Способ определения дисперсного состава эмульсий
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК ае сю
С 01 N 15/04-ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
7я i
Я
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ /
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ хлороформом при следующем соотношении компонентов, об.Ж:
Толуол 80-95
Хлороформ 5-20, а размер частиц дисперсной фазы определяют по зависимости (2) Ц сP 11! 8 ддкс с где г ; ср
И 484451, кл. G 01 N 27/02, 1965. 2. Сбор, подготовка и транспорт нефти и воды. Труды ВНИИСПТнефть, Вып. 19, Уфа, 1977, с. 166-176 (прототип) . (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИСПЕРСНОГО СОСТАВА ЭМУЛЬСИЙ, заключающийся в том, что в сосуд с эмульсией наливают экстрагент дисперсной фазы, удельный вес которого не превышает удельный вес эмульсии, и через заданные промежутки времени анализируют экстракт на содержание в нем растворенной дисперсной фазы, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и чувствительности определения, содержание дисперсной фазы в экстракте измеряют диэлькометрически по приращению тангенса угла диэлектрических потерь экстракта, при этом в качестве экстрагента используют смесь толуола с размер частиц дисперсной фазы 1 -й фракции в выбранном интервале времени м значения тангенса угла диэлектрических потерь «-й фракции в выбранном интервале времени 1 -Е1, максимальное значение тангенса угла диэлектрических потерь экстракта; высота столба исследуемой эмульсии в датчике (от дна датчика до границы экстрагента), м; общее время накопления «-й фракции в выбранном интервале времени, с; коэффициент, учитывающий условия всплытия дисперсной фазы в исследуемой эмульсии. 1 309 Изобретение относится к контроль но-измерительной технике, прецназначено для контроля качества эмульсий прямого типа, например нефть в воде, .и может быть использовано в нефтяной, нефтеперерабатывающей, химической промышленности при оценке эффективности работы аппаратов по очистке сточнь»х воде Известен способ определения сред- 1О se2"o размера капель (дисперсности) эмульсий Д путем иэмереиии исэффициента поглощения ультразвука эмульсий, концентрации дисперсной фазы и электропроводноЕти эмульсий, по вели нне которой судят о типе эмульсии, а искомую величину определяют по формуле 1Р=b(gfa- о -kg(»--à)), Щ РО где > - средний размер капель; Ж, — коэффициент поглощения ультразвука в эмульсии; Жо — коэффициент поглощения уль гразвука в дисперсной среде; с — концентрация дисперсной фазьц а, Ь вЂ” коэффициенты, зависящие от природы вещества дисперсной фазы, дисперсной среды и ти- ЗО па эмульсии, Основной недостаток этого способа заключается в том, что ультразвуковые спектры поглощения характерны лишь для определенных типов соединений (ароматических и диеновых), тогда как для насыщенных углеводородов (парафиновых и нафтеновых) отсутствует углеводородное поглощение. Кроме того, определение большого »О числа измеряемых параметров вносит существенную погрешность в опреде= ление среднего размера капель эмульсий, Аппаратурное оформление слишком громоздко„ сложно и дорогостоящее. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения,цисперсного ссстава эмульсий, заключающийся в том, ь что B сосуд с эмульсией наливают 56 экстрагент цисперсной фазы, удельный вес которого не превышает удельный вес эмульсии, и через заданные промежутки времени анализируют экстракт . ча содержание в нем растворенной Ы Ф дисперсной фазы. Определение содержания дисперсной фазы производят фотоколометрическим измерением оптичесразмер частиц дисперсной фазы » -й фракции в выбранном интервале времени 1 -»1, м„ ug g » - значения тангенса угла диэлектрических потерь » --й фракции, соответстМ вующие времени 1 - » max — максимальное значение тангенса угла диэлектрических потерь экстракта; Н вЂ” высота столба жидкости исследуемой эмульсии в ГдЕ (ее ср кой плотности экстракта всплывшей нефти (2) . Яедостатками указанного способа являются многостадийность, длительность, трудоемкость анализа. Кроме того, фотсцсолориметрическс:е определение оптической плотности зкстрагируе-! мых проб эмульсии не позволяет определить концентрацию светлых неокрашенных фракций нефти и нефтепродуктов, а при значительной концентрации продукта в воде определение оптической плотности требует многократного разбавления экстрагируемой прс::..:.ы. Значителен расход экстрагирующего растворителя; так как для определения дисперсного состава эмульсии требуется не менее 4-5 цилиндров Спильнера. Цель изобретения — повышение точности и чувствительности определения. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения дисперсного состава эмульсий, заключающемуся в том, что в сосуд с эмульсией наливают экстрагент дй»сперсной фазы, удельный вес которого не превышает удельный вес эмульсии, и через заданные промежутки времени анализируют экстрагент на содержание в нем дисперсной фазы, содержание днсперсной фазы в экстракте измеряют диэлькометрически по приращению тангенса угла диэлектрических потерь экстракта, при этом в качестве экстрагента используют смесь толуола с хлороформом при следующем соотношении компонентов, об.X". Толуол 80-95 Хлороформ 5-20, а размер частиц дисперсной фазы определяют по зависимости / 2 » ГЙ 38 k =23,3 3 1092 датчике (от дна датчика до границы экстрагента), Ml tq — общее время накопления 1 -й фракции в выбранном интервале времени, с; К - коэффициент, учитывающий условия всплытия дисперс-. ной фазы в исследуемой эмульсии. 10 Коэффициент К определяют из соотношения C )g где 23,3 - коэффициент пропорционапь. ности, учитывающий форму дисперсно% фазы, ее диэлектрические свойства и: наличие ПАВ; Э вЂ” кинематическая вязкость исследуемой эмульсии, м с 1 - плотность исследуемой 25 эмульсии, кг/м; D u d — плотность дисперсионной среды и дисперсной фазы соответственно, кг/м — ускорение свободного лам 30 дения, — у Экспериментально установлено (фиг.3), что зависимость тангенса угла диэлектрических потерь .экстракта эмульгираванной нефти во времени 35 соответствует ходу кривой накопления седиментационного анализа указанных эмульсий. Последний обычно обрабатывается методом касательных построений. Установлено, что отрезки между 40 касательными в выбранном интервале времени (4g- q) соответствуют накоплению дисперсной фазы, фиксируемой приращением тангенса угла диэлектрических потерь, т.е. показаниями 4S kg5q иЯ 8„. Приращение тангенса угла диэлектрических потерь происходит за счет того, что тангенс угла диэлектрических потерь экстракта и всплывшей дис-50 персиой фазы (эмульгированной нефти) сильно отличаются друг от друга. Введение в толуол небольших количеств низкомолекулярных полярных веществ, например хлорофорМа, обуслов- у ливает поляризуемость смеси, что увеличивает разрешающую способность измерителя. В количественном отношении исходят из того, чтобы удельный вес экстракта не превышал удельный вес исследуемой эмульсии. На фиг.1 схематическй изображена блок-схема установки для измерения приращения тангенса угла диэлектрических потерь экстракта дисперсной фазы исследуемого продукта. Установка дпя измерения приращения тангенса угла диэлектрических потерь (коэффициента поглощения) 1 содержит ячейку 1, выполненную из любого материала — стеклянно.о, меI таллического, диэлектрика, в кОто-. рую наливают исследуемую эмульсию 2, а сверху - органический растворитель (экстракт) 3; крышку 4, перемешивающее устройство 5, лопасть которого опускается в экстракт так, чтобьг она не касалась нижней границей раздела двух фаз исследуемая эмульсия— экстракт; электроды 6, которые расположены в экстрагирующей среде; в крышке имеется отверстие 7 для заливки эмульсии и экстракта; измеритель тангенса угла диэлектрических потерь 8 и записывающее устройство 9. На фиг. 2 даны сравнительные зависимости приращения угла диэлектрических потерь во времени в зависимости от соотношения экстрагирующей смеси толуол: хлороформ, кривая 10— (100:О), кривая 11 — (95:5), кривая 12 - (90: 10), кривая 13 — (80:20); на фиг.3 — кривая накопления, разделенная касательными на ряд фракций; на фиг.4 — кривая распределения; на фиг.5 — дифференциальная кривая распределения. Способ определения дисперсного состава эмульсий реализуется следующим образом. Подготавливают измерительную систему для замера дисперсности эмульсии, для чего устанавливают мешалку так, чтобы ее лопасть располагалась s ячейке несколько выше предполагаемой границы раздела фаэ исследуемая эмульсия — растворитель. Опускают электроды в ячейку так, чтобы они не касались оси мешалки и быпи также несколько выше предполагаемой границы раздела двух фаз эмульсия — растворитель. Подключают электроды к высокочувствительФэму мосту измерителя емкости для тангенса угла диэлектрических потерь. Затем заливают в ячейку в определенном весовом или 1092385 объемном количестве исследуемую эмульсию, а потом экстракт (смесь толуола с хлороформом) в соотношении; экстракт 10: 1. Включают мешалку (для равномерного перемешивания всплывшей дисперсной фазы в экстракт), измеритель тангенса угла потерь и секундомер или записывающее устройство. За . счет того, что дисперсная фаза легче воды, глабулы нефти всплывают наверх fO в зависимости от размера и растворяются в растворителе. Приращение содержания нефтяной взвеси в растворителе во времени вызывает изменение тангенса угла диэлектрических потерь. 15 Измерение заканчивают, когда приращение тангенса угла диэлектрических потерь прекращается, что свидетельствует о переходе всей нефти из эмульсии в растворитель. Строим кривую 2б накопЛения — приращение тангенса угла диэлектрических потерь во времени (фиг.2). По полученной кривой изменения тангенса угла диэлектрических потерь 25 во времени Р3 =1(t) и по значениям среднего размера радиуса Р „ для -й фракции, который определяется . по формуле (2), строят кривую распределения )ted 3 Jt =6 g частиц дис- 30 персной фазы по размерам (фиг.5). Пример. Определение дисперсного состава эмульгированной нефти в сточной воде проводят на модельной эмульсии: дисперсная среда — искусственная минерализованная вода (раствор КаС() плотностью 1 7 г/см, дисперсная фаза — девонская нефть Сергеевского месторождения плотностью 0,850 г/см, плотность модельной щ эмульсии 1р1б9 г/см, кинематическая вязкость модельной эмульсии 0,0143 ст. Эмульсию готовят при числе оборотов мешалки И = 2900 об/мин, время перемешивания 5 мин при содержании реагента деэмульгаторов 4411 из расчета 20 г/т. Подготавливают измерительную схему. к измерению — устанавливают мешалку и электроды до определенной метки измерительной ячейки (несколько выше предполагаемой поверхности эмульсии)0 подключают электроды к измерителю емкости типа Р 589 в автоматическом режиме измерения. Наливают в ячейку 440 мл приготовленной эмульсии, сверху наливают органический растворитель толуол: хлороформ в соотношении 95:5 (47,5 мл толуола и 2,5 мл хлороформа), включают секундомер и мешалку. По мере всплытия дисперсной фазы показания прибора изменяются. В табл. 1 приведены показания измерителя типа Р 589, соответствующие определенному времени кинетики отстоя. Используя показания измерителя, строят кривую накопления: ординатазначения тангенса угла диэлектрических потерь, характеризующие количество всплывшего нефтепродукта; абсцисса — время накопления (, с). Затем проводят ряд касательных .к экспериментально полученной кривой, ".å. разделяют исследуемую систему на ряд фракций, размеры частиц которых лежат в некоторых пределах (фиг.3). Отрезки между касательными соответствуют приращению количества отдельных фракций всплывшей нефти ! фиксируемой прибором измерения ht$3 за определенное время. В табл. 2 показано приращение тангенса угла потерь во времени (столбец 2 и 3). Принимая общее приращение танген.са угла потерь от О до 0,2320 на 100Х, находят распределение a(f3 по фракциям в процентах и заносят данные в вспомогательную табл. 2 (столбец 4 и 5). По формуле (2) и данным табл. 1 находят расчетные радиусы дисперсной фазы в зависимости от времени. Определяют постоянный для данной эмульсии коэффициент М К = 23,3 = 23,3 1ф = 0,017 (м.с.), а затем искомые радиусы @ a- $8 .н т, -е — ° y, 0,017 ври высоте <4 àõ Н = 0,4 м. Данные расчета радиуса приведены в табл.3. По полученному суммарному приращению Etg3 в процентах и средним радиусам ЬР; строят кривую распределения (фиг.4). 1092385 счет чего диэлькометрический параметр — тангенс угла диэлькометрических потерь отражает все компоненты нефтяной фазы, находящиеся как в эмульгированном, так и в растворенном состоянии, в то время, как в базовом способе растворенные и неокрашенные компоненты нефти не эаиеряются. Поэтому значения. величин анализа определения дисперсности эмульсий прямого типа, измеренные предлагаемым способом, являются физически обоснованными, более точными и надежными. Таблица 1 Ю 30 60 120 I 1 240 300 180 360 420 480 540 ggS 0,0181 0,0336 0,04350,05390,07290,08160,09030,0985 0,1056 0,1130 0,1202 с 600 900 1200 1500 1800 2400 3000 3600 5400 6000 7260 gg$ О, 1273 О, 14010, 14900, 15630, 16450, 1730 0,18100, 1885 О, 1954 О, 1993 0,2026 Из суммарной кривой распределения находят величины процентов htg8 через равные интервалы радиусов hr; фракций по отношению atg3lnr; и среднему радиусу „ строят дифференциальную кривую распределения (фиг.5), максимум которой соответствует наиболее вероятному размеру частиц 8-15 мк, (кривая 10). 1О Для сравнения результатов анализа дисперсного состава эмульсий типа "масло в воде" диэлькометрическим способом одновременно приводился анализ эмульсии с помощью цилиндров Спильнера. На фкг.5 штрихпунктиром (14) покат эана дифференциальная кривая распределения частиц по размераи, полученная по результатам анализа эмульсии седиментвционным методом с помощью цилиндров Спильнера. Из графика видно, что максимум дифференциальной кривой 15 и 14 практически совпадает, однако .занимаемая площадь различна, т.е. количество всплывшей нефти, зафиксированное диэлькометрическки методом (15), несколько выше нежели с помощью цилиндров Спильнера. Иснытакия предлагаемого способа показывают его удобство, надежность результатов анализа. Точность замера при диэлькометркческои способе выше базового, за Использование предлагаемого способа.позволяет повысить качество контроля технологических процессов и увеличить эффективность связанного с ним производства, сократить удельные затраты времени на проведение анализа sa счет уменьшения вспомогательного времени наблюдения путем автоматической записи показаний. Кроме того, сокращение количества органического растворителя в 4-5 раз на один анализ (вместо 4-5 цилиндров Спкльнерв) уменьшает степень загрязнения окружающей среды эа счет того, что экстрагируемый продукт сливается в канализацию и происходит загрязнение водного и воздушного бассейнов, что требует применения специальных средств очистки. 1092385 Таблица 2 дм3 "CP расчет Дг 0,0100 0,0200 95,04 71,24 60-100 1 0,1 9,871 0,2 8,88 10 600 0,0260 0,6 20-30 f,0 19,05 5,19 10-20 f,8 0-10 19, 05 О 0386 «3. =О 202 120 7200 Т а б л и ц а 3 r; ° 10, м Г,,", NKM мин О 1155 О 4 - — — — — —.-=О 0488647 О 0435-0 0336 0,2026 95,94 95,94 0,5-1 30-60 О 4 60 . 0 08164 а а - О 0513326 О 0539-0 0435 0,2026 71,24 71,24 1-2 60-120 - -=О 04718 О 4 180 О 0816-0 0729 0 0429417 34*44 34,44 0,2026 180-240 Оа0903-0 0816 0,0429414 0,2026 29,70 29,79 - -=О á4081 О 4 240 240-300 " — — — — — О 0350444 О 1273-0 1202 0,2026 ь --О 02720 О 4 540 16,2040 16,20 9-10 . 540-600 04» 1500 О О 637 11.,2634 11 26 - — — — — — 0,0404738 0 1645-О 1583 0,2026 25-30 1500-1800 а -0 01157 О 4 3000 — — — - †-=0 ° 03701875 07 26233 7 26 О 1885-0 1810 0,2026 -ь — =О 0086 О 4 5400 05, 195 5,2 0 2026-0 1954 -> — — — <-— --— - 0 035538 0,2026 Е t с ЬС83 мин е 1 60 2 120 4 240 О, 0100 5 300 0,0180 30 1800 0,0460 60 3600 0,0340 Интервал времени и -t< 50"60 3000-3600 Ф 90-120 5400-7200 4,935 99,97 95,94 4,935 85, 17 34,4 50-60 80,24 29,79 40-50 12,833 71,37 16,20 22,704 58,53 11,26 30-40 16,78 35,83 7,26 ьи4- ыЬ tg 8 нд с ОтнОситель ное приращение Ь tg5, . Ж 1092385 1092385 Составитель О. Конькова Редактор А. Гулько Техред Л. Микеш Корректор И ° Эрдейи Заказ 3246/27 Тирак 823 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/S Филиал ППП "Патент", r. У кгород, ул. Проектная, 4
