Дәріс. Эмульсиялардың беріктігі және олардың ескіруі. Мұнай эмульсиясының табиғи тұрақтандырғышы.

Мұнай эмульсиясының ең маңызды көрсеткішінің бірі олардың беріктігі, яғни ұзақ уақытқа дейін бұзылмай сақталу қабілетін (мұнайға және суға бөлінбеуін) айтады.

Мұнай эмульсиясының беріктігіне келесі факторлар үлкен әсер етеді:

- жүйенің дисперстігі;

- адсорбциялы қорғау қабықшасында фазалардың бөлінген бетінде түзілген эмульгаторлардың физика-химиялық қасиеті;

- дисперсті фазалар тамшыларында қос электр зарядының болуы;

- эмульсияның температурасы;

- қабат суының рН (сутегі иондарының концентрациялық көрсеткіші)

Жоғарыда айтып өткеніміздей эмульсия тамшыларының өлшемі (размері) 0,1-ден 100 мкм аралығына дейін өзгереді; оларды былай бөлуге болады:

ұсақдисперсті - тамшы өлшемі 0,2-20 мкм дейін,

ортадисперсті (20-дан 50 мкм дейін),

ірідисперсті (50-ден 100 мкм дейін).

Мұнай эмульсиясы полидисперсті болып табылады, яғни құрамында тамшылардың барлық өлшемдері бар. Эмульсияның дисперстігі неғұрлым жоғары болса, яғни тамшылар кіші болса, соғұрлым эмульсия берік болады. Бірақта S бөлігінің беті ұлғайған кезде, жүйе еркін беттік энергияның үлкен қорына ие болады, ол келесі формуламен анықталады:

F=sS, (3.5)

(мұнда s- бірлік беттегі еркін энергия), жүйе термодинамикалық тұрғыдан берік болмайды және S -ауданын азайту жолымен, немесе s -беттік керілісті азайту есебінен берік (тұрақты) күйге ауысуға ұмтылады.

Осы соңғы фактор мұнай эмульсиясын бұзу кезінде кең қолданылады.

Жүйенің беріктігіне эмульгаторлар үлкен әсер етеді, олар тамшы беттерінде адсорбциялық қорғаныс қабығын (бронын) түзе отырып тамшылардың қосылуына кедергі келтіреді. Асфальтендер, нафтендер, шайырлар, парафиндер, металдар (ванадий, никель, мырыш, темір); сондай-ақ мұнай мен қабат суларында болатын жұқадисперсті саздар, құмдар және басқа да тау жыныстары адсорбциялық қабаттың түзілуіне қатысады.

3.4 Сурет. Мұнай эмульсиясының тамшыларында (глобулында) қорғаныс қабығының түзілу сұлбасы. а- су тамшысының бетіндегі қорғаныс қабығы (яғни, броны): 1-брон қалыңдығы; 2 және 3 - эмульгаторлар; 4- су тамшылары; 5- мұнай. б- су тамшыларының бетіндегі қос электрлі қабаттың сұлбасы: 1-теріс заряд; 2-оң заряд; 3- мұнай; 4- су тамшысы.

Тамшы бетінде қос электрлі қабат түзіледі, ол адсорбциялы қабықшаға ұқсас ұсақ тамшылардың қосылуынан сақтайды.

3.4. б-суретінде қос электрлі қабаттың схемасы көрсетілген. Беттерінде бірдей зарядтары бар бөлшектер бір-бірін тебеді.

Температура эмульсияның беріктігіне келесі түрдегідей әсер етеді: температура көтерілген кезде эмульсияның беріктігі төмендейді, өйткені адсорбциялық қабықтың (әсіресе парафиндерден тұратын) механикалық беріктігі азаяды. Осының нәтижесінде тамшылар бірігіп, эмульсиялар бұзылады. Температура төмендеген кезде осындай эмульсиялардың адсорбциялық қабығының беріктігі артып және олар неғұрлым тұрақты болады.

3.1-кесте. Эмульсиялардың түзілуіне және тұрақтануына эмульгаторлар әсерінің сипаттамасы

Сутегі факторының рН әсері беттік қабаттың серпімділік қасиетіне әсер етеді. Эмульсиядағы рН-тың ұлғаюы, бұл сілтінің мұнай-су шекарасындағы беттік қабаттың реологиялық қасиетін төмендетіп, бронның механикалық беріктігінің азаюына әкеледі, осының әсерінен эмульсиялар бұзылады.

Су-мұнай бетінде эмульгаторлардың адсорбциялануы және бронның қалыңдауы уақыт өте жүреді, сондықтан мұнайдағы су (М/С-В/Н) түріндегі эмульсия уақыт өте неғұрлым тұрақты болады, яғни оның “ескіруі” жүреді.

Мұнай эмульсиясының ескіруі бастапқы кезеңде қарқынды жүреді, одан соң бұл үрдіс баяулайды және шамамен тәуліктен соң аяқталады. Жаңа эмульсиялар ескірген эмульсияларға қарағанда неғұрлым жеңіл бұзылады.