ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА им. И. М. ГУБКИНА
Кафедра физической и коллоидной химии
В. М. ВИНОГРАДОВ, В. А. ВИНОКУРОВ
ОБРАЗОВАНИЕ, СВОЙСТВА И МЕТОДЫ РАЗРУШЕНИЯ НЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ
Методические указания по теме «Нефтяные эмульсии»
курс «Физическая и коллоидная химия» для направления 130500 «Нефтегазовое дело» специальность 130503 «Разработка нефтяных и газовых месторождений»
Москва 2007
УДК 541.18
Виноградов В.М., Винокуров В.А.
Образование, свойства и методы разрушения нефтяных эмульсий: Метод.указ. — М.: ФГУП «Нефть и газ», РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2007.-31 с.
Методические указания содержат описание специфических свойств и особенно методов разрушения, присущих и применяемых только для нефтяных эмульсий.
Предназначены для самостоятельной работы студентов, обучающихся по направлению 130500 «Нефтегазовое дело», специальности 130503 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений» при подготовке к сдаче коллоквиумов в лабораторном практикуме, а также при подготовке к зачету по курсу «Физическая и коллоидная химия».
Работа рекомендована к изданию решением учебно-методической комиссии факультета химической технологии и экологии.
Рецензент — профессор Б, П. Туманян
© Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина, 2007.
Глава I. Общая характеристика эмульсий
В простейшем случае эмульсия представляет собой полидисперсную систему, состоящую из двух взаимно нерастворимых или слаборастворимых друг в друге жидкостей, образующих две фазы.
Непрерывная (внешняя, сплошная) фаза образует дисперсионную среду, а диспергированная в ней жидкость образует дисперсную (внутреннюю) фазу. Характерной особенностью типичных эмульсий является сферическая форма частиц (капелек, глобул) дисперсной фазы, так как такая форма имеет наименьшую поверхность и наименьшую свободную энергию.
§ 1. Типы эмульсий
По характеру дисперсной фазы и дисперсионной среды различают два типа эмульсий: масло в воде (М/В) — эмульсии первого рода, или прямые, и вода в масле (В/М) — эмульсии второго рода, или обратные. Под маслом и водой понимаются неполярная и полярная жидкости соответственно, независимо от их истинной природы.
По концентрации дисперсной фазы эмульсии делят на разбавленные, концентрированные и высококонцентрированные, или желатинированные.
К разбавленным эмульсиям обычно относят такие эмульсии, содержание дисперсной фазы в которых не превышаетет 1%. Однако этот предел весьма условен, так как к разбавленным эмульсиям относят не просто эмульсии с малой концентрацией дисперсной фазы, а системы, характеризующиеся определенными свойствами (рис.1).
Во-первых, разбавленные эмульсии — это наиболее высокодисперсные системы, размер крпель которых близок к коллоидной степени дисперсности (порядка 105 см).
Во-вторых, разбавленные эмульсии являются кинетически устойчивыми системами, не требующими введения стабилизаторов, которые в этом случае носят название эмульгаторов. Частицы таких эмульсий несут на себе электрический заряд, возникающий и peзультaтe адсорбции ионов неорганических электролитов, присутствующих иногда в ничтожных количествах. И, наконец, установлено подчинение этих эмульсий правилу Шульце-Гарди.
К концентрированным эмульсиям обычно относят эмульсии, содержание дисперсной фазы в которых может достигать 74% объемных (рис.2). Эта концентрация дисперсной фазы выбрана предельной потому, что в случае монодисперсной эмульсии она соответствует максимально возможному объемному содержанию недеформированных сферических частиц, независимо от их размера.
Рис. 1 Рис. 2 Рис. 3
Для полидисперсных эмульсий указанный предел, конечно, является условным, так как в таких эмульсиях маленькие капельки могут размещаться между большими (рис.3). Размер капелек дисперсной фазы концентрированных эмульсий, как правило, относительно велик, достигает 0,1 -1 мкм и выше. Поэтому эмульсии можно наблюдать с помощью обычного оптического микроскопа, разрешающая способность которого позволяет видеть такие частицы. Концентрированные эмульсии легко разделяются на составляющие их фазы, причем это разделение происходит тем легче, чем больше разница между плотностями дисперсной фазы и дисперсионной среды и ниже вязкость последней.
К высококонцентрированным эмульсиям обычно относят эмульсии, содержащие более 74% объемных дисперсной фазы. Характерной особенностью этих эмульсий является взаимное деформирование капелек дисперсной фазы, в результате чего они принимают форму неправильных многогранников, разделенных тонкими пленками, прослойками дисперсионной среды (рис.4). Такие эмульсии обладают свойствами, сходными со свойствами гелей. По этой причине их иногда называют желатинированными (например, эмульсии, содержащие 95% дисперсной фазы можно резать ножом).
Рис. 4 Рис. 5
От типичных лиофобных эмульсий, которые были рассмотрены выше, отличают лиофильные эмульсии или так называемые кpumuческие эмульсии. Лиофобными (в частном случае, гидрофобными) называются такие дисперсные системы, дисперсная фаза которых не способна к молекулярному взаимодействию с дисперсионной средой и не может растворяться в последней. Лиофильными (гидрофильными) называются дисперсные системы, дисперсная фаза которых мо-лекулярно взаимодействует с дисперсионной средой и способна в ней растворяться. Эмульсии, образующиеся из двух ограниченно растворимых жидкостей (например, анилин и вода, изоамиловый спирт и вода) при температурах, близких к критическим температурам растворения, когда поверхностное натяжение на границе раздела фаз становится весьма малым и когда теплового движения уже достаточно для самопроизвольного диспергирования одной жидкости в другой, называют лиофильными. В результате такого самопроизвольного диспергирования образуется высокодисперсная эмульсия, в которой стремление отдельных капелек к коалесценции (слиянию) уравновешивается стремлением обеих жидкостей равномерно распределиться в объеме. Предельный случай лиофильных систем соответствует безграничной растворимости жидкостей друг в друге, когда поверхностное натяжение обращается в нуль, то есть происходит образование однофазной системы — истинного раствора.