм. В режиме «Количественный анализ образцов» провести измерение концентрации образцов асфальтенов. В «Основном режиме» измерить значения оптических плотностей образцов нефти. Фактор устойчивости рассчитать по формуле: Фу=A1/A2, 4 где A1 - оптическая плотность верхнего слоя, A2 - оптическая плотность нижнего слоя. Обработка результатов измерений Указать концентрации образцов асфальтенов и условия центрифугирования. Результаты не менее трех параллельных измерений в верхнем и нижнем слоях центрифугата занести в табл.1. Сделать выводы. Для расчета погрешности эксперимента воспользуйтесь приложением 1. Таблица 1 Нефть Наименова ние образца Место отбора центрифугата Результаты эксперимента Оптическая Фактор плотность устойчиво сти Фу Средние значения В1 Н1 В2 Н2 Н2 Вопросы для самоконтроля 1. Какая разница между агрегативной и кинетической (седиментационной) устойчивостью? 2. Каким образом можно регулировать кинетическую устойчивость НДС? 3. Какое практическое значение имеет фактор устойчивости для НДС? 4. Какая разница между устойчивостью НДС при низких и высоких температурах? СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 5 1. Нефтяные дисперсные системы/ З.И. Сюняев, Р.З. Сафиева, Р.З. Сюняев.˗ М.: Химия, 1990.226 с. 2. Р.З. Сафиева. Химия нефти и газа. Нефтяные дисперсные системы: состав и свойства (часть 1). Учебное пособие. М.: РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина. 2004. 6