Классификация ндс по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды

Опубликовано: 13.05.2024

Представления о нефти как об НДС

1 Введение и история развития представления об НДС

2 Классификация нефтяных дисперсных систем

1. Введение и история развития представления об НДС

Рождение Химии нефти как науки – в работах Менделеева Д.И., Зелинского Н.Д., Марковникова В.В. и др. Становление ее произошло в конце 20-30 ых годов в Московской горной академии, профессор Наметкин С.Н. читал курс лекций «Химия нефти», В 1932 году вышла книга.

Химия нефти имеет два основных традиционных направления:

  • Аналитическое направление – изучение состава нефтей с целью

- получения и практического применения нефтяных фракций и отдельных компонентов

- решения геохимических задач по поиску и разработке новых месторождений.

  • Техническое направление – изучение физико-химических свойств нефтей в зависимости от P,V,Tусловий.

В классической химии нефти до последнего времени господствовал и до сих пор сохранился подход к нефтяным системам как к молекулярным растворам . При этом вводят достаточно грубые допущения, которые позволяют создать стройную теорию, но плохо отражают реальную действительность.

Для характеристики многокомпонентных нефтяных фракций используют значение средней молекулярной массы

r4 20 , Рн.паров, n, тепловые свойства = f (P, V, T)

Понятие «средней молекулы»

АСВ. Предполагают, что нефтяные фракции содержат гипотетически средние, сложные, но одинаковые молекулы равной молекулярной массы.

Для расчетов используются законы для молекулярных растворов: закон Рауля, Дальтона, Ньютона и т. д. для корректировки используются эмпирические коэффициенты .

Все это приводит к несоответствию теоретических расчетов и практических результатов:

- доли отгона не совпадают с экспериментальными данными,

- значение вязкости нефтей зависит от условий течения, что сложности при перекачке нефти по трубопроводам.

Развитие представлений о нефти и нефтяных фракций как коллоидных систем началось в 1913 году Л.Г. Гурвич «Научные основы перерабтки нефти» (Берлин) – не получили должного теоретического развития.

Первыми среди НДС были изучены коллоидно-дисперсные свойства битумов (1923 г.), впервые была показана их коллоидная структура.

1955 - 58 гг под руководством акад. П.А. Ребиндера - начало первых трудов по изучению коллоидных свойств нефятных растворов– возникает Учение о дисперсном состоянии веществ.

Накопленныйего лабораторией большой экспериментальный материал представлен в 1971 году на 5 Всесоюзной конференции по физико-химической механике (Уфа), где П.А.Ребиндердоказал коллоидно-химические представления о строении нефти.

НДСмогут существовать в природных условиях (нефть и газ в пластах) или образовываться в технологических процессах добычи нефти и газа (эмульсии "вода в нефти", "газ в нефти"), при их транспорте и переработке (выпадение кристаллов парафина, кипение, коксование и т. д.).

1982 году его труды продолжает Г.И. Фукса в своей книге «Коллоидная химия нефти и нефтепродуктов»

1984 г. Эти же представления З.И. Сюняев – подтверждает в своем труде «Химия нефти» раздел коллоидные свойства нефти,

. Нефтяные дисперсные системы (НДС), которыеизучал годов проф. З.И. Сюняевым и сотр., относятся к разбавленным системам (в отличие от таких высококонцентрированных систем, как пасты, порошки, бетоны и др.).

1990 г. Сюняев продолжает углублять знания об НДС в труде «Нефтяные дисперсные системы»

1995 год Ученые из Тоиска Унгер и Андреева развивают представления об наиболее высокомолекулярных компонентах нефти, отвечающих за ее дисперсныесвойства в труде «Фундаментальные аспекты химии нефти. Природа смол и асфальтенов.»

1995 г. - первый и 1997 г. – второй Международный симпозиум (Рио-де Жанейро)симпозиум по углеводородным дисперсным системам (Москва)На первом Международном Симпозиуме по углеводородным дисперсным системам, проводимом в 1997 году [15],где было решено отказаться от термина “мицелла”, и для обозначения элемента дисперсности таких систем был принят термин “сложная структурная единица” [16

1998 Р.З.(Равиля Загидуловна) Сафиева «Физикохимия нефти».Р.З. Сафиевой проведено обобщение и сравнение всех используемых в научно-технической литературе терминов для обозначения дисперсной фазы нефтяных дисперсных систем. Отмечается,что понятие "ССЕ" является наиболее общим. Действительно, в образовании ССЕ могут принимать участие молекулы любого строения, в том числе и дифильного, склонные к межмолекулярным взаимодействиям. Кроме того, размеры ядра и сольватной оболочки сложно-структурной единицы могут быть переменными. Они определенным образом зависят от внешних условий.

В общем случае сложная структурная единица (ССЕ) может рассматриваться как элемент структуры нефтяной дисперсной системы, склонный к самостоятельному существованию при данных неизменных условиях.

В течение последних десятилетий идут интенсивные исследования по строению, свойствам и природе НДС, каковыми являются нефти, природные битумы,газоконденсаты и продукты, полученные при их переработке.

В настоящее время существует несколько способов описания структур в нефтяных системах.

С позиции коллоидной химии нефть – сложная многокомпонентная смесь, проявляющая свойства молекулярного раствора или дисперсной системы в зависимости от условий.

В природных условиях многие нефти и нефтепродукты представляют собой коллоидные системы, которые состоят по крайней мере из 2-х фаз: одна сплошная, а другая разделена в первой в виде мельчайших частиц.

Количество и размеры дисперсных частиц зависят от состава и внешних условий.

Физической основой образования коллоидных систем является различия величин электростатического взаимодействия между молекулами.

Впервые употребил понятия нефтяной дисперсных систем академик П. А.Ребиндер .




Дисперсионная среда – это непрерывная фаза (тело), в объѐмекото-рой распределена другая (дисперсная) фаза в виде мелких твѐрдых частиц, капелек жидкости или пузырьков газа. Дисперсионная среда может быть твѐрдой, жидкой или газоообразной; в совокупности с дисперсной фазой она образует дисперсные системы

В общем случае дисперсионная среда НДС состоит из различных компонентов нефти. В зависимости от совокупности внешних параметров эти компоненты могут быть как в составе дисперсионной среды, так и дис-персной фазы НДС. Например, алканы в нефти и нефтепродуктах встреча-ются как в составе дисперсной фазы, так и составе дисперсионной среды.

Дисперсионная среда нефти и большинства нефтепродуктов, напри-мер, таких как топлива и масла, в условиях транспортировки, хранения, эксплуатации, а также в некоторых процессах переработки, например, в процессах деасфальтизации, очистки селективными растворителями, соль-вентнойдепарафинизации, находится в жидком агрегатном состоянии.

Физикохимия НДС считает, что Дисперсионная среда НДС (состав) изменяется от внешних условий, степень дисперсности зависит как от внешних условий так и от состава дисперсионной среды.

Химический, групповой и фракционный составы дис-персионной среды существенно влияют на структурообразование в НДС. От свойств дисперсионной среды зависит ряд эксплуатационных характе-ристик нефтяных топлив, работоспособность масел и смазок в определен-ных интервалах температур, силовых и скоростных нагрузок, их окисляе-мость, коллоидная стабильность, защитные свойства, устойчивость к агрессивным средам. Низкотемпературные свойства масел и смазок (вяз-кость при отрицательных температурах, пусковой и установившийся крутящие моменты) зависят от вязкости дисперсионной среды, а испаряемость – от фракционного состава и температуры вспышки дисперсионной среды.

Таким образом углубление представлений о структуре нефти и ненфтяных систем идет на стыке физических и химических наук , Соответственно изменяется и методологическая основа науки, привлекаются новые физические способы для исследования структуры нефти

Изменение подхода к структуре нефти как к НДС позволяет изменить подход к технологическим процессам добычи подготовки и переработке нефти и применения нефтепродуктов.

- Возможность регулировать нефтеотдачу пласта

- Снизить гидравлические сопротивления при транспортировке (вязкость, отложение АСПО на трубопроводах).

- Регулировать фазовые переходы в НДС при переработке с помощью силовых полей и добавок, оптимального компаундирования нефтепродуктов.

Цель физико-химической механики – установление закономерностей образования пространственных структур в дисперсных системах, а также процессов деформации и разрушения таких структур в зависимости от совокупности физико-химических и механических факторов.

Изменения в строениинефтяной дисперсной системы под действием внешних сил делает возможным переводить такую систему в активное состояние, которое определяется экстремальным значением соотношения размеров указанных составляющих частиц дисперсной фазы. В результате изменения размеров ССЕ возникают эффекты, ранее неизвестные в литературе. Переработка активированного сырья, имеющего в случае перегонки минимальный размер ядра сложно-структурной единицы, позволяет существенно улучшить количественные и качественные поактуальной, казатели процесса. Поэтому^ задачей является установление закономерностей перехода нефтяных дисперсных систем в активное состояние в условиях существующей технологии переработки нефти.

Методы определения перехода НДС в активное состояние -
по изменению

непосредственно измеренных размеров ССЕ;

  • устойчивости к расслоению на фазы (стабильность)
  • структурно-механических (реологических) свойств;
  • тепловых, электрических, оптических и других характеристик;
  • результатов различных процессов переработки,
  • показателей качества нефтепродуктов.

Наполненные системы различаются по активности. Надмолекуляр-ные структуры нефтяных дисперсных систем характеризуются поверх-ностной и объемной активностью, обусловливающей определенные фи-зико-механические свойства системы. С учетом необходимости направ-ленного регулирования этих свойств нефтяных дисперсных систем предла-гается их классифицировать в зависимости от поверхностной и объемной активности.

Под активностью дисперсной фазы нефтяной дисперсной системы понимается ее способность изменять степень дисперсности, воздействуя на структурно-механическую прочность системы.

В зависимости от соотношения поверхностной и объемной активности нефтяные дисперсные системы делятся на четыре типа:

1 Объемно-активные, поверхностно-неактивные;

2 Объемно-малоактивные, поверхностно-малоактивные;

3 Объемно-активные и поверхностно-активные;

4 Объемно-неактивные, поверхностно-активные.

К 1 типу относятся нефтяные дисперсные системы, содержащие надмолекулярные структуры, находящиеся в среде нерастворителя, име-ющие максимальную структурно-механическую прочность и минималь-ную устойчивость, например, раствор асфальтенов в алканах. Введение в такую систему нерастворителя практически не изменит ее свойств. До-бавление растворителя приведет к повышению поверхностной активности надмолекулярных структур и некоторому увеличению устойчивости си-стемы к расслоению.

Ко 2 типу можно отнести системы, состоящие из надмолекулярных структур в среде плохого растворителя. Такие системы объемно и по-верхностно активны, вследствие развитой поверхностной и некоторой объемной активности надмолекулярных структур. Нефтяные дисперсные системы этого класса изменяют свойства при любом колебании состава дисперсионной среды. К этому классу НДС можно отнести нефть и ши-рокий спектр различных нефтепродуктов.

Системы 3 типа сходны с системами предыдущего типа, с той лишь разницей, что дисперсионная среда обладает большей растворяющей спо-собностью, промежуточной между плохим и хорошим растворителем. Такая система резко реагирует на всякое изменение состава дисперсионной среды, причем добавление растворителя приводит к повышению устойчивости системы. Типичным примером таких НДС являются нефтяные остатки крекингового происхождения.

К 4 типу относятся системы, состоящие из надмолекулярных структур в среде хорошего растворителя, например, растворы высокомолекулярных парафинов (гачей) в низших алканах, раствор асфальтенов в толуоле. Такие нефтяные дисперсные системы легко переходят в молекулярные (условно-молекулярные) растворы уже при небольшом увеличении растворяющей способности дисперсионной среды.

Нефть и нефтепродукты состоят из низкомолекулярных и высокомолекулярных соединений:

Низкомолекулярные – парафиновые, нафтеновые, ароматические Высокомолекулярные – углеводороды смешанного строения – парафинов, моно- и конденсированных нафтено-парафиновых, моно- поли- циклических ароматических углеводородов, гетеросоединений.

Соединения, содержащие гетероатомы, обладают так называемой химической «дефектностью» (аномалией).

Основными параметрами соединений являются:

- Длины связей между атомами - l

- Энергия связей, определяющая их прочность,

- Степень регулярности молекул,

- Угол раскрытия между атомами в звене - q

Для данного типа связи при сохранении валентности l = CONST.

Ковалентный радиус атомаА равен половине экспериментально измеренной длины связи А-А

Длина связи уменьшается при увеличении порядка связи:

ДФ-ДС Типы систем Примеры
Г – Г Фактически гомогенные Атмосфера Земли
Ж – Г Аэрозоли[12] – туманы Туман, кучевые облака, тучи, попутный газ с капельками нефти, моторное топливо в камере сгорания, выхлопные газы, духи́
Т – Г Аэрозоли – дымы и пыли, порошки Мука, кофе, аэрозоли лекарственных веществ, табачный дым, самумы (песчаные и пыльные бури), цементная и угольная пыль, промышленные выбросы в атмосферу
Г – Ж Пены, или газовые эмульсии Взбитые сливки, газированные напитки, пена шампанского и пива, мыльная пена (рис. 17)
Ж – Ж Эмульсии Продукты питания (молоко, маргарин, сливочное масло, майонез), жидкие среды организма (плазма крови, лимфа, пищеварительные соки), жидкое содержимое клеток (цитоплазма, кариоплазма), фармацевтические и косметические препараты (мази, кремы), битумно-водная эмульсия (рис. 18), нефть, латекс
Т – Ж Золи, суспензии Краски, речной и морской ил, взвешенные в воде строительные растворы, зубные, косметические пасты, кисели, студни, клеи, агар-агар[13], золи металлов в воде
Г – Т Твёрдые пены Пористые тела: снежный наст с пузырьками воздуха, текс-тильные ткани, кирпич, силикагель, пенобетон, пенопласт, пенополиуретан, пеностекло, пемза, керамика, поролон, порошки, активированный уголь, хлеб, пористый шоколад
Ж – Т Твёрдые эмульсии, гели Капиллярные системы: ткани растений и животных, живые клетки, фрукты, овощи, сыр, желе, желатин, тушь, помада, мази, почва, грунт, бумага, вода в парафине, жемчуг, цеолиты, минералы с жидкими включениями
Т – Т Твёрдые золи Горные породы, цветные (рубиновые) стёкла, эмали, драгоценные и полудрагоценные камни – минералы (рис. 19), металлические сплавы, золи золота в стекле, пластмассы

Необходимое условие образования дисперсной системы – ограниченная растворимость вещества дисперсной фазы в дисперсионной среде. Системы Г – Г обычно не рассматриваются вследствие неограни-ченной взаимной растворимости газов. Однако и они в некоторых условиях (например, при высоком давлении) могут проявлять свойства гетерогенных систем благодаря флуктуации[14] плотности и концентрации, вызывающим появление неоднородности.


Рис. 17. Дисперсная система Г – Ж (мыльная пена)


Рис. 18. Дисперсная система Ж – Ж (битумно-водная эмульсия)


Рис. 19. Дисперсная система Т – Т (минерал агат)

Кроме приведённых в табл. 2 простых дисперсных систем могут быть и сложные, содержащие две, три и более дисперсных фаз или дисперсных сред. Например, система Т, Ж – Г содержит две дисперсные фазы и называется смогом[15] (рис. 20).


Рис. 20. Дисперсная система Т, Ж – Г (смог в Москве)

Изменение типа дисперсных систем может происходить в технологическом процессе. Так, при выпечке хлеба система Т – Г (мука) превращается в систему Г – Т (хлеб).

По степени взаимодействия дисперсной фазы и дисперсионной среды дисперсные системы делятся на два вида – лиофильные (гидрофильные) и лиофобные (гидрофобные).

Для лиофильных систем характерно сильное взаимодействие частиц дисперсной фазы и дисперсионной среды. Это приводит к образованию сольватных (гидратных) оболочек вокруг частиц дис­персной фазы и снижению свободной поверхностной энергии. По­этому они термодинамически устойчивы к агрегированию (укрупнению) частиц и характеризуются самопроизвольным диспергированием (измельчением).

В лиофобных системах наблюдается слабое взаимодействие частиц дисперсной фазы и дисперсионной среды. В них межмолекулярные связи на границе раздела фаз нескомпенсированы, и имеется большой избыток свободной поверхностной энергии. Такие системы термодинамически неустойчивы и требуют дополнительной стабилизации. Именно та­кой тип систем является наиболее распространённым.

По степени взаимодействия частиц дисперсной фазы дисперсные системы делят на два класса:

- свободнодисперсные, в которых частицы дисперсной фазы не связаны между собой и могут свободно перемещаться (аэрозоли, разбавленные суспензии и эмульсии, лиозоли);

- связнодисперсные, в которых одна из фаз структурно закреплена и не может перемещаться свободно (гели и студни, пены, твёрдые растворы).

Коллоидные системы

Коллоидные системы (или коллоиды) – разновидность гетерогенных дисперсных систем, характеризующиеся высокой степенью дисперсности, размеры частиц дисперсной фазы коллоидных систем 1-100 нм.

Коллоидные системы, дисперсионная среда которых жидкость, называется коллоидными растворами или золями (или лиозолями). Застывший золь, превратившийся в довольно плотную студнеобразную массу, называют гелем. В гелях дисперсная фаза образует пространственную структуру, в ячейках которой находится дисперсионная среда (газ или жидкость).

Если дисперсионной средой является вода, то коллоидные растворы называются гидрозолями, а гели – гидрогелями, если же дисперсионной средой являются органические жидкости, то соответственно они называются органозолями и органогелями.

Коллоиды, правильнее коллоидные системы (от греч. kolla – клей и eidos – вид) – дисперсные системы, промежуточные между истинными растворами и грубодисперсными системами − суспензиями и эмульсиями. Прежде коллоидами называли "клееподобные тела" (белок, крахмал, клей и пр.); термин устарел и применяется лишь для краткости. Гель (от лат. gelо – застываю) – дисперсная система, обладающая некоторыми свойствами твёрдых тел (способность сохранять форму, прочность, упругость); типичные гели имеют вид студенистых тел (например, желатиновый студень, столярный клей). Гидрозоль (от греч. hydōr – вода, влага и золь) – дисперсная система, состоящая из твёрдых частиц, взвешенных в воде. Органозоль (от греч. organikos – органический и золь) – дисперсная система, в которой растворителем служит органическая среда.

На рис. 21 представлены процессы обратимого превращения твёрдого коллоида в гель и золь.


Золь Гель Твёрдый коллоид

Рис. 21. Превращения твёрдого коллоида в гель и золь

( – частицы дисперсной фазы, ● – молекулы дисперсионной среды)

Многие осадки, образовавшиеся после длительного стояния, в результате коагуляции (слипания) лиофильных коллоидных растворов становятся гелями. Например, коллоиды метакремниевой кислоты H2SiO3 образуют гели с большим количеством воды. При высушивании этих гидрогелей получаются так называемые силикагели, которые являются хорошими адсорбентами (часто пакетики с ними вкладывают в новую обувь).

Нефтяные дисперсные системы (НДС) как объекты исследования характеризуются наличием частиц дисперсной фазы, дисперсионной среды и межфазной границей раздела фаз, а, следовательно, коллоидно-химическими свойствами – устойчивостью и реологическими свойствами.

1.Классификация ндс

Основными причинами существования дисперсной фазы в нефтяных системах являются межмолекулярные взаимодействия (ММВ) и фазовые переходы.

ММВ обусловливают склонность к ассоциации (от англ. associatioп ­объединение) углеводородных и неуглеводородных компонентов. Если наличие ММВ является достаточным условием формирования ассоциата (дисперсной частицы НДС), то необходимое условие его существования как единого целого заключается в превышении энергии ММВ над энергией теплового движения молекул:

где k - постоянная Больцмана.

При нормальных условиях энергия теплового движения составляет 3,5 кДж/моль и находится на уровне самых слабых взаимодействий в системе. Таким образом, в нефтяных системах есть реальные предпосылки для образования ассоциатов из углеводородных и неуглеводородных соединений.

Образование частиц дисперсной фазы происходит также при протекании фазовых переходов (плавление – кристаллизация, испарение – конденсация), составляющих физико-химическую суть многих нефтетехнологических процессов. Согласно теории фазовых переходов образование новой фазы происходит через стадии зарождения частиц критических размеров в исходной маточной среде и их последующего роста.

Основные признаки дисперсного состояния нефтяных систем: гетерогенность, дисперсность и степень межфазного взаимодействия на границе раздела фаз (лиофильность).

Классическим признаком любых дисперсных систем, в том числе нефтяного происхождения, служит обычно различие агрегатных состояний дисперсной фазы и дисперсионной среды, т.е. гетерогенность.

НДС, состоящие их двух фаз, по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды можно разделить на 8 типов (табл.1).

В большинстве случаев реальные нефтяные системы в процессах добычи, транспортировки, переработки и применения являются полигетерогенными, т.е. состоят из трех и более фаз. Например, нефть в процессе атмосферной перегонки представляет собой НДС с дисперсной фазой двух типов – газовой, возникающей за счет кипения низкокипящих компонентов, и твердой – из-за присутствия природных асфальтенов.

После подъема на поверхность нефть представляет собой «газированный» золь или суспензию, которая по достижении точки росы лишается диспергированной газовой фазы. Нефти, залегающие на больших глубинах (для вязких нефтей – порядка нескольких километров), находятся в стеклообразном состоянии геля. Этот факт может иметь важное значение при разработке в будущем сверхглубоких месторождений. В процессе транспортировки нефтяные и газоконденсатные системы представляет собой НДС, содержащие одновременно в диспергированном состоянии твердую и газовую фазы.

Классификация НДС по агрегатному состоянию

дисперсной фазы и дисперсионной среды

Масляные туманы, попутные газы

Твердые продукты неполного сгорания топлив в выхлопных газах, технический углерод

Газовые эмульсии, пены

Жидкие НДС в процессе нагревания или барботажа, масла в динамических условиях, битумные пены

Вода – нефть, растворы масляных фракций в селективных растворителях

Золи, гели, суспензии

Среднедистиллятные топлива, вакуумные газойли, масляные фракции, масла, нефтяные остатки (мазуты, гудроны, полугудроны), битумы, пеки

Твердые углеводороды, петролатум, гач

Твердые дисперсные структуры

Нефтяной кокс, углеродные волокна

В первой строке табл.1 приведен пример гомогенной системы, однако и в этой системе могут возникать гетерогенные образования из-за флуктуаций плотности газов. Например, флуктуации плотности появляются в газовых системах на начальных стадиях образования газовых гидратов.

Строки 2 и 3 характеризуют аэрозоли и туманы – НДС с газовой дисперсионной средой. Образование аэрозолей происходит в результате неполного сгорания компонентов топлив, которые обнаруживаются в выбросах выхлопных газов, а также неполного сгорания и пиролиза углеводородов при производстве сажи. Технический углерод (сажа) является ярким примером аэрозолей. Капельный унос жидкости в виде тумана может происходить при сепарации пенистых нефтей или при сбое технологического режима ректификационных колонн. Взвеси капель органических жидкостей в парах легколетучих компонентов обычно трудно поддаются улавливанию в технологических процессах и представляют собой экологическую опасность. Распыление масел является одним из способов создания так называемых масляных туманов – высокоэффективных смазочных материалов. Для попутных нефтяных газов всегда характерно образование туманов, дисперсной фазой которых является сама нефть.

Формирование газовых эмульсий, а иногда и пен (строка 4), происходит в технологических аппаратах при переработке нефти и газа или в трубопроводах, а также в пластовых условиях. Водно-нефтяные эмульсии, растворы масляных фракций в селективных растворителях (строка 6 табл.1) ­– классические примеры жидкостных эмульсий.

Наиболее многочисленный класс среди НДС с жидкой дисперсионной средой - это класс золей, гелей, суспензий (строка 6). К нему относятся практически все виды топлив, масел, природные нефти и битумы, остатки различного фракционного состава прямогонного и деструктивного происхождения.

Общей закономерностью является возрастание концентрации смолисто-асфальтеновых веществ (САВ) в нефтяных фракциях по мере увеличения температурных пределов их выкипания. Не удивительно, что дисперсное строение тяжелых фракций (битумов) было установлено более 100 лет назад Нелленштайном, в то время как коллоидное строение более легких дистиллятных топливных фракций установлено относительно недавно, благодаря применению метода электронной микроскопии высокого разрешения и криотехники.

Дисперсная фаза остаточных НДС деструктивного происхождения наряду с асфальтенами может быть представлена карбенами и карбоидами. Дисперсная фаза из карбенов и карбоидов, практически не растворимых в органических растворителях, образовалась за счет протекания химических термодеструктивных реакций. Такие дисперсии называют необратимыми в отличие от обратимых НДС (табл. 2.), дисперсность которых (дисперсная фаза – асфальтены) сильно зависит от состава дисперсионной среды.

Нефтяные золи – это малоконцентрированные (концентрация дисперсной фазы не более нескольких %) НДС коллоидного интервала дисперсности. Примерами НДС, в которых частицы обособлены и находятся в свободнодисперсном состоянии, могут служить легкие нативные нефти, среднедистиллятные топлива, масла.

Связнодисперсные нефтяные системы типа золей с высокой концентрацией дисперсной фазы принято называть гелями. К ним относят, в частности, при нормальных условиях высоковязкие нефти, природные битумы и некоторые виды окисленных битумов. В состояние геля можно перевести при охлаждении обычные нефти. К этой же группе относятся гели для гидроразрыва пласта, при этом их дисперсная фаза может быть представлена природными олигомерами – полисахаридами.

Нефтяные суспензии – это средне- и грубодисперсные НДС. Примерами суспензий в свободнодисперсном состоянии являются нефти, содержащие кроме диспергированных асфальтенов парафиновые частицы; НДС, образующиеся в процессе деасфальтизации гудронов, выделения асфальтенов из нефтяных остатков по Маркуссону и т.д.

Самыми типичными представителями твердых НДС (строки 7-9) являются многочисленные разновидности нефтяного углерода. Нефтяной углерод содержит дисперсную фазу в газообразном и твердом состояниях, соответственно его одновременно можно считать отвержденной пеной с фиксированной внутренней пористостью и твердой дисперсной структурой с различной степенью анизотропности (различие физических свойств частиц в двух взаимно перпендикулярных направлениях) дисперсных частиц в изотропной дисперсионной среде.

Получаемые из нефтяных фракций твердые углеводороды (парафины, церезины), а также подвергаемые обезмасливанию петролатумы и гачи представляют собой твердые эмульсии (строка 8).

Основные типы и состав частиц дисперсной фазы в различных НДС представлены в табл.2.

Другой признак классификации НДС – по степени дисперсности D (величина, обратная размеру частиц r).

Общепринятым является положение о том, что верхним пределом коллоидной степени дисперсности является такой размер частиц, при котором сохраняется понятие о фазе и система остается гетерогенной. Наименьшая дисперсная частица из низкомолекулярных соединений должна включать не менее 20-30 молекул с размером 1-6 нм. По общепринятой классификации высокодисперсные частицы с размерами от 1-6 нм до 1000-5000 нм, способные участвовать в броуновском движении, относятся к коллоидным.

Верхний предел размера грубодисперсных частиц определяется их склонностью к седиментации в разбавленных НДС и составляет 50-100 мкм. По дисперсности разбавленные (объемная концентрация дисперсной фазы φ составляет до 1%) свободно-дисперсные нефтяные системы подразделяют на три основные группы: ультрамикрогетерогенные (размер наночастиц от 1 до 100 нм); микрогетерогенные (размер частиц от 100 до 10000 нм) и грубодисперсные (размер частиц > 10000 нм).

Основные типы и состав частиц дисперсной фазы в различных НДС

Пример готового реферата по предмету: Химия

Содержание

1. Краткие сведения о составе и некоторых свойствах нефтей по пути от скважины до НПЗ

2. Основные методические подходы к исследованию нефтяных систем

3. Нефтяные дисперсные системы

Выдержка из текста

Облака относятся к дисперсным системам типа Т,Ж/Г и представляют собой взвешенные в воздушной среде капли и кристаллы воды. Образование капель в облаках происходит в результате конденсации паров, когда молекулы воды укрупняются до размеров частиц дисперсных систем. Дисперсионной средой является вода, содержащая яичный желток, уксус, горчицу, сахар, специи.

…По Ребиндеру, структурно-механический барьер возникает при адсорбции молекул ПАВ, которые способны к образованию гелеобразного структурированного слоя на межфазной границе, хотя, возможно, и не обладают высокой поверхностной активностью по отношению к данной границе раздела фаз. Этот слой подобен трехмерной структуре, то есть гелю, который может возникать в растворах некоторых веществ при достаточной их…

Все эти слои особым образом, каждый по-своему, в зависимости от имеющихся у них ресурсов, воздействуют и изменяют сущность и функционирование социальных институтов, относящихся к избирательному процессу.

Методологической базой исследования стали исследования А.И. Ревякина в области русской драматургии, в частности, жанрового своеобразия в пьесах А.Н. Островского; глубокий анализ драматургической структуры «Бесприданницы» Б. Костелянец; уникальные исследования Е.Г. Холодова, В.Я. Лакшина, А. Анастасьева по истории создания и характере героев пьесы «Гроза».

Их ядро в конденсированной фазе составляют структурированные молекулы асфальтенов и более высокомолекулярных соединений, сольватная оболочка формируется из компонентов дисперсионной среды, обладающих наиболее высокой поверхностной активностью.Целью настоящей работы является изучение нефти как дисперсной системы.

…Скорость осаждения частиц можно повысить, если заменить седиментацию в поле тяжести центрифугированием. Таким путем удается определить размеры коллоидных частиц и добиться оседания макромолекул. Если скорость движения частиц в радиальном направлении мала, что практически всегда достигается выбором угловой скорости центрифуги в зависимости от размеров частиц, то выполняется равенство…

2. Адсорбция происходит не на всей поверхности адсорбента, а на активных центрах, которыми являются выступы либо впадины на поверхности адсорбента, характеризующиеся наличием так называемых свободных валентностей. Активные центры считаются независимыми (то есть один активный центр не влияет на адсорбционную способность других), и тождественными…

Расклинивающие давление зависит от толщины слоя жидкости. В слое воды, заключенном между двумя поверхностями слюды, расклинивающее давление равно

43. Па при толщине слоя 1 мкм. С уменьшением толщины слоя воды до 0,04 мкм расклинивающее давление резко увеличивается и составляет уже 1,88.104 Па…

При движении жидкости относительно твердой поверхности на границе адсорбционной и диффузионной частей двойного слоя возникает разность потенциалов, называемая электрокинетическим потенциалом или дзета-потенциалом (ζ-потенциал).

Дзета-потенциал — важнейшая характеристика ДЭС, он определяет возможность и скорость относительного перемещения дисперсной фазы и дисперсионной среды, интенсивность электрокинетических явлений, устойчивость золей и разрушение дисперсных систем электролитами.

…Электрические свойства аэрозолей принципиально отличаются от электрических свойств золей и суспензий. Для систем типа Т/Ж электрический заряд возникает в результате взаимодействия между частицами дисперсной фазы и дисперсионной средой. При этом образуется двойной электрический слой, происходит компенсация заряда частиц, а между сблизившимися частицами возникает электростатическая сила отталкивания…

Под характером понимается совокупные постоянные устойчивые личностные особенности, которые проявляются в деятельности и общении, обуславливая привычные для человека способы поведения . Темперамент и характер имеют достаточно тесную связь между собой, зависят от психофизиологических особенностей организма и типов высшей нервной деятельности. Однако если темперамент изначально закреплен генетически и в процессе жизнедеятельности индивида в основном постоянен, то этого нельзя сказать о характере. Он формируется и изменяется на протяжении всей жизни человека. Свойства темперамента являются наследственными, поэтому чрезвычайно плохо поддаются изменению. Исходя из этого усилия человека должны быть направлены, прежде всего, не на изменение, а на выявление и осознание особенностей своего темперамента. Это позволит выявить способы деятельности, которые в наибольшей степени соответствуют его природным качествам, природному дарованию.

Несомненно, мир существует исключительно потому, что действия огромного числа людей согласуются, однако для этого им необходимо понимать, кто, что и когда предположительно должен делать. Первым условием организованной социальной жизни является наличие между людьми неких соглашений, которые принимают форму социальных ожиданий, выражаемых в нормах. Без норм, обусловливающих поведение, взаимодействия в социальной группе были бы невозможны. Мы бы лишились ориентиров, подсказывающих, что допустимо, а что выходит за рамки допустимого. Взаимодействие между людьми превратилось бы в настоящую проблему, потому что мы бы не знали, чего можно ожидать от других людей. С нормами принято связывать вознаграждение и наказание. В современном обществе государство выполняет роль механизма реализации большого количества норм – законов. Законы далеко не нейтральны: они, как правило, отражают интересы определенной группы и воплощают ее основные ценности.

Иᅟ этоᅟ вполнеᅟ оправданно,ᅟ еслиᅟ иметьᅟ вᅟ видуᅟ цель,ᅟ котораяᅟ стоитᅟ передᅟ человечествомᅟ последниеᅟ десятилетия,ᅟ —ᅟ этоᅟ выживание,ᅟ илиᅟ предотвращениеᅟ глобальнойᅟ термоядернойᅟ катастрофы.ᅟ Посколькуᅟ любоеᅟ вооруженноеᅟ столкновениеᅟ естьᅟ лишьᅟ крайнееᅟ выражениеᅟ политическогоᅟ конфликта,ᅟ егоᅟ высшаяᅟ стадия,ᅟ постолькуᅟ изучениеᅟ причинᅟ конфликтовᅟ иᅟ способовᅟ ихᅟ урегулирования,ᅟ особенноᅟ наᅟ техᅟ стадиях,ᅟ когдаᅟ этоᅟ ещеᅟ сравнительноᅟ легкоᅟ осуществить,ᅟ имеетᅟ неᅟ толькоᅟ теоретическое,ᅟ ноᅟ иᅟ огромноеᅟ практическоеᅟ значение.

До настоящего времени среди психологических концепций депрессии сохраняют актуальность три основные теоретические модели, к которым в той или иной степени тяготеет большинство эмпирических исследований: психоаналитическая, бихевиористская и когнитивная.

Список литературы

1. Петров А.А., Бальян А.Т., Трощенко А.В. Органическая химия. М. : Высшая школа, 2000.

2. Рябов В.Д. Химия нефти. М. :ГАНГ, 1998, 369 с.

3. Сафиева Р.З., Зиновьева Л.В., Янченко Е.Е., Борисова О.А. Методические указания по дисциплине «Химия нефти и газа» для студентов факультета разработки нефтяных и газовых месторождений, М.: РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 2002. 36 с.

4. Сафиева Р.З. Физикохимия нефти. М. : Химия, 1998. 448 с.

5. Левченко Д.Н., Бергштейн Н.В., Николаева Н.М. Технология обессоливания нефтей на нефтеперерабатывающих предприятиях. М.: Химия. 1985. 167с.

6. Зимон А.Д., Лещенко Н.Ф. Коллоидная химия. М.: Агар, 2003. 317 с.

7. Применение пенных систем в нефтегазодобыче/ В.А.Амиян, А.В.Амиян, Л. В.Казакевич, Е.Н. Бекиш. М. :Недра, 1987. 229 с.

8. Химия нефти и газа/ Богомолов А.И., Гайле А.А, Громова В.В. и др. Под ред. Проскурякова В.А., Драбкина А.Е. — СПб:Химия, 1995.- 448 с.

9. Эрих В.Н., Расина М.Г., Рудин М.Г. Химия и технология нефти и газа. 3-е изд. перераб. Л.: Химия, 1985. – 407 с.

10. Уильям Л. Леффлер. Переработка нефти М.: ЗАО «Олимп-бизнес», 1999. 224 с.

Понятие и определение

Дисперсные системы представляют собой гетерогенные структуры, внутри которых одно или более веществ распределяются в другом. Они никак не контактируют друг с другом, химические или иные реакции полностью отсутствуют. Нет и смешения. Фактически каждый элемент является самостоятельным, и если его извлечь, он сохраняет свое изначальное состояние.

То вещество, которого больше всего в соединении, называется дисперсной средой, второстепенное — фазой. Частицы между собой не взаимодействуют, даже имеется некая прослойка, которая разделяет их. Поэтому системы являются гетерогенными или неоднородными.

Примеры дисперсных систем встречаются в природе постоянно — морская вода, почва, большинство продуктов питания и т. д. Они могут иметь любое агрегатное состояние. Иногда в среде находится сразу несколько фаз. Тогда их выделяют с помощью центрифуги или методом сепарирования.

Классификация по агрегатному состоянию

Классификация дисперсных систем осуществляется в соответствии с агрегатными состояниями вещества. Их имеется три вида: жидкое, твердое и газообразное. Поэтому разделение происходит на 9 основных категорий, примеры и описание которых можно посмотреть в таблице ниже.

Вид Среда Фаза Пример
Газ х 2 Газ Газ Отсутствуют
Жидкость+газ Газ Жидкость Туман, облако
Твердое тело (далее ТТ)+газ Газ ТТ Дым, пыль
Газ+жидкость Жидкость Газ Любая пена
Жидкость х 2 Жидкость Жидкость Молоко
ТТ+жидкость Жидкость ТТ Известь, ил
Газ+ТТ ТТ Газ Пемза
Жидкость+твердое тело ТТ Жидкость Грунт
ТТ+ТТ ТТ ТТ Любые композиционные материалы, такие как бетон или цемент

Каждый тип классификации, в свою очередь, имеет свое название. К примеру, газообразные соединения называются преимущественно аэрозолями, за редким исключением. Жидкие вещества — газовые эмульсии или суспензии. Взаимодействия, когда средой является твердое тело, определяются, как сплавы, капиллярные системы или пористые субстанции.

Существующие виды

Фазные частицы могут взаимодействовать между собой. При этом среда остается стабильной, химические реакции с ней отсутствуют. В зависимости от типа интерактивности, формируются виды дисперсных систем:

  • Свободнодисперсные. Основное и главное свойство такой системы — текучесть. Поэтому сюда относят любые аэрозоли и растворы.
  • Связнодисперсные. Это твердые или полутвердые системы. К ним относятся все концентрированные пасы или аморфные вещества.

Некоторые субстанции могут быть одновременно двумя видами. Отдельные золи при нормальной температуре являются достаточно текучими, чтобы определить их, как свободнодисперсные. Однако, если градус уменьшается, молекулы соединяются друг с другом сильнее, приобретая характеристики твердого тела. Поэтому переходят в связнодисперсную форму.

Взвеси и их особенности

Те дисперсные системы, фазы в которых можно легко определить невооруженным глазом, называются взвесями. Их характерная черта — непрозрачность. Если необходимо отделить среду и второстепенное вещество, можно воспользоваться рядовыми фильтрами, или процедурой отстаивания. Категорию разделяют на несколько видов:

  • Эмульсии. В жидком агрегатном состоянии находится фаза и среда, они не взаимодействуют друг с другом и не растворяются. Многие получаются посредством гомогенизации. К ним относят большинство лекарственных препаратов или молоко.
  • Суспензии. Здесь средой является жидкость, а фазой — твердая структура. Получают посредством пересыпания в жидкость порошка. Структура получается текучая, т. к. фаза крайне мелкая. Если оставлять структуру в неподвижном состоянии, выпадает осадок. Почти все строительные растворы относятся к категории.
  • Аэрозоли. Взвесь в этом случае располагается в газе. Примеров множество, встречаются как в природе, так и в быту. Например, грозовые или обычные облака, туманы и некоторые виды осадков. Большинство химикатов, производимых для обработки сельскохозяйственных структур, тоже являются аэрозолями.

Взвеси важны в деятельности человека, равно как природных процессах. Почти все производство построено на применении растворов (удобрения, металлы, бумага и пр.). В окружающем мире естественные соединения с водой тоже встречаются постоянно, например, почвообразование или насыщение грунта полезными веществами. В жизнедеятельности всех живых существ они тоже принимают непосредственное участие.

Коллоидные системы

В отличие от взвесей, коллоидные системы невозможно разделить без использования современной техники или специальных препаратов. Без нужного инструмента и невооруженным глазом они выглядят, как однородная субстанция. Из-за этого определить дисперсность становится сложно. Подразделяются на два типа:

  • Растворы или золи. Главное свойство — прозрачность. Чтобы определить наличие дисперсности, можно пропустить сквозь жидкость направленный пучок света. Тогда появляется «дорожка». Фазные частицы отражают лучи, образуя таковую. В качестве примера можно рассмотреть крахмал, белки, клей, в человеческом организме — лимфа или кровь. Чтобы отделить среду и второстепенное вещество, задействуется техника. Даже при продолжительном отстаивании осадка не образуется.
  • Гели или студни. Это различные медицинские препараты, кондитерские кремы, желатин и многое другое. Многие изначально являются золями, затем переходят в новое состояние при понижении температуры. Отдельные преобразуются в эластичные твердые вещества, как пластилин или глина для лепки.

Если взвеси играют большую роль в природных процессах, то коллоидные системы являются неотъемлемой частью химии. Чаще всего они добываются посредством смешивания в специальном оборудовании. Без подобной структуры не удалось бы создать множество лекарственных препаратов, удобрений и других полезных материалов.

Высокомолекулярные вещества

Растворы высокомолекулярных веществ бывают двух видов: истинные и коллоидные. Все зависит от разных качеств, таких как тип фазы, среды, температуры и иных условий. У них есть ряд свойств:

  • Процессы смешения происходят естественно и крайне медленно.
  • Сначала происходит набухание, а затем смешивание.
  • Полимерные и истинные растворы отличаются существенно. Те законы, которые характерны для одних (Рауля, Вант-Гоффа), несвойственны другим.
  • По всей полученной субстанции свойства могут различаться из-за разного направления и/или размеров молекул.
  • Повышенная вязкость.

Отдельные полимерные растворы образуются самопроизвольно. Когда процесс набухания образуется неорганическим способом, дисперсная система перестает существовать, поскольку фаза полностью растворяется в среде, образуется химическая реакция. Если же он органический, то появляется студень.

Ключевые свойства

Свойства дисперсных систем определяются по одному основному фактору — при их возникновении образуется четкая межфазная граница. Также появляется некоторое значение поверхностной энергии, которая не комбинируется, рассматривается в отдельном порядке по отношению к среде и фазе.

В природе и продуктах жизнедеятельности человека встречаются грубодисперсные системы. Здесь фазу и среду легко можно отличить под стандартным микроскопом, а то и вовсе невооруженным глазом. Но если рассматривать ее в целом, то она представляет собой сложную совокупность коллоидных веществ.

В свою очередь, тонкодисперсные системы являются настолько мелкими, что рассмотреть их можно только в специальный ультразвуковой микроскоп. В некоторых случаях даже при направленном в жидкость луче не появляется характерной «дорожки». Несмотря на существенные различия, свойства везде одинаковы. Они зависят от таких показателей, как:

  • Степень (количество фаз).
  • Молекулярный вес.
  • Размеры частиц.
  • Агрегатное состояние.
  • Лиофобная/лиофильная группа.

В жизни человека рассматриваемые системы встречаются постоянно. Такое явление может быть как природным и естественным, так и выводимым в искусственном виде. Многочисленные лекарственные смеси, различные минеральные или химические удобрения, а также производственные процессы построены на дисперсности.

Читайте также: