Эмульсии

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
ТОПЛИВА И УГЛЕРОДНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
Лекция № 1
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОДГОТОВКИ
ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ К ПЕРЕРАБОТКЕ
Классификация нефтяных дисперсных систем
Агрегатное состояние
дисперсной фазы
дисперсионной
среды
Твердая 1
Твердая 2
Жидкая
Твердая
Газообразная
Условное
обозн
ачени
е
т1/т2
Тип
Примеры
Твердые
структуры
Нефтяной углерод
различной степени
анизотропности
ж/т
Твердые
эмульсии
Петролатум, гач,
церезин
Твердая
г/т
Твердые
пены
Нефтяной углерод
Твердая
Жидкая
т/ж
Суспензии,
золи, гели
Крекинг-остатки, смолы
пиролиза, мазуты
гудроны, пеки
Жидкая 1
Жидкая 2
ж1/ж2
Жидкостные
эмульсии
Системы «масло –
растворитель» вблизи
критической температуры
растворения, водонефтяная
эмульсия
Газообразная
Жидкая
г/ж
Газовые
эмульсии, пены
Нефтяное сырье в процессе
перегонки, ректификации
Твердая
Газообразная
т/г
Аэрозоли
Измельченный
технический углерод
Жидкая
Газообразная
ж/г
Аэрозоли
Туман, образованный
каплями углеводородных
жидкостей в воздухе, газах
Газообразная
Газообразная
–
*
Природные, попутные,
заводские газы
Классификация НДС по
дисперсности
высокодисперсные (нефтяные системы,
содержащие частицы с размерами от
нескольких нанометров до долей микрона,
удельная межфазная поверхность составляет
десятки, сотни, а иногда и тысячи квадратных
метров на один грамм дисперсной фазы )
 грубодисперсные (частицы
грубодисперсных НДС имеют размеры от
микрона и более, удельная поверхность таких
НДС менее 1 м2/г )

Классификация НДС по
дисперсности
 ультрамикрогетерогенные
НДС (1–100
нм)
 микрогетерогенные НДС (100–10000 нм)
 грубодисперсные НДС (размеры частиц
превышают 10000 нм)
Классификация НДС по форме
образующих их частиц
 частицы
волокнистой формы
 частицы сферической формы и др.
Классификация П. А. Ребиндера
2
σ m  γ  RT /( N A  r )
где
r – средний размер частиц, участвующих в
броуновском движении;
 – безразмерный множитель;
R – универсальная газовая постоянная;
NA – число Авогадро;
Т – температура, К. При комнатной температуре (T  300
K) для частиц радиусом 10-8 м σ m 10-4 Дж/м2.
Классификация П. А. Ребиндера

> m лиофобные НДС
  < m лиофильные НДС
Нефтяные эмульсии
 Эмульсии
– это дисперсные системы,
состоящие по меньшей мере из двух
взаимно мало- или нерастворимых
жидкостей, одна из которых
диспергирована в виде мельчайших
капель (глобул) и называется
дисперсной фазой, а другая –
дисперсионной средой (жидкость, в
которой глобулы распределены)
Нефтяные эмульсии
нефть в воде (Н/В) – гидрофильная
 вода в нефти (В/Н) – гидрофобная

Термодинамика и кинетика
фазовых переходов в НДС
Дисперсное состояние в нефтяной системе
может формироваться двумя путями:
 1) диспергированием макроскопических фаз
(без изменения агрегатного состояния
веществ дисперсной фазы);
 2) конденсацией из молекулярных растворов
(с изменением как агрегатного, так и
химического состава дисперсной фазы).
Термодинамика и кинетика
фазовых переходов в НДС
G  Gv  Gs
Gv – объемная составляющая потенциала Гиббса
Gs
– поверхностная составляющая потенциала Гиббса
μ  μ x  μv  0
μ  kT ln C C
0
μ  kT ln P P
0
Gs  4πr 2σ
r – радиус частицы
σ – поверхностное натяжение на
границе дисперсная частица–
дисперсионная среда
Термодинамические условия
возможности образования нефтяных
дисперсных систем
Возможность образования
НДС
H
S
G
>0
<0
>0
Исключается
<0
>0
<0
Существует
при
температурах
<0
<0
<0
Существует,
но
при
определенной температуре
>0
>0
>0
<0
Исключается
Существует при
температурах
любых
высоких
Термодинамика фазовых
равновесий
многокомпонентных смесей

Условие равновесия между фазами в
гетерогенной системе
μi
dz
α
 μi
α
α
dni
 μi



β 
 ...  μi
α
dz






β 
ξ 
 μi



β 
dni



β 
α
β
α
α
β
β
dz  dz    dz    μ i dni   μ i dni  ;


β
α
dz  μ i   μi  dni ,
ni – число молей i-го компонента
В равновесных условиях
dz  0
β

μ  μ α 
i
i
Основные термодинамические
принципы
H  f  P, T  ;
 H 
 H 
dH  
dP  
dT ;


 P T
 T  P
P2
 H
H 2  H1   
P1  P
T2

 H
 dP    T
T1
T1 

 dT .
P
2
Основные термодинамические
принципы
Изменение энтальпии
при переходе системы из состояния А в С