Способ определения дисперсного состава эмульсий Советский патент 1984 года по МПК G01N15/04 

Изобретение относится к контролв но-измерительной технике предназначено для контроля качества эмульсий прямого типа например нефть в воде, .и может быть использовано в нефтяной нефтеперарабатывающейр химической промьшшенности при оценке эффектив- ности работы аппаратов по очистке сточных вод.

Известен способ определения среднего размера капель (дисперсности) эмульсий jT путем измерения коэффициента поглощения ультразвука эмульсий концентрации дисперсной фазы и эЛектропроводнсЯ ти эмульсий), по величине которой судят о типе эмульсии а искомую величину определяют по формуле

)i (I)

4

где f - средний размер капель;

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

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

Основной недостаток этого способа заключается в TOMj что ультразвуковые спектры поглощения характерны лишь для определенных типов соединеНИИ (ароматических и диеновых), тогда как .для насьщенных углеводородов (парафиновых и нафтеновых) отсутствует углеводородное поглощение, Кроме тогоэ определение большого числа измеряемых параметров вносит существенную погрешность в определение среднего размера капель эмульсий е Аппаратурное оформление слишком громоздкоJ сложно и дорогостоящее. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является . способ определения дисперсного соста ва эмульсий5 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 дисперснойфазы. Определение содержа ния дисперсной фазы производят фото колометрическим измерением оптической плотности экстракта всплывшей нефти 2 .

Недостатками указанного способа являются многостадийность, длительность, трудоемкость анализа. Кроме того, фотц олориметрическсе определение оптической плотности экстрагируемых проб эмульсии не пбзволяет определить концентрацию светлых неокрашенных фракций нефти и нефтепродуктов, а при значительной концентрации продукта в воде определение оптической плотности требует многократного разбавления экстрагируемой npruji. Значителен расход экстрагирующего растворителяJ так как для определения дисперсного состава эмульсин 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 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 измеряют 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 определяют по зависимости

.K,

Чр

t Sfnax размер частиц дисперсной фазы 1 -и фракции в выбранном интервале времени к i- значения 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 время накопления -и фракции в выбранном интервале времени, с; К - коэффициент, учитываюищй условия всплытия дисперс ной фазы в исследуемой эмульсии. Коэффициент К определяют из соотношения-4ш 1(0-)4 где 23,3 - коэффициент пропорциональ ности, учитывающий форму дисперсной фазы, ее диэлектрические свойства и наличие IIABj л) - кинематическая вязкость исследуемой эмульсии, м Рэм/ f - плотность исследуемой эмульсии, кг/м ; плотность дисперсионной среды и дисперсной фазы соответственно, кг/м ; Q - ускорение свободного памдения, - Экспериментально установлено (фиг.З), что зависимость тангенса угла диэлектрических потерь .экстракта эмульгированной нефти во времени соответствует ходу кривой накопления седиментационного анализа указанных эмульсий. Последний о&ячно обрабатывается методом касательных построений. Установлено, что отрезки между касательными в выбранном интервале времени () соответствуют накоплению дисперсной фазы, фиксируемой приращением тангенса угла диэлектрических потерь, т.е. показаниями . Приращение тангенса угла диэлектрических потерь происходит за счет того, что тангенс угла диэлектрических потерь экстракта и всплывшей дис перелой фазы (эмульгированной нефти) сильно отличаются друг от друга. Введение в толуол небольших количеств низкомолекулярных полярных веществ, например хлороформа, обусловливает поляризуемость смеси, что уве личивает разрешающую способность измерителя. В количественном отношении исходят из того, чтобы удельный вес экстракта не превышал удельный вес исследуемой эмульсии. На фиг.1 схематически изображена блок-схема установки дпя измерения приращения тангенса угла диэлектрических потерь экстракта дисперсной фазы исследуемого продукта. Установка для измерения приращения тангенса угла диэлектрических потерь (коэффициента поглощения) содержит ячейку 1, выполненную из любого материала - стеклянного металлического, диэлектрика, в кйто- рую наливают исследуемую эмульсию 27 а сверку - органический растворитель (экстракт) 3; крышку 4, перемешивающее устройство 5, лопасть которого опускается в экстракт так, чтобы она не касалась нижней границей раздела двух фаз исследуемая эмульсия экстракт; электроды 6, которые расположены в экстрагирующей среде; в крьшке имеется отверстие 7 для заливки эмульсии и экстракта; измеритель танге нса 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 (100:0), кривая 11 - (95:5), кривая 12 - (90:10), кривая 13 - (80.20); на фиг.З - кривая накопления, разделенная касательными на ряд фракций; на фиг.4 - кривая распределения; на г. 5 - дифференциальная кривая распределения. Способ определения дисперсного состава эмульсий реализуется следующим образом. Подготавливают измерительную систему для замера дисперсности эмуль- сии, для чего устанавливают мешалку так, чтобы ее лопасть располагалась в ячейке несколько выше предполагаемой границы раздела фаз исследуемая эмульсия - растворитель. Опускают электроды в ячейку так, чтобы они не касались оси мешалки и были также несколько вьш1е предполагаемой границы раздела двух фаз эмульсия - растворитель. Подключают электроды к высокочувствителыйзму мосту измерителя емкости для тангенса угла диэлектрических потерь. Затем запивают в ячейку в определенном весовом или объемном количестве исследуемую эмуль сию, а потом экстракт (смесь толуола с хлороформом) в соотношении: экстрак 10:1, Включают мешалку (для равномерного перемешивания всплывшей днеперсной фазы в экстракт), измеритель тангенса угла потерь и секундомер или записывающее устройство. За счет того, что дисперсная фаза легче воды, глобулы нефти всплывают наверх в зависимости от размера и растворяются в растворителе. Приращение содержания нефтяной взвеси в растворителе во времени вызывает изменение тангенса угла диэлектрических потерь Измерение заканчивают, когда приращение тангенса угла диэлектрических потерь прекращается, что свидетельствует о переходе всей нефти из эмульсии в растворитель. Строим кривую накопления яриращение тангенса угла диэлектрических потерь во времени (фиг.2). По полученной кривой изменения тангенса угла диэлектрических потерь во времени t 6 {(t) и по значениям среднего размера радиусаv p для -и фракции, который определяется, по формуле (2), строят кривую распределения (5t частиц дисперсной фазы по размерам (фиг.5). Пример. Определение дисперсного состава эмульгированной нефти в сточной воде проводят на модельной эмульсии; дисперсная среда - искусственная минерализованная вода (раствор NaC) плотностью 1,7 г/см, дисперсная фаза - девонская нефть Сергеевского месторождения плотностью 0,850 г/см, плотность модельной эмульсии 1,169 г/см, кинематическая вязкость модельной эмульсии 0,0143 ст Эмульсию готовят при числе оборотов мешалки Я 2900 об/мин, время перемешивания 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 ячейки (несколько выше предполагаемой поверхности эмульсии) ,, подключают электроды к измерителю емкости типа Р 589 в автоматическом режиме измерения. Наливают в ячейку 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 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: ордината значения тангенса угла диэлектрических потерь, характеризукидие количество всплывшего нефтепродуктаj абсцисса - время накопления (t, с). Затем проводят ряд касательных к экспериментально полученной кривой, т.е. 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 за определенное время. В табл. 2 показано приращение тангенса угла потерь во времени (столбец 2 и 3). Принимая общее приращение танген.ca угла потерь от О до 0,2320 на 100%, находят распределение ulgS по фракциям в процентах и заносят данные в вспомогательную табл. 2 (столбец 4 и 5) , По формуле (2) и данньм табл. 1 находят расчетные радиусы дисперсной фазы в зависимости от времени. Определяют постоянный для 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 строят кривую распределения (фиг.4), Из суммарной кривой распределения находят величины процентов uigS через равные интервалы радиусов Лг фракций по отношению &i S/Arj и среднему радиусу v строят дифференциальную кривую распределения (фиг.5 максимум которой соответствует наиболее вероятному размеру частиц 8-15 мк. (кривая 10). Для сравнения результатов анализа дисперсного состава эмульсий типа масло в воде диэлькометрическим способом одновременно приводился ана лиз эмульсии с помощью цилиндров Спнльиера. На 4№Г.5 штрихпунктиром (14) пока зана дифференциальная кривая распределения частиц по размерам, папзгченная по результатам анализа эмульсии седимеитационным методом с помощью цилиндров Спильнера. Из графика видно, что максимум дифференциальной кривой 15 и 14 практически совпадает однако .замимаемая площадь различна, т.е. количество всплывшей нефти, зафиксированное диэлькометрическим методом (15), несколько вьвпе нежели с псмощью цилиндров Спильнера. Испытания 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 нефтяной фазы, находящиеся как в эмульгированном, так и в растворенном состоянии, в то время, как в базовом способе растворенные и неокрашенные компоненты нефти не замеряются. Поэтому значения, величин анализа определения дисперсности эмульсий прямого типа, измеренные предлагаемым способом, являются физически обоснованными, более точными и надежными. Использование предпагаемого способа позволяет повысить качество контроля технологических процессов и увеличить эффективность связанного с ним производства,сократить удельные затраты времени на проведение анализа за счет уменьшения вспомогательного времени наблюдения путем автоматической записи показаний. Кроме того, сокращение количества органического растворителя в 4-5 раз иа один анализ (вместо 4-5 цилиндров Спильнера) уменьшает степень загрязнения окружающей среды за счет того, что экстрагируемый продукт сливается в канализацию и происходит загрязнение водного и воздушного бассейнов, что требует применения 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