Способ определения прочности межфазной пленки Советский патент 1984 года по МПК G01N13/02 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может най ти применение в нефтеперерабатывающей промышленности. Известен способ определения коэффициента поверхностного, натяжения жидкостей, заключающийся в измерении усилия, необходимого для разрыва поверхностной пленки жидкости 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 получают косвенно-качественную интегральную характеристику межфазной пленки, зависящую от вязкости жидкое ти, 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 ЗЗ. Измерение прочности методом тор-, 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 освети теля устанавливают луч на зеркальце, которое укреплено на вольфрамовой ни .Ти 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 движени поворотньй столик и вращение продолжают до тех пор, пока возрастание крутящего момента нити не приведет к разрушению мажфазноио- слоя при напря жении, соответствующем предельному сдвигу. Величина предельного напряжения сдвига характеризует прочность межфазной пленки Сз, Известный способ длителен, один эксперимент проводится в течение суток, /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 Б 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 0,5-2,0 кВ/см, На фиг,1 приведена схема устройства для определения прочности межфазной пленки, продольный разрез; на фиг,2 - зависимость прочности.межфазной пленки на границе 2%-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) крьшку 2, Верхний электрод {нержавеющая стальу 3 состоит из двух пластин-полуколец, прикрепленных к крьш1ке, В собранном виде пластины, касаясь друг друга, находятся в верхней жидкости над диском 4, Диск подвешен с помощью подвесного устройства 5 на во.г ьфрамовой 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, Стеклянньй 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 крьшгку-диэлектрик 2 с верхним электродом. 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, соединяюп ие их с источником напряжения. Через вырез в-крьшке по стенке стакана приливают верхнюю (углеводородную} жидкость диска и верхнего электрода. Включают высоковольтный источник и выдерживают сист му под напряжением в течение несколь ких минут. В электрическом поле высокого на.пряжения, вектор которого направлен перпендикулярно поверхности раздела жидкость-жидкость при соответствующем знаке поля, происходит интенсивное направление движения полярных поверхностно-активных компонентов, находящихся в объеме жидкости. Дости гая границы раздела фаз, они адсорби руются 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 2%-ный раствор асфальтита Добен, выделенного из природной 684 нефти в смеси с метоксилол+вазелиновое масло в соотношении 1:1. Систему выдерживают при комнатной температуре в течение суток с старения, целью 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 . П р и м е р 2. Определяют прочность межфазной пленки той же модельной системы на границе с дистиллированной водой на переоборудованном приг боре СНС-2i в котором формирование насьдденного адсорбционного межфазного слоя происходит в электрическом поле высокого напряжения в течение нескольких минут.Определяют прочность мэжфазной пленки,сформированной при напряженности поля, равной 0,5,1,0, 1,5 и 2,0 кВ/см (соответственно кривой 10,11,12,13 фиг.2). Соответственно время формирования насыщенного адсорбционного слоя равняется 40, 25, 15 и 5 мин. Прочность межфазной пленки равняется 3,00 н/м. Аналогичным образом определяют прочность межфазной пленки для различных нефтей на границе с дистиллированной водой (таблица ).

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

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

Угленосная нефть НГДУ Южарланнефть на границе с дистиллированной водой

3,00

0,072 3,01 .2,88

0,43. .0,44

0,01Ь 0,41

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 35 2,0 кВ/см появляются явления неустойчивости границы раздела жидкостей. А .поэтому в качестве отптимальной напряженности электрического поля была принята напряженность поля, равная 40 1,5 кВ/см,

В таблице-приведены значения прочности межфазной пленки, сформирован ные при указанной напряженности электрического поля.45

Из таблицы видно, что предложенный способ позволяет получить истинные значения сдвиговой прочности межфазных пленок широкого ряда водонефтяных систем с достаточной точностью, средние квадратичные отклонениязначений 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. /О20 W время действия электрического поля на Фи1.2 5060 систему мин