Способ определения прочности межфазной пленки

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ МЕЖФАЗНОЙ ПЛЕНКИ, заключающийся в созданий границы раздела жидкость жидкость и измерении предельного напряжения сдвига межфазной пленки, отличающийся тем, что,- с целью повышения экспрессности определения , после создания границы раздела жидкость - жидкость проводят обработку электрическим полем постоянного тока напряженностью 0,5-2 кВ/см. СП с со о 1 О) оо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

3(5g G 0l N 13/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Cr©

Ю

М

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21) 3667344/24-25 (22) 19.10.83 (46) 23.12.84. Бюл. Ф 47 (72) P.И.Мансуров, Е.З.Ильясова и В.П.Выговской (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по сбору, подготов" ке и транспорту нефти и нефтепродуктов (53) 536.42(088,8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 320755, кл. 01 N 13/02, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

У 819628, кл. С 01N 13/02, 1979.

3. Левченко Д.Н. и др. Эмульсии нефти с водой и методы их разрушения.

M., "Химия", 1967, с.178 (прототип).,.SUÄÄ 1130768 А (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ

МЕЖФАЗНОИ ПЛЕНКИ, заключающийся в соз" даний границы раздела жидкость— жидкость и измерении предельного напряжения сдвига межфазной пленки, отличающийся тем, что,. с целью повышения экспрессности определения,после создания границы раздела жидкость — жидкость проводят обработку электрическим полем постоянного тока напряженностью 0,5-2 кВ/см.

15

25

40

55

1 I

Изобретение относится к контроль-, но-измерительной технике и может найти применение в нефтеперерабатывающей промышленности, Известен способ определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей, заключающийся в измерении усилия, необходимого для разрыва поверхностной пленки жидкости 11 1.

Однако этот способ не позволяет определять количественно прочность пленки, Известен также способ определения прочности межфазной пленки, заключающийся в сбросе калиброванных шариков с заданной высоты на границу раздела жидкость — жидкость и определении минимального размера шарика, который прорывает пленку (2 ).

Однако данный способ не позволяет измерить действительную прочность межфазной пленки. С его помощью по лучают косвенно-качественную интегральную характеристику межфазной пленки, зависящую от вязкости жидкости, от поверхностного натяжения на границе раздела жидкостей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения прочности межфазной пленки, заключающийся в создании границы раздела жидкость — жидкость и измерении предельного напряжения сдвига межфазной пленки (3).

Измерение прочности методом тар-. сионного маятника осуществляют на приборе СНС-2. В стакан, находящийся на поворотном столике, исследуемые жидкости наливают так, чтобы подвешенный диск находился на границе раздела жидкостей. При помощи осветителя устанавливают луч на зеркальце, которое укреплено на вольфрамовой нити так, чтобы световое пятно изображалось на отсеченной шкале линейки и фокусируют его начальное положение.

Выдерживают систему в течение суток с целью фирмирования адсорбционной межфазной пленки. Приводят в движение поворотный столик и вращение продолжают до тех пор, пока возрастание крутящего момента нити не приведет к разрушению межфазново слоя при напряжении, соответствующем предельному сдвигу. Величина предельного напряжения сдвига характеризует прочность межфазной пленки (3)..

Известный способ длителен, один эксперимент проводится в течение су"

130768 z ток.,длительность процесса формирования пленки ведет к частичному изменению физико-химических параметров углеводородных систем.

Целью изобретения является повышение экспрессности определения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения прочности межфазной пленки, заключающемся в создании границы раздела жидкость — жидкость и измерении предельного напряжения сдвига межфазной пленки, после создания границы раздела жидкость — жидкость проводят ее обработку электрическим полем постоянного тока напряженностью О,S-2,0 кВ/см.

На фиг.1 приведена схема устройства для определения прочности межфазной пленки, продольный разрез; на фиг.2 зависимость прочности межфазной пленки на границе 27.-ного раствора асфальта "Добен" с дистиллированной водой от времени формирования пленки в различных полях.

Устройство для определения прочности межфазной пленки состоит из стеклянного стакана 1, на котором устанаввливают диэлектрическую разъемную (состоящую из двух частей) крышку 2.

Верхний электрод (нержавеющая сталь)

3 состоит из двух пластин--полуколец, прикрепленных к крышке. В собранном виде пластины, касаясь друг друга, находятся в верхней жидкости над диском 4. Диск подвешен с помощью подвесного устройства 5 на вольфрамовой нити 6. Нижний электрод 7 состоит из металлической пластины (нержавеющая сталь) и металлического стержня 8, боковые поверхности которого электрически изолированы от верхней жидкости. Источник высокого напряжения подключают к электродам с помощью металлических колпачков 9, которые надевают на стержни.. .Способ прочности межфазной пленки осуществляют следующим образом.

Стеклянный стакан 1 устанавливают на поворотный столик. На дно стакана кладут нижний электрод 7. Стеклянный диск 4 закрепляют с помощью подвесного устройства 5 тщательно отцентрированного прибора так, что он не касается дна стакана. Готовят систему.

Осторожно по стенке стакана наливают дистиллированную воду или другую исследуемую жидкость, т.е. жидкость до середины диска. Устанавливают крышку-диэлектрик 2 с верхним электродом, 1130

20

30

Система

Известный способ

Среднее квадратичное отклонение измерений

10-З н/„

Прочность пленки

10 н/м

Прочно сть пленки, 10 н/м

Среднее квадратичное отклонение Ж измерений

10 н/м

3,00

3,01

2,8

0,072

0,209

3,01

2,88

3,2

0,37

0,43, 0,40

0,033

0,015.0,44

0,44

0,41

3, который закрепляется параллельно на расстоянии 3-5 мм от верхней поверхности стеклянного диска. Вставляют металлический изолированный стержень 8 до касания с нижней пластиной. На стержне надевают колпачки

9, соединяющие их с источником напряжения. Через вырез в-крышке по стенке стакана приливают верхнюю (углеводородную) жидкость диска и верхнего электроца. Включают высоковольтный источник и выдерживают систе му под напряжением в течение нескольких минут, В электрическом поле высокого напряжения, вектор которого направлен перпендикулярно поверхности раздела жидкость-жидкость при соответствующем знаке поля, происходит интенсивное направление движения полярных поверхностно -активных компонентов, находящихся в объеме жидкости. Достигая границы раздела фаэ, они адсорбируются на ней, образуя поверхностную пленку. Затем напряжение отключают, снимают колпачки с электродов и определяют прочность межфазной пленки, измерив ее величину предельного напряжения сдвига.

Пример 1 . Определяют прочность межфазной пленки модельной системы на границе с дистиллированной водой. В качестве модельной .системы берут 2Х-ный раствор асфальтита

"Добен, выделенного из природной

Модельная система 0,2Х асфальтит в растворе м. ксилол+ваэелиновое масло на границе с дистиллированной водой

Угленосная нефть НГДУ

"Южарланнефть" на границе с дистиллированной водой

768

4 нефти в смеси с метоксилол+вазелиновое масло в соотношении l:I.

Систему выдерживают при комнатной температуре в течение суток с целью 1 старения

Прочность межфазной пленки определяют известным способом, т.е. исследуемую систему выдерживают в приборе СНС-2 в течение суток с целью формирования предельной прочности межфазной пленки (насыщенного адсорбционного слоя ). Прочность межфазной пленки равняется 3,01 10 н/м.

Пример 2. Определяют прочность межфазной пленки той же модельной системы на границе с дистиллированной водой на переоборудованном при-. боре СНС-2; в котором формирование насыщенного адсорбционного межфаэного слоя происходит в электрическом поле высокого напряжения в течение нескольких минут. Определяют прочность ьежфаэной пленки, сформированной при напряженности поля, равной 0,5,1,0, 1,5 и 2,0 KB/ñì (соответственно кривой 10,11,12,13 фиг.2). Соответственно время формирования насыщенного ад" сорбционного слоя равняется 40, 25, 15 и 5 мин. Прочность межфазной пленки равняется 3,00 10 н/м. Аналогичным образом определяют прочность межфазной пленки для различных нефтей на границе с дистиллированной водой (таблица ).

Предлагаемый способ

1130768

Продолжение таблицы

I r

Предлагаемый спосб вестный способ

Греднее квадратичное отклонение измерений

10-3 /„

Прочность пленки

10-3 н/и

Среднее квадратичное отклонение7. измерений

10-З /„

Система очн енк

-3 1I

0,46

0,40

0,031

0,44

0,13

0,50

0,47

0,40

0,04

0,04

0,04

0,03

0,0044

0,04

1,63

0,04

1,59

0,021

1,60

0,015

1,60

1,59

1,57

Легкая сероводородная нефть месторождения

"Жанажол" на границе с дистиллированной водой

Легкая внрьеганская нефть на границе с дистиллированной водой

Девонская нефть Шкаповского месторождения

Эксперименты, проведенные на раз- 30 личных системах, показали, что при напряженностях электрического поля менее 0 5 кВт/см время формирования пленок резко увеличивается, при значениях напряженности поля, более З5

2,0 кВ/см появляются явления неустойчивости границы раздела жидкостей.

А .поэтому в качестве отптимальной напряженности электрического поля была принята напряженность поля, равная 4p

1,5 кВ/см. В таблице приведены значения прочности межфазной пленки, сформирован». ные при указанной напряженности электрического поля.

Из таблицы видно, что предложенный способ позволяет получить истинные значения сдвиговой прочности межфазных пленок широкого ряда водонефтяных систем с достаточной точностью, средние квадратичные отклонения значений находятся в тех же пределах, что и в известном способе.

Предлагаемое изобретение апробировано в лабораторных условиях и показало.надежность и точность измерений; способ позволяет значительно сократить время определения межфазных пленок и вместо 24 на один анализ по предлагаемому способу необходимо затратить всего 15 мин.

1130768

Ъ

CLp ф 2

Р

)%

С

1Ц 20 Ю 90 50 ЮО

Вуемя Вейсман лекарическогв амя но систему, мин

Фиг.2

Составитель А.Кощеев

Редактор Г.Волкова Техред )K.Kàñòåëåíè÷ Корреткор С..Черни

Заказ 9601/30 Тираж 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.ужгород, ул.Проектная, 4