SU1092385A1 - Способ определени дисперсного состава эмульсий - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к контролв но-измерительной технике предназначено дл  контрол  качества эмульсий пр мого типа например нефть в воде, .и может быть использовано в нефт ной нефтеперарабатывающейр химической промьшшенности при оценке эффектив- ности работы аппаратов по очистке сточных вод.

Известен способ определени  среднего размера капель (дисперсности) эмульсий jT путем измерени  коэффициента поглощени  ультразвука эмульсий концентрации дисперсной фазы и эЛектропроводнсЯ ти эмульсий), по величине которой суд т о типе эмульсии а искомую величину определ ют по формуле

)i (I)

4

где f - средний размер капель;

об - коэффициент поглощени  ультразвука в эмульсии; ОС0 - коэффициент поглощени 

развука в дисперсной среде| с - концентраци  дисперсной фазы as b - коэффициенты, завис щие от прирорэ вещества дисперсной фазЫэ дисперсной среды и тк па эмульсии.

Основной недостаток этого способа заключаетс  в TOMj что ультразвуковые спектры поглощени  характерны лишь дл  определенных типов соединеНИИ (ароматических и диеновых), тогда как .дл  насьщенных углеводородов (парафиновых и нафтеновых) отсутствует углеводородное поглощение, Кроме тогоэ определение большого числа измер емых параметров вносит существенную погрешность в определение среднего размера капель эмульсий е Аппаратурное оформление слишком громоздкоJ сложно и дорогосто щее. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  . способ определени  дисперсного соста ва эмульсий5 заключающийс  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 дисперснойфазы. Определение содержа ни  дисперсной фазы производ т фото колометрическим измерением оптической плотности экстракта всплывшей нефти 2 .

Недостатками указанного способа  вл ютс  многостадийность, длительность , трудоемкость анализа. Кроме того, фотц олориметрическсе определение оптической плотности экстрагируемых проб эмульсии не пбзвол ет определить концентрацию светлых неокрашенных фракций нефти и нефтепродуктов , а при значительной концентрации продукта в воде определение оптической плотности требует многократного разбавлени  экстрагируемой npruji. Значителен расход экстрагирующего растворител J так как дл  определени  дисперсного состава эмульсин требуетс  не Менее 4-5 цилиндров Спильнера.

Цель изобретени  - повышение точности и чувствительности определени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу определени  дисперсного состава эмульсий, заключающемус  в том, что в сосуд с эмульсией наливают экстрагрнт дисперсной фазы, удельный вес которого не превышает удельный вес эмульсии, и через заданные промежутки времени анализируют зкстрагент на содержание в нем дисперсной фазы, содержание дисперсной фазы в экстракте измер ют диэлькометрически по приращению тангенса угла диэлектрических потерь экстракта , при этом в качестве экстрагента используют смесь толуола с хлороформом при следующем соотношении компонентов , об,,;

Толуол80-95

Хлороформ5-20,

а размер частиц дисперсной фазы определ ют по зависимости

.K,

Чр

t Sfnax размер частиц дисперсной фазы 1 -и фракции в выбранном интервале времени к i- значени  тангенса угла диэлектрических потерь 1-й фракции, соответствующие времени t2-t, ; . максимальное значение тангенса угла диэлектрических потерь экстракта; Н - высота столба жидкости исследуемой эмульсии в датчике (от дна датчика до границы экстрагента), м; i, - общее врем  накоплени  -и фракции в выбранном интервале времени, с; К - коэффициент, учитываюищй услови  всплыти  дисперс ной фазы в исследуемой эмульсии. Коэффициент К определ ют из соотношени  -4ш 1(0-)4 где 23,3 - коэффициент пропорциональ ности, учитывающий форму дисперсной фазы, ее диэлектрические свойства и наличие IIABj л) - кинематическа  в зкость исследуемой эмульсии, м Рэм/ f - плотность исследуемой эмульсии, кг/м ; плотность дисперсионной среды и дисперсной фазы соответственно, кг/м ; Q - ускорение свободного пам дени , - Экспериментально установлено (фиг.З), что зависимость тангенса угла диэлектрических потерь .экстракта эмульгированной нефти во времени соответствует ходу кривой накоплени  седиментационного анализа указанных эмульсий. Последний о& чно обрабатываетс  методом касательных построений . Установлено, что отрезки между касательными в выбранном интервале времени () соответствуют накоплению дисперсной фазы, фиксируемой приращением тангенса угла диэлектрических потерь, т.е. показани ми . Приращение тангенса угла диэлектрических потерь происходит за счет того, что тангенс угла диэлектрических потерь экстракта и всплывшей дис перелой фазы (эмульгированной нефти) сильно отличаютс  друг от друга. Введение в толуол небольших количеств низкомолекул рных пол рных веществ , например хлороформа, обусловливает пол ризуемость смеси, что уве личивает разрешающую способность измерител . В количественном отношении исход т из того, чтобы удельный вес экстракта не превышал удельный вес исследуемой эмульсии. На фиг.1 схематически изображена блок-схема установки дп  измерени  приращени  тангенса угла диэлектрических потерь экстракта дисперсной фазы исследуемого продукта. Установка дл  измерени  приращени  тангенса угла диэлектрических потерь (коэффициента поглощени ) содержит  чейку 1, выполненную из любого материала - стекл нного металлического , диэлектрика, в кйто- рую наливают исследуемую эмульсию 27 а сверку - органический растворитель (экстракт) 3; крышку 4, перемешивающее устройство 5, лопасть которого опускаетс  в экстракт так, чтобы она не касалась нижней границей раздела двух фаз исследуема  эмульси  экстракт; электроды 6, которые расположены в экстрагирующей среде; в крьшке имеетс  отверстие 7 дл  заливки эмульсии и экстракта; измеритель танге нса угла диэлектрических потерь 8 и записывающее устройство 9. На фиг. 2 даны сравнительные зависимости приращени  угла диэлектрических потерь во времени в зависимости от соотношени  экстрагирующей смеси толуол: хлороформ, крива  10 (100:0), крива  11 - (95:5), крива  12 - (90:10), крива  13 - (80.20); на фиг.З - крива  накоплени , разделенна  касательными на р д фракций; на фиг.4 - крива  распределени ; на г. 5 - дифференциальна  крива  распределени . Способ определени  дисперсного состава эмульсий реализуетс  следующим образом. Подготавливают измерительную систему дл  замера дисперсности эмуль- сии, дл  чего устанавливают мешалку так, чтобы ее лопасть располагалась в  чейке несколько выше предполагаемой границы раздела фаз исследуема  эмульси  - растворитель. Опускают электроды в  чейку так, чтобы они не касались оси мешалки и были также несколько вьш1е предполагаемой границы раздела двух фаз эмульси  - растворитель . Подключают электроды к высокочувствителыйзму мосту измерител  емкости дл  тангенса угла диэлектрических потерь. Затем запивают в  чейку в определенном весовом или объемном количестве исследуемую эмуль сию, а потом экстракт (смесь толуола с хлороформом) в соотношении: экстрак 10:1, Включают мешалку (дл  равномерного перемешивани  всплывшей днеперсной фазы в экстракт), измеритель тангенса угла потерь и секундомер или записывающее устройство. За счет того, что дисперсна  фаза легче воды, глобулы нефти всплывают наверх в зависимости от размера и раствор ютс  в растворителе. Приращение содержани  нефт ной взвеси в растворителе во времени вызывает изменение тангенса угла диэлектрических потерь Измерение заканчивают, когда приращение тангенса угла диэлектрических потерь прекращаетс , что свидетельствует о переходе всей нефти из эмульсии в растворитель. Строим кривую накоплени   риращение тангенса угла диэлектрических потерь во времени (фиг.2). По полученной кривой изменени  тангенса угла диэлектрических потерь во времени t 6 {(t) и по значени м среднего размера радиусаv p дл  -и фракции, который определ етс , по формуле (2), стро т кривую распределени  (5t частиц дисперсной фазы по размерам (фиг.5). Пример. Определение дисперсного состава эмульгированной нефти в сточной воде провод т на модельной эмульсии; дисперсна  среда - искусственна  минерализованна  вода (раствор NaC) плотностью 1,7 г/см, дисперсна  фаза - девонска  нефть Сергеевского месторождени  плотностью 0,850 г/см, плотность модельной эмульсии 1,169 г/см, кинематическа  в зкость модельной эмульсии 0,0143 ст Эмульсию готов т при числе оборотов мешалки Я 2900 об/мин, врем  перемешивани  5 мин при содержании pea- гента деэмульгаторов 4411 из расчета 20 г/т. Подготавливают измерительную схему к измерению - устанавливают мешалку и электроды до определенной метки измерительной  чейки (несколько выше предполагаемой поверхности эмульсии) ,, подключают электроды к измерителю емкости типа Р 589 в автоматическом режиме измерени . Наливают в  чейку 440 Mjt приготовленной эмульсии, сверху наливают органический растворитель толуол; хлороформ в соотношении 1 5S 856 95:5 (47,5 мл толуола и 2,5 мл хлороформа ) , включают секундомер и мешалку . По мере всплыти  дисперсной фазы показани  прибора измен ютс . В табл, 1 приведены показани  измерител  типа Р 589, соответствующие определенному времени кинетики отсто . Использу  показани  измерител , стро т кривую накоплени : ордината значени  тангенса угла диэлектрических потерь, характеризукидие количество всплывшего нефтепродуктаj абсцисса - врем  накоплени  (t, с). Затем провод т р д касательных к экспериментально полученной кривой, т.е. раздел ют исследуемую систему на р д фракций, размеры частиц которых лежат в некоторых пределах (фиг«3). Отрезки между касательными соответствуют приращению количества отдельных фракций всплывшей нефти фиксируемой прибором измерени  за определенное врем . В табл. 2 показано приращение тангенса угла потерь во времени (столбец 2 и 3). Принима  общее приращение танген .ca угла потерь от О до 0,2320 на 100%, наход т распределение ulgS по фракци м в процентах и занос т данные в вспомогательную табл. 2 (столбец 4 и 5) , По формуле (2) и данньм табл. 1 наход т расчетные радиусы дисперсной фазы в зависимости от времени. Определ ют посто нный дл  данной эмульсии коэффициент к 110 П 014 llfiQ з К 23,3У 77Т7п й Т- 7-Г-|-г7-Г (1170-850) кг/мЗ. 9,81 м/с 23,3:у 10. 0,532514 (м.с.) 0,017 (м.с.) а затем искомые раiA-i Sj , RT «г.,,о.01 7 при высоте СР ,x «t;, ; . Н 0.4 м. 0,4 м. Данные расчета радиуса приведены в табл.З. По полученному суммарному приращению airfS в процентах и средним радиусам стро т кривую распределени  (фиг.4), Из суммарной кривой распределени  наход т величины процентов uigS через равные интервалы радиусов Лг фракций по отношению &i S/Arj и среднему радиусу v стро т дифференциальную кривую распределени  (фиг.5 максимум которой соответствует наиболее веро тному размеру частиц 8-15 мк. (крива  10). Дл  сравнени  результатов анализа дисперсного состава эмульсий типа масло в воде диэлькометрическим способом одновременно приводилс  ана лиз эмульсии с помощью цилиндров Спнльиера. На 4№Г.5 штрихпунктиром (14) пока зана дифференциальна  крива  распределени  частиц по размерам, папзгченна  по результатам анализа эмульсии седимеитационным методом с помощью цилиндров Спильнера. Из графика видно , что максимум дифференциальной кривой 15 и 14 практически совпадает однако .замимаема  площадь различна, т.е. количество всплывшей нефти, зафиксированное диэлькометрическим методом (15), несколько вьвпе нежели с псмощью цилиндров Спильнера. Испытани  предпагаемого способа показывают его удобство, надежность результатов анализа. Точность замера при диэлькометрическом способе выше базового, за

Таблица Г

1. счёт чего диэлькометрический пара метр - тангенс угла диэлькометрических потерь отражает все компоненты нефт ной фазы, наход щиес  как в эмульгированном, так и в растворенном состо нии, в то врем , как в базовом способе растворенные и неокрашенные компоненты нефти не замер ютс . Поэтому значени , величин анализа определени  дисперсности эмульсий пр мого типа, измеренные предлагаемым способом,  вл ютс  физически обоснованными , более точными и надежными. Использование предпагаемого способа позвол ет повысить качество контрол  технологических процессов и увеличить эффективность св занного с ним производства,сократить удельные затраты времени на проведение анализа за счет уменьшени  вспомогательного времени наблюдени  путем автоматической записи показаний. Кроме того, сокращение количества органического растворител  в 4-5 раз иа один анализ (вместо 4-5 цилиндров Спильнера) уменьшает степень загр знени  окружающей среды за счет того, что экстрагируемый продукт сливаетс  в канализацию и происходит загр знение водного и воздушного бассейнов, что требует применени  специальных средств очистки.

tgS t, с 600 900 1200 1500 1800 2400 tg8 0,018f 0,0336 0,04350,05390,07290,0816 0,09030,0985 0,1056 0,1130 0,1202 0,12730,14010,14900,15630,16450,17300,18100,1885 0,1954 0,19930,2026 300,0 3600 5400 6000 7200

.Таблица 2

Таблица 3

0

/2

11

10

io

иг

12

ifHtff

Claims (1)

1. 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, отличающийся 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 хлороформом при следующем соотношении* компонентов, об.%:

   Толуол 80-95

   Хлороформ 5-20 , ;а размер частиц дисперсной фазы определяют по зависимости (2) '^Г2«ср^е Η* где размер частиц дисперсной фазы i-й фракции в выбранном интервале времени ^2“м;

   значения тангенса угла диэлектрических потерь 1-й фракции в выбранном интервале времени ;

   максимальное значение тангенса угла диэлектрических потерь экстракта;

   высота столба исследуемой эмульсии в датчике (от дна датчика до границы экстрагента), м;

   - общее время накопления а-й фракции в выбранном интервале времени, с;

   К - коэффициент, учитывающий условия всплытия дисперсной фазы в исследуемой эмульсии.

   го оо 00 сл