Cтраница 3
Одним из требований, предъявляемых к деэмульгаторам, является способность проникать ( выходить) на поверхность раздела фаз нефть-вода и снижать поверхностное натяжение, что характеризуется как его поверхностная активность. В практике добычи и подготовки нефти межфазное натяжение на границе нефть-вода определяет дисперсность воды в нефти, характер эмульсии, процессы коалесценции капель. [31]
Зависимость показателя полидисперсности бисера F, определяемого из интегральных кривых распределения бисера по размерам [160], от концентрации стабилизатора любого типа имеет экстремальный характер. В интервале сильной стабилизации полидисперсность бисера практически совпадает с полидисперсностью исходной эмульсии мономера. В переходном интервале ( III) процессы коалесценции полимеризующихся капель начинают преобладать над процессами диспергирования ( эта тенденция наиболее выра-жена для крупных капель), и показатель полидисперсности при уменьшении концентрации стабилизатора заметно возрастает. При дальнейшем уменьшении концентрации стабилизатора ( интервал / /) уже и мелкие капли участвуют в актах коалесценции, что вызывает понижение показателя полидисперсности. [32]
Небольшая разность плотностей капель и окружающей их жидкости, а также малые размеры капель в эмульсии приводят к малым скоростям осаждения капель в поле силы тяжести. Поэтому основная проблема при сепарации эмульсий состоит в увеличении размера капель. Эта проблема может быть разрешена путем интенсификации процесса коалесценции капель. Факторами, влияющими на скорость укрупнения капель, являются применение электрического поля и турбулизация потока. Прежде чем переходить к исследованию этих воздействий, рассмотрим в общих чертах процесс коалесценции капель в эмульсии. [33]
Следует различать сетчатые конденсационные структуры первого рода и ячеистые конденсационные структуры второго рода. Вначале из мета-стабильного раствора выделяются капельки более концентрированного раствора. В этот момент система по существу представляет собой эмульсию первого рода. В ней протекают процессы коалесценции коацерватных капель, приводящие к их укрупнению, а также приближения концентации к равновесной ( еще более высокой), сопровождающиеся утратой текучести. Частичное срастание с одновременным отвердеванием капель приводит к образованию гроздевидных или сетчатых агрегатов - флокул. В том случае, когда концентрация исходного раствора достаточно высока, срастание завершается возникновением непрерывных пространственных сеток-конденсационных структур первого рода. [34]
Большинство процессов протекает в гетерогенных системах, имеющих поверхность раздела несмешивающихся фаз. Свойства поверхностей и взаимодействие на их границе часто определяют многие технологические показатели процесса. В частности, от величины поверхностного натяжения на границе штейн-шлак зависят размеры устойчивого зародыша и процесс коалесценции капель в расплавах, смачивание шлаков, флюсов и огнеупоров, а вместе с этим и кинетика взаимодействия шлаков с флюсом, пропитка и разрушение огнеупоров. Поверхностные свойства в значительной степени влияют на скорость большинства термотехнологических процессов, вспенивание шлаковых расплавов и выделение газов и металлов. [35]
Задача о взаимодействии двух проводящих сфероидов во внешнем электрическом поле, к которой сводится задача о взаимодействии пары капель, рассматривалась еще Пуассоном. Все полученные ранее решения относятся к различным частным случаям, которые не позволяют полностью исследовать процесс коалесценции капель в электрическом поле. В 1964 г. полное решение было получено М. Г. Девисом [ 156L Однако, несмотря на то, что в работе приведены конечные выражения для сил взаимодействия частиц, отсутствие расшифровки коэффициентов, входящих в эти выражения, затрудняет использование его результатов. [36]
Расход пресной воды в значительной степени зависит от интенсивного и длительного перемешивается ее с капельками пластовой воды. Иногда для этих целей используют центробежные насосы. Степень интенсивности и длительности в каждом случае необходимо устанавливать практически, так как иногда можно получить при этом новую эмульсию весьма стойкую, трудно поддающуюся разрушению. Поэтому установки по обессоливанию нефти должны иметь резерв мощности. Процессы коалесценции капель воды значительно ускоряются под воздействием электрического поля высокого напряжения. Кроме того, электрическое поле способствует более равномерному распределению и сближению капель пресной и соленой воды. Поэтому процессы обессоливания нефтей осуществляют, как правило, с применением электрического поля, увеличивающего пропускную способность установки. [37]
Аи - снижение поверхностного натяжения; т ] - вязкость пленки; р - плотность; г г ( - текущий и начальный радиусы пленки, что дает время растекания капель нефти диаметром менее 200 мкм по поверхности воды не более 0 01 сек. Таким образом, ВЖК характеризуется исключительно временем утончения пленки дисперсионной среды. Именно в этом и проявляется значительная разница ВЖК на границах вода-нефть и вода-газ, поскольку для выполнения условия сг 2) сг13 0 23, где а - величина межфазного натяжения, а индексами 1, 2, 3, обозначены соответственно вода, газ, нефть, необходимо непрерывное обновление границы вода-газ и при этом не успевает завершиться образование на ней устойчивых защитных слоев: адсорбционно-сольватных, ПАВ, механических - любых, препятствующих коалесценции. Поэтому при взаимодействии со свежей границей защитный ( бронирующий) слой имеется только на капле, что и определяет меньшее ВЖК. Путем стробоскопической фотосъемки процесса коалесценции капель нефти диаметром 400 - 600 мкм на плоской границе были получены ВЖК: на границе дистиллированная вода-газ 0 3 - 0 8 сек. В работе [236] для капель нефти диаметром 50 мкм рассмотрена стробограмма - фотография затемненного объекта при большой выдержке и импульсном освещении. При определении ВЖК капель на непрерывно образующейся границе раздела вода-газ фокальная плоскость объектива, снимающего аппарата была настроена непосредственно на границу раздела. Поэтому капля до выхода на границу имеет нечеткие очертания. ВЖК определяется временным отрезком, с четким изображением контуров капель. На стробограмме отчетливо виден процесс ступенчатой коалесценции капли в условиях ограниченной поверхности растекания. В конце процесса остается маленькая капля. [38]
Небольшая разность плотностей капель и окружающей их жидкости, а также малые размеры капель в эмульсии приводят к малым скоростям осаждения капель в поле силы тяжести. Поэтому основная проблема при сепарации эмульсий состоит в увеличении размера капель. Эта проблема может быть разрешена путем интенсификации процесса коалесценции капель. Факторами, влияющими на скорость укрупнения капель, являются применение электрического поля и турбулизация потока. Прежде чем переходить к исследованию этих воздействий, рассмотрим в общих чертах процесс коалесценции капель в эмульсии. [39]
Силы притяжения, обусловливающие слияние двух коллоидных частиц, становится преобладающим на расстояниях, намного больших размеров частиц, так что коллоидные частицы можно считать в гидродинамическом смысле не взаимодействующими. Напротив, дисперсная фаза в эмульсиях представляет собой молекулярногладкие сферические капли размером от нескольких долей микрона и более, и при их сближении существенными становятся силы гидродинамического взаимодействия, препятствующие коагуляции. Как правило, капли можно считать жесткими недеформируемыми сферами, поскольку их поверхность стабилизирована поверхностно-активными веществами. При сближении таких сфер и выдавливании слоя жидкости между ними появляется тормозящая сила, пропорциональная скорости сближения капель и обратно пропорциональная расстоянию между их поверхностями. В результате сближение капель под действием конечной силы происходит за бесконечное время. Отсюда следует, что процесс коалесценции капель требует наличия силы притяжения, растущей до бесконечности при сближении капель, а любая теория коагуляции требует совместного учета сил притяжения капель и гидродинамических сил. [40]
Во время выдержки происходят процессы коагуляции капель воды, и более крупные и тяжелые капли воды под действием сил тяжести ( гравитации) оседают на дно резервуара, где и скапливаются в виде слоя подтоварной воды. Однако гравитационный процесс отстоя холодной нефти - малопроизводительный и недостаточно эффективный метод обезвоживания нефти. Более эффективен горячий отстой обводненной нефти, когда за счет предварительного нагрева нефти до температуры 50 - 70 С значительно облегчаются процессы коагуляции капель воды и ускоряется обезвоживание нефти при отстое. Общим недостатком гравитационных методов обезвоживания является его малая эффективность. Поэтому при подготовке нефти применяют такие более эффективные методы, как химические и термохимические, а также электрообезвоживание и обессоливание. При химических методах в обводненную нефть вводят специальные вещества, называемые деэмульгаторами. Обычно в качестве деэмуль-гаторов используют ПАВ. Их вводят в состав нефти в небольших количествах - от 5 - 10 до 50 - 60 г на 1 т нефти. Наилучшие результаты показывают так называемые неионогенные ПАВ, которые в нефти не распадаются на анионы и катионы. Это такие вещества, как дисолваны, сепаролы, дипроаксимины и др. Деэмульгаторы адсорбируются на поверхности раздела фаз нефть - вода и вытесняют или замещают менее поверхностно-активные природные эмульгаторы, содержащиеся в жидкости. Причем пленка, образующаяся на поверхности капель воды, непрочная, что облегчает слияние мелких капель в крупные, т.е. процесс коалесценции. Крупные капли влаги легко оседают на дно резервуара. Эффективность и скорость химического обезвоживания значительно повышаются за счет нагрева нефти, т.е. при термохимических методах, за счет снижения вязкости нефти при нагреве и облегчения процесса коалесценции капель воды. Наиболее низкое остаточное содержание воды достигается при использовании электрических методов обезвоживания и обессоливания. Для повышения скорости электрообезвоживания и электро-обессоливанйя нефть предварительно подогревают до температуры 50 - 70 С. При прохождении обезвоженной нефти через электрическое поле высокого напряжения капли воды поляризуются, т.е. вытягиваются в длину и по краям капель формируются противоположные электрические заряды. Поляризация капель воды способствует объединению мелких капель в крупные и ускорению их выделения из нефти. [41]