Мұнай дисперстік жүйелерiнiң құрылымды-механикалық берiктiгiн анықтау
ЖОСПАР
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .3
1 Мұнай дисперстік жүйесі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..4
1.1 Коллоидты.дисперсті құрылысы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...5
1.2 Құрылымды.механикалық беріктігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...7
1.3 Түзілу жолдары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..9
1.4 Мұнай өнімдерін алу процестеріне әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...10
2 Мұнайдың молекулалық құрылымы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 13
2.1Коллоидтық бөлшектер қасиеттері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .14
2.2 Беттік активтік заттар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..16
2.3 Беттік құбылыстарға сипаттама ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 18
3 Тәжірибелік бөлім ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 21
3.1 Мұнай эмульсиялары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..21
3.2 Мұнай эмульсияларын бұзу әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .24
3.3 Мұнайды сусыздандыру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .25
3.4 Мұнайды тұзсыздандыру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 26
3.5 Электротұзсыздандыру құрылғыларының негізгі түрлері ... ... ... ... ... ... ...27
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .31
Қолданылған әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 33
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .3
1 Мұнай дисперстік жүйесі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..4
1.1 Коллоидты.дисперсті құрылысы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...5
1.2 Құрылымды.механикалық беріктігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...7
1.3 Түзілу жолдары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..9
1.4 Мұнай өнімдерін алу процестеріне әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...10
2 Мұнайдың молекулалық құрылымы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 13
2.1Коллоидтық бөлшектер қасиеттері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .14
2.2 Беттік активтік заттар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..16
2.3 Беттік құбылыстарға сипаттама ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 18
3 Тәжірибелік бөлім ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 21
3.1 Мұнай эмульсиялары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..21
3.2 Мұнай эмульсияларын бұзу әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .24
3.3 Мұнайды сусыздандыру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .25
3.4 Мұнайды тұзсыздандыру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 26
3.5 Электротұзсыздандыру құрылғыларының негізгі түрлері ... ... ... ... ... ... ...27
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .31
Қолданылған әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 33
Кіріспе
Тақырыптың өзектілігі. Мұнай дисперстік жүйелерiнiң физикалық-химиялық механикасы ─ коллоидты химияның маңызды дербес бөлімдерінің бірі.
Курстық жұмыстың мақсаты – мұнай дисперстік жүйелерiнiң құрылымды-механикалық берiктiгiн анықтау және өңдеу технологиясын дамыту
Курстық жұмыстың міндеттері:
1) Құрамы бойынша күрделі көп компонентті мұнай жүйелеріндегі молекулалардың әсерлесуін сипаттау
2) Мұнай дисперсті жүйесінің құрамын анықтау
3) Мұнай шикізатын өңдеуге дайындау;
4) Мұнай эмульсияларын бұзу әдістерін қолдану.
Курстық жұмыстың мазмұнын ашатын тірек сөздер: асфальтен, ассоциат, бөлшектер, беттік күштер, беттік активті заттар, гель, дисперстік жүйе, дисперсті орта, дисперсті фаза, золь, кристаллит, карбен, карбоид, көпіршік, көбік, құрылымды бірлік, молекулааралық әсерлесу, метатұрақтылық, мицелла, өлшем, суспензия, сольватты қабат, сусыздандыру, тұзсыздандыру, эмульсия, экстремальды.
Курстық жұмыс: 3 бөлімнен, 8 суреттен, 3 кестеден, 32 беттен, 21 пайдаланылған әдебиет көзінен тұрады.
Тақырыптың өзектілігі. Мұнай дисперстік жүйелерiнiң физикалық-химиялық механикасы ─ коллоидты химияның маңызды дербес бөлімдерінің бірі.
Курстық жұмыстың мақсаты – мұнай дисперстік жүйелерiнiң құрылымды-механикалық берiктiгiн анықтау және өңдеу технологиясын дамыту
Курстық жұмыстың міндеттері:
1) Құрамы бойынша күрделі көп компонентті мұнай жүйелеріндегі молекулалардың әсерлесуін сипаттау
2) Мұнай дисперсті жүйесінің құрамын анықтау
3) Мұнай шикізатын өңдеуге дайындау;
4) Мұнай эмульсияларын бұзу әдістерін қолдану.
Курстық жұмыстың мазмұнын ашатын тірек сөздер: асфальтен, ассоциат, бөлшектер, беттік күштер, беттік активті заттар, гель, дисперстік жүйе, дисперсті орта, дисперсті фаза, золь, кристаллит, карбен, карбоид, көпіршік, көбік, құрылымды бірлік, молекулааралық әсерлесу, метатұрақтылық, мицелла, өлшем, суспензия, сольватты қабат, сусыздандыру, тұзсыздандыру, эмульсия, экстремальды.
Курстық жұмыс: 3 бөлімнен, 8 суреттен, 3 кестеден, 32 беттен, 21 пайдаланылған әдебиет көзінен тұрады.
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі
1. Смирнов А. С. Технология углеводородных газов. М.: «Гостоптехиздат», 1946. – 544 бет.
2. Каминский Э. Ф., Хавкин В. А. Глубокая переработка нефти: технологический и экологический аспекты. М.: «Техника», 2001. – 384 бет
3. Вержичинская Е. В., Дегуров Н. Г., Синицин С. А. Химия и технология нефти и газа. М.: «Форум» : Инфра-М, 2007. –400 бет.
4. Ахметов С. А. Технология глубокой переработки нефти и газа. Изд. 2. М.: «Химия», 2001. – 568 бет.
5. Гуреевич И. Л. Технология переработки нефти и газа. М.: « Химия», 1972. 368 бет.
6. Мановян А.К Технология первичной переработки нефти и природного газа – М. Химия, 2001.- 568 бет.
7. Технология переработки нефти. 1 бөлім: Первичная перепаботка нефти./ Под ред. О. Ф. Глаголевой және В. М. Капустина. М.: «Химия, КолосС», 2005. – 400 бет.
8. Ахметов С.А Технология глубокой переработки нефти и газа.- Уфа: Гилем, 2002. – 672 бет.
9. Глаголева О.Ф, Капустин В.М, Чернышева Е.А Технология переработки нефти.- М.: Химия, 2005.- 400 бет.
10. Скобло А.И, Молоканов Ю.К, Владимиров А.И, Щелкунов В.А Процессы и аппараты нефтепереработки и нефтехими. – М.:Химия, 2000 - 677 бет.
11. Сафиева Р.З Физикохимия нефти.Физико – химические основы переработки нефти.- М.: Химия, 1998. - 448 бет.
12. Скобло А.И., Трегубова И.А., Егоров Н.Н. Процессы и аппараты, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. М.: Государственное научно-техническое изд., 1962.
13. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. – М.: Химия, 19767 – 400 бет.
14. Данилов А.М. Введение в химмотологию. – М.: Техника, 2003.- 464 бет.
15. Судо М. М. Нефть и горючие газы в современном мире. М.: Недра, 1984.
16. Позднышев Г.Н. Стабилизация и разрушение нефтяных эмульсий. – M. Недра, 1992. -223 бет.
17. Рябов В.Д. Химия нефти и газа. – М.:Химия. 1976 – 720 бет.
18. Ғ.М.Нұрсұлтанов – «Мұнай және газ өнеркәсібінің орысша-қазақша түсіндірме терминдер сөздігі» ҚазҰТУ баспа-көбейту лабораториясы.
19. Омаралиев Т.О Мұнай мен газ өңдеу химиясы және технологиясы. Құрылымды өзгертпей өңдеу процестері 1 бөлім. – Алматы.: Білім,2001. – 450 бет.
20. Нестеров И.И., Рябухин Г.Е. Тайны нефтяной колыбели. Свердловск: Средне-Уральское книжное издательство, 1984.
21. Рабинович В.А. Расчет процесса осаждения в электрическом поле.Справочник. Санкт-Петербург: Химия, 1992.
1. Смирнов А. С. Технология углеводородных газов. М.: «Гостоптехиздат», 1946. – 544 бет.
2. Каминский Э. Ф., Хавкин В. А. Глубокая переработка нефти: технологический и экологический аспекты. М.: «Техника», 2001. – 384 бет
3. Вержичинская Е. В., Дегуров Н. Г., Синицин С. А. Химия и технология нефти и газа. М.: «Форум» : Инфра-М, 2007. –400 бет.
4. Ахметов С. А. Технология глубокой переработки нефти и газа. Изд. 2. М.: «Химия», 2001. – 568 бет.
5. Гуреевич И. Л. Технология переработки нефти и газа. М.: « Химия», 1972. 368 бет.
6. Мановян А.К Технология первичной переработки нефти и природного газа – М. Химия, 2001.- 568 бет.
7. Технология переработки нефти. 1 бөлім: Первичная перепаботка нефти./ Под ред. О. Ф. Глаголевой және В. М. Капустина. М.: «Химия, КолосС», 2005. – 400 бет.
8. Ахметов С.А Технология глубокой переработки нефти и газа.- Уфа: Гилем, 2002. – 672 бет.
9. Глаголева О.Ф, Капустин В.М, Чернышева Е.А Технология переработки нефти.- М.: Химия, 2005.- 400 бет.
10. Скобло А.И, Молоканов Ю.К, Владимиров А.И, Щелкунов В.А Процессы и аппараты нефтепереработки и нефтехими. – М.:Химия, 2000 - 677 бет.
11. Сафиева Р.З Физикохимия нефти.Физико – химические основы переработки нефти.- М.: Химия, 1998. - 448 бет.
12. Скобло А.И., Трегубова И.А., Егоров Н.Н. Процессы и аппараты, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. М.: Государственное научно-техническое изд., 1962.
13. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. – М.: Химия, 19767 – 400 бет.
14. Данилов А.М. Введение в химмотологию. – М.: Техника, 2003.- 464 бет.
15. Судо М. М. Нефть и горючие газы в современном мире. М.: Недра, 1984.
16. Позднышев Г.Н. Стабилизация и разрушение нефтяных эмульсий. – M. Недра, 1992. -223 бет.
17. Рябов В.Д. Химия нефти и газа. – М.:Химия. 1976 – 720 бет.
18. Ғ.М.Нұрсұлтанов – «Мұнай және газ өнеркәсібінің орысша-қазақша түсіндірме терминдер сөздігі» ҚазҰТУ баспа-көбейту лабораториясы.
19. Омаралиев Т.О Мұнай мен газ өңдеу химиясы және технологиясы. Құрылымды өзгертпей өңдеу процестері 1 бөлім. – Алматы.: Білім,2001. – 450 бет.
20. Нестеров И.И., Рябухин Г.Е. Тайны нефтяной колыбели. Свердловск: Средне-Уральское книжное издательство, 1984.
21. Рабинович В.А. Расчет процесса осаждения в электрическом поле.Справочник. Санкт-Петербург: Химия, 1992.
ЖОСПАР
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .3
1 Мұнай дисперстік
жүйесі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... 4
1. Коллоидты-дисперсті
құрылысы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... .5
2. Құрылымды-механикалық
беріктігі ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ..7
3. Түзілу
жолдары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ...9
4. Мұнай өнімдерін алу процестеріне
әсері ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... .10
2 Мұнайдың молекулалық
құрылымы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .13
2.1Коллоидтық бөлшектер
қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
...14
2.2 Беттік активтік
заттар ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... 16
2.3 Беттік құбылыстарға
сипаттама ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... .18
3 Тәжірибелік
бөлім ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... .21
3.1 Мұнай
эмульсиялары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ..21
3.2 Мұнай эмульсияларын бұзу
әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...24
3.3 Мұнайды
сусыздандыру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... .25
3.4 Мұнайды
тұзсыздандыру ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... .26
3.5 Электротұзсыздандыру құрылғыларының негізгі
түрлері ... ... ... ... ... ... ...2 7
Қорытынды ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...31
Қолданылған әдебиеттер
тізімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ..33
Кіріспе
Тақырыптың өзектілігі. Мұнай дисперстік жүйелерiнiң физикалық-химиялық
механикасы ─ коллоидты химияның маңызды дербес бөлімдерінің бірі.
Курстық жұмыстың мақсаты – мұнай дисперстік жүйелерiнiң құрылымды-
механикалық берiктiгiн анықтау және өңдеу технологиясын дамыту
Курстық жұмыстың міндеттері:
1) Құрамы бойынша күрделі көп компонентті мұнай жүйелеріндегі
молекулалардың әсерлесуін сипаттау
2) Мұнай дисперсті жүйесінің құрамын анықтау
3) Мұнай шикізатын өңдеуге дайындау;
4) Мұнай эмульсияларын бұзу әдістерін қолдану.
Курстық жұмыстың мазмұнын ашатын тірек сөздер: асфальтен, ассоциат,
бөлшектер, беттік күштер, беттік активті заттар, гель, дисперстік жүйе,
дисперсті орта, дисперсті фаза, золь, кристаллит, карбен, карбоид,
көпіршік, көбік, құрылымды бірлік, молекулааралық әсерлесу, метатұрақтылық,
мицелла, өлшем, суспензия, сольватты қабат, сусыздандыру, тұзсыздандыру,
эмульсия, экстремальды.
Курстық жұмыс: 3 бөлімнен, 8 суреттен, 3 кестеден, 32 беттен, 21
пайдаланылған әдебиет көзінен тұрады.
1 Мұнай дисперстік жүйесі
Қазіргі кезде мұнай мен мұнай өнімдерінің коллоидтық-химиялық
қасиеттері мұнай өндіру, оны тасымалдау және өңдеу процестерін қарқындату
мақсатында, сонымен бірге мұнай өнімдерін алу барысында олардың сапасын
жақсарту мақсатында кеңінен қолданылып келеді.
Мұнайдың қасиеттері көпшілік жағдайда олардың молекулалық және
дисперстік күйлерімен анықталады. Сондықтан да мұнай мен мұнай
фракцияларының коллоидтық химиясының дамуына негізгі үлкен әсер етуші
дисперстік жүйелерді, соның ішінде мұнайдың дисперстілік жүйесін зерттеу
кезінде айтылған академик Ребиндердің пікірі болып табылады. Ребиндердің
пікірінің мұнай химиясының теориясы мен практикасына белсенді атсалысуы
оның халықаралық және шет елдік ғалымдардың жұмыстарының қатары даму
кезеңінде (1960жылға дейін) мұнай фракциялардың дисперстік күйіне көңіл
бөлгенде орын алды. Мұнай өнімдерінің беттік қасиеттері бойынша, мұнай
жүйесіндегі құрылымдар түзу сұрақтары бойынша Гурвиятті, Кусаковты айта
кеткен жөн. Қазіргі кезде 1971жылы V Физикалық-химиялық механика бойынша
Бүкілодақтық конференцияда қолдау тапқан ғылымның дамушы саласы - мұнай
жүйесінің коллоидты химиясы.
Мұнайдың дисперстік үйелерінің мазмұнында коллоидты химияның әдістерін
қолдану, алынатын мұнай өнімдерінің сапасына мұнай шикізатын қайта
өңдеудегі технологиялық жағдайлардың әсер етуінің және мұнай дисперстік
жүйелеріндегі жоғары температуралық (вакуумдық қайта айдау, кокстеу) және
төмен температуралық (деасфальттау, депарафиндеу, компаундирлеу, селективті
тазалау) фазааралық алмасумен байланысты мұнай технологиялық өндірісінің
идентификациясы үшін сарамандық мәні бар технологиялық процестің
эффективтілігі жайында жалпы және комплексті ақпараттарын береді.
Дисперстік жүйелердің фазааралық алмасуына әсер етуші факторлардың ішіндегі
кең тарағандары – температура, қысым, белсенді қосындыларды енгізу,
механикалық және ультрадыбыстық өрістерді қолдану.
Анықталған топтық құрамында және ішкі шарттардың қосындысы кезінде
мұнай дисперстік жүйесі оның эксплуатациялық және физикалық-химиялық
қасиеттерінің өзгеруінің экстримумына сай келетін оптимальды құрылысқа ие
болады. Экстремальды күйге ауысу фазалардың беттік бөлінуі мен фазааралық
энергияның өзгеруі сәйкесінше, сольватты қабаттың құрылыстық бірлігі мен
құрамының молекулалық құрылысының өзгеруімен бірге жүреді. Мұнай
дисперстік жүйелерінің сыртқы ортақосынды әсер етуінің салдарынан
экстремальды күйге ауысуы - мұнай технологиялық өндірісінің
идентификациясының негізі.
1.1 Коллоидты-дисперсті құрылысы
Мұнай жүйесіндегі дисперсті фазалардың қалыптасуы жүйенің физикалық-
химиялық қасиеттерін, сонымен бірге спектральды қасиеттерін зерттеу
кезіндегі көмірсутектердің молекулааралық әсерлесуге бейімділігіне
негізделеді. Бірақта көпкомпонентті мұнай жүйесінің зерттеулерінде
молекулалааралық әсерлердің әр түрлі формаларының спектрларында
болуының себебінен соңғысы аз эффективті. Көпкомпонентті көмірсутектік
жүйелерде молекулааралық әсерлесуді бағалаудың қажеттілігі арнайы өңдеу
әдістерін, олардың теориялық жазбасы мен тәжірибелік әдістемесін талап
етеді. Молекулааралық әсерлесу жөнінде түсініктің қазіргі кездегі деңгейіне
сәйкес олардың табиғаты ескерілген жағдайда екі молекула үшін олардың
сандық көрсеткіші көрінуі мүмкін. Леннарда-Джонстың теңдігі түріндегі
теориялық қатынас екі микроскопиялық шарлардың әсерлесуі секілді екі
молекулалардың әсерлесуін сипаттайды. Екі изолирленген молекулалардың
әсерлесуінің потенциалдық энергиясы U олардың орталықтары арасындағы
қашықтықтығына Н тәуелді. Сонымен, бұрыннан белгілі 21 кДжмоль шамасындағы
түзілетін энтальпиямен сипатталатын О - Н ... О түріндегі байланыстармен
мына түрдегі С – Н ... О және С – Н ... С сутектік байланыс түзілетіні
бекітілген, бұлардың түзілу энтальпиясы шамамен О – Н ... О байланысының
энтальпиясымен салыстырғанда төмен. Молекулалық ассоциаттардың түзілуіне
негіз болған сутектік байланыс болып табылады. Энергия түзілуімен
байланысты көміртек атомының түріне тәуелді (біріншілік,
екіншілік, үшіншілік) 2-4 кДжмоль сутектік байланыс есебінен С – Н ... С
сұйық алкандардың ассоциациясы табылады.
Құрамы бойынша күрделі көп компонентті мұнай жүйелерінде молекулалардың
коллективті әсерлесуі жүреді, олардың теориялық жазылуы өте қиын және әлі
де шешілмеген міндет немесе мәселе болып табылады. Мұнай жүйесіндегі төмен
және жоғары молекулалық молекулалардың коллективті әсерлесуінің нәтижесі әр
түрлі типті құрылымды элементтерінің модельді көрсеткіштер көмегімен
қалыптасуымен сипатталады. Мұнай дисперстік жүйелерінің құрылымды
элементтерінің түсінігі мақсатында, жалпы жағдайда, күрделі құрылымды
бірлік термині бекітілген.
Құрылымды бірлік сфера тәрізді құрылысты элемент екендігі көрінді,
оның қалыпты жағдайларда өзіндік өмір сүруге қабілеті бар. Күрделі
құрылымды бірліктің құрамында ішкі аймақ (немесе ядро) және ядроны қаптап
тұрған сольватты қабат.
Мұнай дисперсті жүйесіндегі құрылымды бірлік классификациясы 1-кестеде
көрсетілген. Күрделі құрылым бірлігінің ішкі аймағы кристаллитпен,
ассоциатпен, газды фазаның көпіршіктерімен көрсетілген. Соңғы екеуіне
қарағанда карбендер мен карбоидтердің кристалиттерінің айырмашылығы олардың
молекулалық құрылысы қайтымсыз, сыртқы факторлардың әсерінен молекулалық
күйге дейін ыдырауға тұрақты болады.
1-кесте.
Мұнай дисперстік жүйесіндегі құрылымды бірлік классификациясы.
Құрылымды бірліктің құрамы МДЖ Мысалдар МДЖ
түрі қасиеті-
нің
өзгеруі
Ішкі облыс Сольватты қабат
Күрделі құрылымды бірлік
Кристаллит Полициклды ҚайтымсыззолМұнай
(карбендер,карбоид-таарендер,цикл о-алкьдер пектері —
р) андар
Ассоциат Моноциклды алкан-Қайтымды Май, отын Экстре-ма
(асфальтендер,поли-цициклоалканда р гельдер мен фракция-ларыльды
клды арендер мен зольдер ,мұнай
циклоалкандар) қалдығы
Газды фазаның Көмітсутектер-діңҚайтымды Қыздыруға Экстре-ма
көпіршіктері барлық түр- газды ұшырайтын льды
лері эмульсия сұйық
мұнай
өнімдері
Мицелла
Мұнай көздеріндегі Мұнай көздерін- Қайтымды Ерігіштігі
негізгі БАЗ-дың дегі негізгі мицелла аз БАЗ-дың
дифильді полярлы БАЗ-дың дифильді ерітінді- мицелла —
топтары полярсыз көмір- лері ерітінді-
сутек бөліктері лері
1.2 Агрегаттық тұрақтылығы мен құрылымды-механикалық беріктігі
Мұнай және олардың фракцияларының коллоидты химиясының негiзгi
мәселелерiнiң бiрi мұнай дисперстік жүйелерiндегi әртүрлi тектiң кеңiстiк
құрылымдарын зерттеу және олардың деформация және берiк секілді механикалық
қасиеттерiнiң түрлi қабылдауларымен реттеу болып табылады. Осы мәселенi
шешудің қажеттiлiгi коллоидты химияның дербес облысы - мұнай бытырамалық
(дисперстік) жүйелерiнiң физикалық-химиялық механикасының қалыптасуына
мүмкiндiк туғызды.
Түбегейлi эмпирикалық материалдың жалпылануы жұмыста макрореология
тұрғысынан көп компоненттi мұнай бытырамалық жүйелерiндегi температураның
өсуi құрылымды-механикалық берiктiгінің өзгеруiне әкеледi. Зерттелетiн
мұнай жүйесiнiң құрылысына байланысты әр түрлi және битумдар үшін мұнай
тұтқырлығы ығысу жылдамдығына тәуелдi болмайтын толық қиратылған
құрылымдағы ньютонды әдетпен сипатталады.
Мұнай жүйесi температуралар төмендеуімен бiркелкi балқытпаны
реологиялық көзқарастан ерекшелеуi, жүйенiң жiктелуiне алып келген қатты
көмiрсутектерге қарағанда сiңiмдi болып қалыптасады. Қалыптасатын
құрылымдық элементтерiнiң
өзара әрекеттесуі тұтқыр пластикалық ағымы бұзылатын құрылымды және шектi
ығысу кернеуiнің түзілуіне әкеледi. Молекулаүстi құрылымдардың арасындағы
коагуляция байланысуларын құрастыру жылдамдығы, мұндағы температураның
төмендету шарасы бойынша механикалық жүктеменiң әсерi мен олардың
бұзылуының жылдамдығынан артық болады.Бұл кезде мұнай жүйесi қозғалғыштығын
жоғалтады және аз берiктiкпен және тиксотропиямен сипатталатын коагуляция
құрылымды болып табылады.
Метатұрақтылық күйлері жүйесінде температураның жоғарылатуы кезінде де
пайда бола алады. Бұл жағдайдағы қанықтыру құрылымдық бiрлiктері, яғни
кристаллиттер термополиконденсациялық процестерiнің пайда болуының
нәтижесiнде болады. Кристаллиттердiң концентрациясынан кейін кризистiк
ығысу кернеуi бар аномалиялды сұйықтық қалыптасады.
Ал асфельтен, карбен, карбоидтердің молекулаүстi құрылымдары химиялық
өзара әрекеттесулерiнен болады және көбiктердiң бекiтiлмеген түрiнiң
кристаллдану құрылымдарының тығыздалуы реакцияларының нәтижесiнде құрылымды-
механикалық берiктiгiнiң қатты өсуiмен жүреді.
Мұнай бытырамалық жүйелерiнiң құрылымды-механикалық берiктiгiн анықтау
үшiн Вейлера-Ребиндердiң әдiстерін қолданады, олар конустық пластометрдiң
әдiсi, жазық параллель дискілер әдiсі, ротациялық вискозиметрия әдiсi.
Әдiстердің таңдалуы мұнай бытырамалық жүйелерiндегiнде құрылымдық
бiрлiктердiң толтырылуы дәрежесімен анықталады және тәжiрибенiң өткiзілуі
температурамен анықталады.
Жеткiлiктi түрде су қосылған лиофиль мұнай бытырамалық жүйелерiн
сипаттау үшiн агрегаттық орнықтылық факторлары ұғымын пайдаланады.
Беріктік факторы дисперстік ортаның көлемiндегi бөлшектердiң үлестiрiлуiн
даралық және бiр қалыптылығын сақтау белгiлi бiр уақыт ішінде дисперстiк
фазаның мүмкіндігін сипаттайды. Орнықтылық факторы төмен температуралы және
жоғары температуралы облыстар үшін әр түрлi түрiмен анықталады. Сараман
мақсаттары үшiн бұл ыңғайлы эмпирикалық параметрлер.
Оның агрегаттық орнықтылығынын анықтамасына негiзделген майлардың
жұмысқа қабiлеттiлiгiн бағалауға жаңа тәсіл ұсынылған. Физикалық
тұрақтылықтың белгiсiнiң атауын алған тиiстi параметр
барлық түрлерi бар дисперстік ортаның өзара әрекеттесуiн есепке алумен және
дисперстiк фазаның формалары мен жағатын майды физикалық тұрақтылықты
бағалауға интегралды мүмкiндiк бередi
Мұнай бытырамалық жүйелерiнiң құрылымдық қасиеттерiнiң бағалау
белгiлерiнiң өңделуi, факторлар қатарының әсерiмен реттеуге мақсатты түрде
мүмкiндiк бередi.
Диссоциацияның нәтижесiнде ескi және жаңа молекулааралық байланыстардың
құрылуы сыртқы факторлардың әсерiмен құрама жиiрек күрделi құрылымдық
бiрлiктiң келiсушi өлшемдер өзгеруi болады: сольватты қабат және
молекулаүстi құрылым. Молекулалық және молекулаүстi деңгейлерiнде
өзгерiстерi жаңа энергетикалық күйін анықтап, мұнай бытырамалық жүйелерiнiң
макроскопиялық физикалық-химиялық қасиеттерiн тиiстi өзгерiстерін
көрсетеді, олар агрегаттық беріктік, құрылымды-механикалық сипаттамалар.
Мұнай бытырамалық жүйелерiн өңдеу технологиясының тәжірибе есептерiнiң
бірқатар мәселелерін шешу үшiн әртүрлi факторлар
арқылы құрама жиiрек күрделi құрылымдық бiрлiктiң өлшемдерiнiң байланысына
мақсаттылық ықпал ету керек. Қалыңдық өсiмiнің қатынасы жiктерінің құрылуы
шексiз аз жылдамдықта деп есептей отырып, жұмыста кинетикалық теңдеулердiң
жүйелерi алынды. Оларды құрастыру көмегiмен агрегаттық орнықтылықты өзгерiс
және мұнай бытырамалық жүйелерiнiң құрылымды-механикалық берiктiгiне
сәйкес келетiн сольват қабатының қалыңдығы H мен молекулаүстi
құрылымының радиусының R өзгерiстерi қарастырылады.
Белгілі бір шарттарда мұнай жүйесi нақтылы күйiнде фаза бөлiнiсiнiң
бетiнiң ең үлкен мәні сипатталатын қысаң күйге көшедi. Бұл жағдайда
молекулаүстi құрылымын өлшемі Rмин, сольватты қабаттың қалыңдығы максималды
түрде Hмакс. Томсон-Кельвиннің теңдеуiне сәйкес молекулаүстi құрылымды
беттiң маңызды майысуы фазалық ауысымдар температураларының тепе-теңдiк
шамаларынан түбегейлi ауытқу көрсетіледі. Осылай, депрессаторларды
енгiзумен 50-70 градусқа мұнай жүйелерiнiң қату температурасын төмендетуге
болады.
Бірінші қысаң күйден екіншісiне өткелi тұрған молекулаүстi құрылымды
радиустың максимал үлкеюi және сольватты қабат жуандығының төмендетуiмен
бейнеленедi. Молекулаүстi құрылымды өлшем Rмакс және сольватты қабығы Hмин
тең. Молекулаүстi құрылымды өлшемнiң үлкеюi қату температураларының жақын
тепе-теңдiк мәндерiне және мұнай жүйелерiнiң қайнауын көрсететін оның
бетiнiң қисайғандық дәрежесiнiң төмендеуіне бағытталады.
Молекулаүстi құрылымды радиустың қысаң өзгерiстерi және жуандық
сольватты қабат қалыңдығы құрылымды - механикалық берiктiктiң тәуелдiлiгi
және мұнай жүйесiнiң агрегаттық орнықтылығын сипаттауға ықпал етедi. Бұл
қасиеттердiң өзгеруі
көптеген мұнай өнiмдерiне сай келеді. Фазадағы қабыршақтануы кезінде мұнай
бытырамалық жүйелерiнiң орнықтылығы максимал: сольватты қабаттың
қалыңдығы Нмакс мәнде болады, соның арқасында бұл қабыршақтану процесінiң
қозғаушы күшiн азайтады. Молекулаүстi құрылымдардың арасындағы дисперстік
ортаның қалың қабаты бiрiншi минимумға жететiн мұнай бытырамалық
жүйелерiнiң құрылымды - механикалық берiктiгiн төмендетедi. Молекулаүстi
құрылымдардың беттегі сольватты қабаттар фазадағы жүйенiң қабыршақтануының
қозғаушы күшiн жоғарлатады. Сольватты қабаттың негізгі бөлігін жойғаннан
кейін дисперстік орта молекулаүстi құрылым әрекеттесіп, оның толық қиратуы
жүреді.
Күрделi құрылымдық бiрлiктер бiрiншi және екiншi қысаң күйлерде
болғандағы жағдайлар ғылыми және тәжірибелік көзқарастары бойынша өте
маңызды.
Қамтамасыз етілетiн шарттарда Rмин жағдайында және сәйкесiнше ең үлкен
фаза бөлiнiсiнiң бетi фазааралық энергияның түбегейлi өзгерiсiнсiз, фазалық
құрылым үшiн қажеттi төмен температуралы қасиеттердiң қамтамасыз етуi бар
мұнай өнiмдерi, айыру және ең жақсы шарттары бар мұнай ерiтiндiлерiнiң
ректификациясының компаундеуінің процестері тиiмдi ағады.
Екінші қысаң күйде молекулаүстi құрылымда радиус фазадағы мұнай
бытырамалық жүйесiнiң бөлiнуi үшiн шартты қамтамасыз етуге қатысты
технологиялық үдерiстердi қатардың өткiзуi Rмакс орынға жетеді.
1.3 Түзілу жолдары
Мұнай - табиғи көпкомпонентті органикалық сұйық. Ол негізінен
нафтендік, ароматтық және парафиндік көмірсутектердің қоспалары болып
табылады. Мұнай
құрамында сонымен бірге көмірсутектердің туындылары да: оттек-, күкірт-
және азоткосылыстары, тотығу реакциялары мен тотығу коңденсациясының
жоғары молекулалық өнімдері, металлорганикалық қосылыстар , көміртектік
бөлшектер (карбендер мен карбоидтер) және басқа да заттар болуы
мүмкін. Шикі мұнай құрамында сонымен бірге су, бейорганикалық
тұздар, тау жыныстарының бөлшектері мен газдар болуы мүмкін. Бұл
компоненттердің мөлшері әрқалай
болып келеді, олар мұнай кен орнына байланысты. Балқу температуралары
жоғары компоненттер - көмірсутектер мұнай немесе мұнай өнімдері
құрамынан дисперстік бөлшектер түрінде бөлініп алынуы мүмкін.
Дисперстік жүйелердің екінші бір қоры – ол жеке компоненттердің шекті
еруі. Олардың шекті концентрациясын арттырғанда олар ерітіндіден
бөлінеді. Бұл көмірсутектердің терең тотығу процесі мен
конденсациялануы өнімдеріне қатысты. Мысалы, коллоидтық күйде
асфальтендер, жоғары молекулалық шайырлар және концентрациялары мицелла
түзудің критикалық концентрациясынан жоғары жатқан әртүрлі БАЗ
болады.
Мұнай дисперстік жүйелері түзілуінің үшінші бір жолы алғашқы
екеуімен тығыз байланыста, бірақ ол майлар көмірсутектеріне тән. Мұндай
майлардың тығыздығы молекулалық массаларына қарамастан (450-650) өте жоғары
және температура төмендеген сайын күрт өсіп отырады. Мысалы, температураны
20°С-тан 10°С дейін төмендеткенде майлардың тығыздығы 5-10 есеге немесе
одан да көп есеге өсуі мүмкін. Бұл қасиетін былай түсіндіруге болады:
майлы көмірсутектер мен майлардың молекулалары ассоциацияланған, яғни өзара
физикалық тартылыс күштері немесе молекулалық тізбектер арқылы байланысқан.
Температура төмендеген сайын молекулалардың ассоциациялануы арта түседі,
өйткені, біріншіден, молекулалардың жылулық қозғалысы бәсеңсиді. Екіншіден
бір-бірімен байланысқан молекулалар тармақтарының қозғалуы баяулайды.
Мұнай дисперстік жүйелері түзілуінің төртінші жолы - көмір және минерал
бөлшектері мен су. Бұл табиғи бөлшектердің көбісі кездейсоқ
жағдайда түзіледі және олар мұнайды тұндыру, сусыздандыру және
тұзсыздандыру барысында жүйеден бөлініп шығады.
Демек, мұнай - көпкомпонентті күрделі дисперстік жүйе. Мұндай жүйеде
дисперстік фаза мен дисперстік ортаның өзара салмақ қатынасы температура
мен концентрацияға байланысты үнемі өзгеріп отырады. Дисперстік фазаның
жеке бір түрлері өзара әрекеттеседі. Мысалы, шайырлар асфальтендерді
тұрақтандыруы, ал БАЗ молекулалары қатты бөлшектер бетіне адсорбциялануы
мүмкін. Көмірсутектік майлардың ассоциациялануы динамикалық кұбылыс болып
табылады, олар мен мұнайдың басқа компоненттері арасында бөлу беттері
болмауы мүмкін, яғни олар бөлшектер түзбеуі ықтимал
1.4 Мұнай өнімдерін алу процестеріне әсері
Мұнай шикiзатының коллоидты - дисперсті құрылысы туралы теориялық
ұсыныстардың негiзiнде жаңа технология - мұнай бытырамалық жүйелерiнiң
өңдеу технологиясы дамиды. Мұнай молекуларалық ерiтiндiлерiнiң қайта өндіру
технологясынан айырмашылығы, оның сипатты белгiсi - мұнай өнiмдерi шығуға
және сапа бойынша ұтымды қайта өңделетiн мұнай бытырамалық жүйелерiнiң
экстремальды күйдегі шарттардың жүзеге асыру барысында пайда болады. Жаңа
технология белгiлi технологиялық үдерiстердi көпшiлiктiң интенсификациясы
үшiн қолдана алады: мұнайдың алғашқы өңдеуiнiң әзiрлеулерi; тазартулар және
мұнай өнiмдерiнiң бөлiнуi; деструкциялық және мұнай шикiзатының айналулары;
тауарлық мұнай өнімдерінің компаундирленуі және даярлаулары.
Өндiрiлетiн мұнайда су, механикалық қоспалар, минералды тұздар да
болады. Өңдеуге түсетiн мұнай эмульсиясы құрғатуға және тұзсыздандыруға
түседі. Мұнай эмульсияларының ерекше белгiлерiмен суспендирлеген қатты
бөлшектердiң коллоид күйiндегi олардың полидисперстілігінің болуы,
құрылымдық бiрлiктердiң төмен температурада құрастыруы болып табылады.
Мұнайда су тамшысының дисперстеулері процесте 1%-да 1 л-ге полидисперсті
глобулалардың триллионына дейiн құрастырады , мұнай эмульсиясы үлкен фаза
бөлiнiсiнiң бетiн алуға құрастыратын 0,1-10 мкм радиустары бар жоғары
дисперсті эмульсия болып табылады. Егер бұл процеске факторлардың қатары
кедергi келтiрмесе фазааралық энергияның жоғары мәндерi судың
глобулаларының коалесценсиясы көрінеді: құрылымды-механикалық тосқауыл,
дисперстік ортаның тұтқырлығының жоғарылауы. Суды пiшiндi түрлер жүйесiнде
фаза аралық жiктердiң құрылымды-механикалық берiктiгiн жоғарылату
анықталған - саз бөлшектерiнiң қосымшасына мүмкiндiк туғызады. Мұнай
эмульсияларының агрегаттық орнықтылығы мұнай тегiнiң бар болуымен
қамтамасыз етiледi: осылай, ромашкин мұнай эмульсияларының эмульгаторлары
және арлан мұнайында шайырлы - асфальтен заттар болып табылады, манғышлак
мұнайының эмульсиялары – құмартқан.
Мұнай эмульсияларының бұзылуының тетiктері бiрнеше кезеңдерден тұрады:
олардың жартылай коалесценсиясы, фазаға дейiн толық қабыршақтануы,
эмульсияның агрегаттық орнықтылығын төмендету мен су глобулалардың
арасындағы соқтығысуы, құрылымды-механикалық тосқауылдың жеңуi.
Технологтардың есебі сәйкесiнше бұл процестiң әрбiр кезеңi үшiн ұтымды
шарттардың қамтамасыз етуiнде тұрады, атап айтқанда: топтық мұнай құрамы
анықталатын деңгейге дейiн, кейбiрiне олардың дисперстік ортасының
тұтқырлықтарын төмендету, температурасын жоғарылатуында құрылымдық
бiрлiктердiң бұзылуы бiр уақытта жетедi; жуып тазартатын суды енгізгенде
қалдық қабаттық суды минералданудың дәрежелерiн кiшiрейту; тиiстi
мөлшерлерiнiң енгізілуімен құрылымды-механикалық тосқауылдың жойылуы.
Мұнайларды тұзсыздандыруға және құрғату бойынша технологиялық қабылдауларды
әбден жетiлдiру үшiн құрылымдық бiрлiктердiң құрастыруының шарттарының
зерттеуi бойынша әрі қарай зерттеулердiң қойылуы керек болады, құрылымды-
механикалық тосқауылға өзара әрекеттесулер олардың су және глобулалардың
құрылымдық бiрлiктерінiң ықпалынан болады.
Түзу және мұнайларды вакуумда айыруының жанында құрылымдық бiрлiктердiң
құрастыру мүмкiндiгі iс жүзiнде есепке алынбайды. Жарыс және мұнайларды
ректификацияның сұрақтардағы бас ықыласы буды тепе-теңдiктiң зерттеуiне
дәстүр бойынша бiлдiрдi - сұйық, тәуелдiлiктiң компоненттерiнiң оның құрамы
және сыртқы шарттарынан қысымның есептеулерiне, технологиялық есептеулер
үшiн негiзiн қалайтын болып табылады. Құрғаған мұнайдағы қазiргi
ұсыныстарымен сәйкес газ жасау және жоғары температуралы ассоциат
құрылуының процесiндегi құрылымдық бiрлiктерi жоғары температураларда
қалыптаса алады.
Мұнайларды қыздыруды шара бойынша газды көпiршiктердiң түрiндегi ұшқыш
компоненттердiң ерекшелеу процестерімен салыстырғанда ассоциаттар түрдегi
дисперстiк фазаның бөлшектерiн құрастыру процестерi басым болады.
Көпiршiктер және ассоциаттарды өлшемдері әр түрлi қабылдаулармен реттеуге
болады. Теориялық пiкiрлерден және жоғары молекулалық қосылыстардың
бөлiнуiнiң айқындығы болатын жоғары қысаң күйге мұнай жүйелерiнiң
аудармасында жете алатынын күту керек. Әр түрлi технологиялық әдiстердi осы
мақсатта қолданады: нақтылы байланыста мұнай құрамы бойынша айыратын
компаундирлеу, жүйедегi әр түрлi қосымшалардың жүйесiне әсері, қысымның
өзгеруi, механикалық, электр, ультра-дыбыс өрiстердiң жүйесiне әсер енуі.
Осылай, қабылдауды бос тұруы нәтижесінде ендi - әр түрлi мұнайлардың
нақтылы байланысындағы араластырулары - өнiмдердiң ашық шығуын үлкеюі
аддитивтiктiң ережесі бойынша алған 3-5% салыстырғанда есептi мәлiметтермен
құрайды. Мұнайлар және мұнай қалдықтарының қысаң күйiндегi айыру
дистилляция фракциясы және айыруды қалдықтың аралығында көмiрсутектердiң
сандық және сапалық басқа үлестiрiлуi ескертедi. Сайып келгенде, айыру ендi
мүмкiндiк кезеңде өндiрiс және каталитикалық крекингтiң келесi май
процестерi үшiн шикiзат сияқты дистилляция фракцияларының сан және сапасына
ықпал етуге көрiнедi, коксты айыру, таушайырларды өндiрiс үшiн шикiзат
ретiнде қолданылатын қалдықтардың шығуы.
2 Мұнайдың молекулалық құрылымы
Мұнай - дисперстік ортадан және дисперстік фазадан тұратын коллоидтық
жүйе. Дисперстік орта деп құрамында ұсақ бөлшектер таралған бірыңғай фазаны
айтады. Ал дисперстік фаза деп дисперстік ортада ұсақ бөлшектер түрінде
таралған фазаны айтады. Мұнай жүйелерінде дисперстік ортаның рөлін су
немесе төменгі және орташа молекулалық массалы көмірсутектер атқарады, ал
дисперстік фаза болып шайыр - асфальтендік заттар саналады.
Молекулааралық әрекеттесу күштерінің әсерінен шайыр-асфальтендік заттар
ассоциаттар-конденсирленген ароматтық көмірсутектер қатпарларын түзеді.
Мұндай қатпарлар сұйық көмірсутектік фазада таралып, мұнай бөлшектерінің
ядроларын құрады. Шайырлар мұнай бөлшектерінің бетін қаптап, сольваттық
қабат түзеді. Сонан соң шайырлар бетіне орташа молекулалық массалы
көмірсутектер адсорбцияланып, өтпелі қабат түзіледі (1 сурет).
1-сурет. Мұнайдың молекулалық құрылымы.
Бұл қабатта молекулаларды бір-бірімен байланыстыратын, дәлірек айтқанда
молекулалар арасындағы тартылысты қамтамасыз ететін күштер өте әлсіз десе
де болады. Сондықтан молекулааралық әрекеттесу нәтижесінде түзілген мұндай
жүйелер термодинамика тұрғысынан алғанда тұрақсыз болып саналады, олай
болса бөгде зат немесе материал әсерінен олар оп-оңай бұзылуы мүмкін. Сонда
бөгде заттың немесе материалдың рөлін мұнай сақтайтын ыдыстың немесе мұнай
тасымалдау құбырының қабырғасы атқара алады. Сол себептен мұнайды
тасымалдамас бұрын оның құрамына тұрақтандырғыш заттар қосу арқылы
тұрақтылығын арттыру керек.
Мұнай жүйелерінің кұрылымдарын зерттеу үшін оптикалық (рентген
сәулелері), электрондық (кондуктометрия) және фракциялау (біртіндеп тұнбаға
түсіру, сатылы экстракция, гель-өтпелі хроматография) әдістерін қолданады.
Жоғарыда аталған әдістерді физика-химиялық әдістермен ұштастыру мұнай
жүйесінің кұрылымы туралы толық мәліметтер алуға мүмкіндік береді. Мұнай
дисперстік жүйелерінің бұзылуға (фазалық бөлінуге, тұнба түзуге)
бейімділігі бойынша бір-бірінен үлкен айырмашылығы болуы мүмкін. Мұнай
дисперстік жүйелерін зерттеу олардың кұрамындағы дисперстік бөлшектердің
өлшемін және олардың өлшемдері бойынша таралуын анықтауға мүмкіндік береді.
Мұндай мағлұматтар технологиялық процестер үшін шикізат таңдау, тауарлық
өнімдер даярлау (компаундау), мұнай дисперстік жүйелерін (мысалы,
мазуттарды, крекинг-қалдықтарын және т.б.) сақтау, пайдалану және қайта
өңдеу барысында қажет болады.
Мұнай өндіру, тасымалдау және өңдеу процесінде дисперстік жүйелер мен
беттік құбылыстардың маңызы зор. Көптеген мұнай өнімдері, мысалы битумдар
мен пластикалық жаққыштар, осындай жүйелерге жатады. Мұнай өнімдерін өндіру
және пайдалану барысында коллоидтық химияның заңдылықтарын қолдана отырып
олардың қасиеттерін жақсартуға және сапасын арттыруға болады. Соның
нәтижесінде мұнай өнімдерінің шығынын күрт азайтуға мүмкіндік туады.
Мұнай мен мұнай өнімдері - өзіндік қасиеттері бар,басқаларына ұқсамайтын
өзгеше дисперстік жүйелер болып саналады.
2.1 Коллоидтық бөлшектер қасиеттері
Молекулалар мен атомдар - заттардың негізгі қасиеттерін бойында
сақтайтын бөлшектер болып саналатыны белгілі, алайда жеке атомдар заттың
маңызды қасиеттерін, мысалы оның агрегаттық күйін анықтай алмайды. Тек қана
молекулалардың өте көп санына қатысты (молекулалық-кинетикалық теорияға
сәйкес ) қатты заттар, сұйықтар немесе газдар туралы айтуға болады. Өйткені
заттың агрегаттық күйі бөлшектердің қозғалғыштығына және олардың өзара
әрекеттесуіне тікелей байланысты. Агрегаттық күйді анықтайтын молекулалар
саны олардың қасиеттеріне және температураға да байланысты. Сондықтан
белгілі бір агрегаттық күйдегі заттың ең кіші бөлшегі құрамында кем дегенде
20-30 молекула болуы тиіс деп саналады. Төменгі молекулалық заттардың
мұндай бөлшектерінің диаметрі 10-60 А.
Өлшемі осындай бөлшектерге ерекше қасиеттер тән. Мысалы, сұйықта
(немесе газда) мұндай бөлшектер қоршаған ортаның молекулалары сияқты
үздіксіз қозғалыста болады. Бұл қозғалыс оны бірінші ашқан ғалымның
құрметіне броундық қозғалыс деп аталады. Броундық қозғалыс ортаның
молекулаларының бөлшекке соқтығысуының нәтижесі болып саналады. Бөлшек өте
кіші болғанда оған жан-жақтан соқтығысатын орта молеулаларының соқтығысу
импульстары бірдей болмайды, сол себептен бөлшек молекулалардың соқтығысуы
көп жаққа қарама-қарсы бағытта қозғалады. Мұндай бөлшектердің қозғалысы
ретсіз.
Бөлшектердің өлшемі артқан сайын олардың массасы өсе түседі және орта
молекулаларының соқтығысу импульстарының салыстырмалы айырымы да азая
түседі. Броундық қозғалыс бәсеңси түседі. Сұйықтарда диаметрі 10 000-50 000
А°-нен аспайтын бөлшектер ғана броундық қозғалыста болады. Броундық
қозғалыс жасайтын, яғни өлшемі 10-60 А°-нен 10 000-50 000 А°-ге дейін
аралықта жататын бөлшектерді коллоидтық бөлшектер деп атайды.
Коллоидтық бөлшектерге көптеген ерекше қасиеттер тән. Олар көрінбейтін
болғандықтан, олардың сұйық ортадағы жүзінділері сырт көзбен қарағанда
шынайы ерітінділерге ұқсас. Сондықтан мұндай ерітінділерді коллоидтық
ерітінділер деп атайды. Коллоидтық бөлшектер ауырлық күштің әсерінен, тіпті
центрифугаға салып айналдырғанның өзінде де тұнбаға түспейді.
Бөлшектердің өлшемі ұлғайған сайын, яғни жоғары дисперстік бөлшектерден
біршама үлкенірек бөлшектерге (оларды дисперстігі төмен немесе дөрекі
дисперстік бөлшектер деп атайды) көшкенде жүйенің кейбір қасиеттері
секірмелі түрде өзгерсе, енді біреулері баяу өзгереді. Біріншісіне броундық
қозғалыспен байланысты қасиеттер жатады. Мысалы, коллоидтық ерітінділер
ұзақ уақыт бойы фазалық өзгеріске ұшырамайтындығы белгілі болса, ал
дисперстігі төмен бөлшектер өз еркімен ыдыс түбіне шөгеді. Біріншісіне
кинетикалық тұрақтылық тән, екіншісі кинетикалық тұрақты емес жүйе болып
саналады.
Коллоидтық ерітінділер кинетикалық тұрақтылығынан айырылып, соның
нәтижесінде жүйеде фазалардың бөлінуі болуы үшін бөлшектер бір-біріне
жабысып агрегаттар түзілуі тиіс. Агрегаттардың өлшемі дөрекі дисперстік
бөлшектердің өлшеміне шамалас келеді. Екінші жағынан егерде сұйық ортадағы
бөлшектердің концентрациясы өте үлкен болса, ол кезде бөлшектер бір-біріне
ыдыс түбіне шөгуіне кедергі жасайды да, дөрекі дисперстік бөлшектер фазалық
бөлінуге ұшырамайды. Коллоидтық ерітінділер сияқты, салыстырмалы түрде
тұрақты, дисперстігі төмендеу жүзінділер де дисперстік жүйелерге жатады.
Дисперстік жүйелерде дисперстік бөлшектер (дисперстік фаза) сұйық
(дисперстік) ортада ұсақ бөлшектер түрінде біркелкі таралған.
Дисперстік жүйелер коллоидтық ерітінділерге, суспензияларға,
эмульсияларға және көбіктерге бөлінеді. Суспензияларда қатты бөлшектер
сұйық ортада таралған, эмульсияларда бір сұйық екінші сұйық ортада ұсақ
тамшылар түрінде таралған, ал көбіктерде дисперстік фаза газ болып
саналады. Газ ұсақ көпіршіктер түрінде сұйық ортада таралған. Концентрлі
эмульсиялар мен көбіктердің қасиеттері дисперстік фаза бөлшектерін бір-
бірінен ажыратып тұрған жұқа сұйық қабыршақтарға байланысты.
Бөлшектер өте ірі (өлшемдері 50-100 мкм) болғанда, оларға әсер ететін
ауырлық күші де үлкен болады, сондықтан бөлшектер ұзақ уақыт көлемде
біркелкі таралған күйінде бола алмайды. Бұл дөрекі дисперстік бөлшектер
өлшемінің ең жоғары шекті мәнін анықтайды. Ал коллоидтық бөлшектер
өлшемінің төменгі шекті мәні ретінде бірнеше молекулалардан тұратын
агрегаттың өлшемін алады.
Коллоидтық бөлшектермен бірге өте ірі, яғни макромолекулалар да
белгілі. Олардың молекулалық массасы жүз мың, тіпті одан да көп болуы
мүмкін. Мұндай молекулалардың өлшемдері коллоидтық бөлшектердің өлшемдеріне
шамалас келуіне немесе тіпті одан да үлкен болуы мүмкін. Олардың сұйытылған
ерітінділері қасиеттері бойынша шын ерітінділерге ұқсас келеді. Ал біршама
концентрлі ерітінділеріне коллоидтық ерітінділерде байқалатын қасиеттер
тән. Мысалы, коллоидтық ерітінділерде де, макромолекулалар ерітінділерінде
де студень түзілуі мүмкін.
2.2 Беттік активті заттар
Коллоидтық бөлшектер қатарына беттік-активті заттар (БАЗ) молекулалары
түзетін бөлшектерді де жатқызуға болады. БАЗ молекулаларына ерітінді-қатты
дене немесе ерітінді-онымен араласпайтын екінші сұйық арасындағы бөлу
беттерінде шоғырланатын (жиналатын) қасиет тән.
БАЗ молекуласының беттік-активтігі оның қүрылысына байланысты. БАЗ
молекуласы екі бөліктен, полюсті сұйықтарда (суда) жақсы еритін полюсті
бөліктен және полюссіз сұйықтарда (көмірсутектерде) жақсы еритін полюссіз
бөліктен тұрады. БАЗ-ға майлы қышқылдарды, спирттерді және сабындарды
жатқызуға болады. Сызба-нұсқа түрінде молекуланың полюсті бөлігін дөңгелек
түрінде белгілейді де, ал полюссіз бөлігін-сызықша түрінде белгілейді (2, а-
сурет).
Полюсті және полюссіз, өзара араласпайтын екі сұйық арасындағы, мысалы
су мен май арасындағы бөлу бетінде БАЗ молекуласы былай орналасады.
Молекуланың полюсті бөлігі полюстігі жоғары сұйыққа (суға) қарай
бағытталады да, ал полюссіз бөлігі - полюстігі төмен сұйыққа (майға)
қарай бағытталады. Осылай бағытталу арқылы БАЗ екі сұйықта да бір мезгілде
ериді. Мұндай ерігіштік БАЗ молекуласының беттік-активтігін қамтамасыз
етеді.
Ерітіндіде БАЗ молекулалары өзара бірігіп ассоциат түзуі мүмкін.
Бастапқы ассоциациялану барысында молекулалардың ди-, үш-, және
тетрамерлері түзіледі (2, б-сурет). Сонда полюссіз сұйықтарда
молекулалардың полюсті топтары өзара әрекеттесіп байланысады, ал суда -
полюссіз топтары өзара әрекеттесіп байланысады.
а - БАЗ молекуласы; б - молекулалар димері; в - судағы БАЗ-ң шар тәріздес
мицелласы (тура мицелла); г - полюссіз сұйықтағы БАЗ-ң шар тәріздес
мицелласы (кері мицелла); д - полюссіз сұйықтағы БАЗ-ң эллипс тәріздес
мицелласы; БАЗ молекуласының полюсті (1) және полюссіз (2) - топтары.
2-сурет.
Беттік-активті зат (БАЗ) мицеллаларының сызба-нұсқасы
Біріншілік ассоциаттардан мицеллаларға өту ерітіндінің белгілі бір
концентрациясында секірмелі түрде іске асады. Мицелла түзілу үшін
ерітіндінің қажетті минимальды концентрациясын мицелла түзілудің критикалық
концентрациясы (ККМ) деп атайды.
Судағы ерітіндідегі мицеллада молекулалардың полюсті топтары мицелланың
сырт жағына қарай, ал полюссіз бөліктері - ішіне қарай бағытталып
орналасқан. Мұндай мицеллаларды тура мицелалар деп атайды. (2, в-сурет).
Полюссіз ортада, керісінше, молекулалардың полюсті топтары мицелланың
ішкі жағына, ал полюссіз бөліктері - сырт жағына бағытталып орналасқан (2,
г-сурет). Мұндай мицеллаларды кері мицеллалар деп атайды. Бұдан былай біз
оларды мицеллалар деп атаймыз.
Концентрацияның ККМ облысында мицелла шар тәріздес болып келеді.
Ерітіндінің концентрациясын арттырғанда шар тәріздес мицеллалар эллипс,
таяқша немесе пластинка тәріздес пішінге өтеді (2, д-сурет). Бұл кезде
мицелла
құрамындағы молекулалар саны артады. Көптеген ғалымдардың айтуына қарағанда
бұл да концентрацияның жоғары облысында секірмелі түрде іске асады.
Молекулалық (шынайы) ерітінділер өзінің біртекті құрамын шексіз ұзақ
уақыт бойы сақтай алатын, біртекті гомогенді жүйелерге жатады. Гомогенді
жүйенің мысалы ретінде қанттың судағы ерітіндісін немесе бензол мен
гептанның қоспасын қарастыруға болады.
Коллоидтық ерітінділер, суспензиялар, эмульсиялар, БАЗ-ң мицеллалық
ерітінділері сырт көзбен қарағанда біртекті болып көрінеді. Бірақ оларды
молекулалық деңгейде зерттегенде құрамында дисперстік бөлшектер болуы
нәтижесінде олар біртекті емес екендігін аңғаруға болады. Мұндай жүйелерді
микрогетерогенді жүйелер деп атайды. Құрамындағы ұсақ дисперстік фаза
бөлшектері броундық қозғалыста болуы нәтижесінде мұндай микрогетерогенді
жүйелер ұзақ уақыт бойы өзінің біртекті қасиетін сақтай алады.
2.3 Беттік құбылыстарға сипаттама
... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .3
1 Мұнай дисперстік
жүйесі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... 4
1. Коллоидты-дисперсті
құрылысы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... .5
2. Құрылымды-механикалық
беріктігі ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ..7
3. Түзілу
жолдары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ...9
4. Мұнай өнімдерін алу процестеріне
әсері ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... .10
2 Мұнайдың молекулалық
құрылымы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .13
2.1Коллоидтық бөлшектер
қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
...14
2.2 Беттік активтік
заттар ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... 16
2.3 Беттік құбылыстарға
сипаттама ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... .18
3 Тәжірибелік
бөлім ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... .21
3.1 Мұнай
эмульсиялары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ..21
3.2 Мұнай эмульсияларын бұзу
әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...24
3.3 Мұнайды
сусыздандыру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... .25
3.4 Мұнайды
тұзсыздандыру ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... .26
3.5 Электротұзсыздандыру құрылғыларының негізгі
түрлері ... ... ... ... ... ... ...2 7
Қорытынды ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...31
Қолданылған әдебиеттер
тізімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ..33
Кіріспе
Тақырыптың өзектілігі. Мұнай дисперстік жүйелерiнiң физикалық-химиялық
механикасы ─ коллоидты химияның маңызды дербес бөлімдерінің бірі.
Курстық жұмыстың мақсаты – мұнай дисперстік жүйелерiнiң құрылымды-
механикалық берiктiгiн анықтау және өңдеу технологиясын дамыту
Курстық жұмыстың міндеттері:
1) Құрамы бойынша күрделі көп компонентті мұнай жүйелеріндегі
молекулалардың әсерлесуін сипаттау
2) Мұнай дисперсті жүйесінің құрамын анықтау
3) Мұнай шикізатын өңдеуге дайындау;
4) Мұнай эмульсияларын бұзу әдістерін қолдану.
Курстық жұмыстың мазмұнын ашатын тірек сөздер: асфальтен, ассоциат,
бөлшектер, беттік күштер, беттік активті заттар, гель, дисперстік жүйе,
дисперсті орта, дисперсті фаза, золь, кристаллит, карбен, карбоид,
көпіршік, көбік, құрылымды бірлік, молекулааралық әсерлесу, метатұрақтылық,
мицелла, өлшем, суспензия, сольватты қабат, сусыздандыру, тұзсыздандыру,
эмульсия, экстремальды.
Курстық жұмыс: 3 бөлімнен, 8 суреттен, 3 кестеден, 32 беттен, 21
пайдаланылған әдебиет көзінен тұрады.
1 Мұнай дисперстік жүйесі
Қазіргі кезде мұнай мен мұнай өнімдерінің коллоидтық-химиялық
қасиеттері мұнай өндіру, оны тасымалдау және өңдеу процестерін қарқындату
мақсатында, сонымен бірге мұнай өнімдерін алу барысында олардың сапасын
жақсарту мақсатында кеңінен қолданылып келеді.
Мұнайдың қасиеттері көпшілік жағдайда олардың молекулалық және
дисперстік күйлерімен анықталады. Сондықтан да мұнай мен мұнай
фракцияларының коллоидтық химиясының дамуына негізгі үлкен әсер етуші
дисперстік жүйелерді, соның ішінде мұнайдың дисперстілік жүйесін зерттеу
кезінде айтылған академик Ребиндердің пікірі болып табылады. Ребиндердің
пікірінің мұнай химиясының теориясы мен практикасына белсенді атсалысуы
оның халықаралық және шет елдік ғалымдардың жұмыстарының қатары даму
кезеңінде (1960жылға дейін) мұнай фракциялардың дисперстік күйіне көңіл
бөлгенде орын алды. Мұнай өнімдерінің беттік қасиеттері бойынша, мұнай
жүйесіндегі құрылымдар түзу сұрақтары бойынша Гурвиятті, Кусаковты айта
кеткен жөн. Қазіргі кезде 1971жылы V Физикалық-химиялық механика бойынша
Бүкілодақтық конференцияда қолдау тапқан ғылымның дамушы саласы - мұнай
жүйесінің коллоидты химиясы.
Мұнайдың дисперстік үйелерінің мазмұнында коллоидты химияның әдістерін
қолдану, алынатын мұнай өнімдерінің сапасына мұнай шикізатын қайта
өңдеудегі технологиялық жағдайлардың әсер етуінің және мұнай дисперстік
жүйелеріндегі жоғары температуралық (вакуумдық қайта айдау, кокстеу) және
төмен температуралық (деасфальттау, депарафиндеу, компаундирлеу, селективті
тазалау) фазааралық алмасумен байланысты мұнай технологиялық өндірісінің
идентификациясы үшін сарамандық мәні бар технологиялық процестің
эффективтілігі жайында жалпы және комплексті ақпараттарын береді.
Дисперстік жүйелердің фазааралық алмасуына әсер етуші факторлардың ішіндегі
кең тарағандары – температура, қысым, белсенді қосындыларды енгізу,
механикалық және ультрадыбыстық өрістерді қолдану.
Анықталған топтық құрамында және ішкі шарттардың қосындысы кезінде
мұнай дисперстік жүйесі оның эксплуатациялық және физикалық-химиялық
қасиеттерінің өзгеруінің экстримумына сай келетін оптимальды құрылысқа ие
болады. Экстремальды күйге ауысу фазалардың беттік бөлінуі мен фазааралық
энергияның өзгеруі сәйкесінше, сольватты қабаттың құрылыстық бірлігі мен
құрамының молекулалық құрылысының өзгеруімен бірге жүреді. Мұнай
дисперстік жүйелерінің сыртқы ортақосынды әсер етуінің салдарынан
экстремальды күйге ауысуы - мұнай технологиялық өндірісінің
идентификациясының негізі.
1.1 Коллоидты-дисперсті құрылысы
Мұнай жүйесіндегі дисперсті фазалардың қалыптасуы жүйенің физикалық-
химиялық қасиеттерін, сонымен бірге спектральды қасиеттерін зерттеу
кезіндегі көмірсутектердің молекулааралық әсерлесуге бейімділігіне
негізделеді. Бірақта көпкомпонентті мұнай жүйесінің зерттеулерінде
молекулалааралық әсерлердің әр түрлі формаларының спектрларында
болуының себебінен соңғысы аз эффективті. Көпкомпонентті көмірсутектік
жүйелерде молекулааралық әсерлесуді бағалаудың қажеттілігі арнайы өңдеу
әдістерін, олардың теориялық жазбасы мен тәжірибелік әдістемесін талап
етеді. Молекулааралық әсерлесу жөнінде түсініктің қазіргі кездегі деңгейіне
сәйкес олардың табиғаты ескерілген жағдайда екі молекула үшін олардың
сандық көрсеткіші көрінуі мүмкін. Леннарда-Джонстың теңдігі түріндегі
теориялық қатынас екі микроскопиялық шарлардың әсерлесуі секілді екі
молекулалардың әсерлесуін сипаттайды. Екі изолирленген молекулалардың
әсерлесуінің потенциалдық энергиясы U олардың орталықтары арасындағы
қашықтықтығына Н тәуелді. Сонымен, бұрыннан белгілі 21 кДжмоль шамасындағы
түзілетін энтальпиямен сипатталатын О - Н ... О түріндегі байланыстармен
мына түрдегі С – Н ... О және С – Н ... С сутектік байланыс түзілетіні
бекітілген, бұлардың түзілу энтальпиясы шамамен О – Н ... О байланысының
энтальпиясымен салыстырғанда төмен. Молекулалық ассоциаттардың түзілуіне
негіз болған сутектік байланыс болып табылады. Энергия түзілуімен
байланысты көміртек атомының түріне тәуелді (біріншілік,
екіншілік, үшіншілік) 2-4 кДжмоль сутектік байланыс есебінен С – Н ... С
сұйық алкандардың ассоциациясы табылады.
Құрамы бойынша күрделі көп компонентті мұнай жүйелерінде молекулалардың
коллективті әсерлесуі жүреді, олардың теориялық жазылуы өте қиын және әлі
де шешілмеген міндет немесе мәселе болып табылады. Мұнай жүйесіндегі төмен
және жоғары молекулалық молекулалардың коллективті әсерлесуінің нәтижесі әр
түрлі типті құрылымды элементтерінің модельді көрсеткіштер көмегімен
қалыптасуымен сипатталады. Мұнай дисперстік жүйелерінің құрылымды
элементтерінің түсінігі мақсатында, жалпы жағдайда, күрделі құрылымды
бірлік термині бекітілген.
Құрылымды бірлік сфера тәрізді құрылысты элемент екендігі көрінді,
оның қалыпты жағдайларда өзіндік өмір сүруге қабілеті бар. Күрделі
құрылымды бірліктің құрамында ішкі аймақ (немесе ядро) және ядроны қаптап
тұрған сольватты қабат.
Мұнай дисперсті жүйесіндегі құрылымды бірлік классификациясы 1-кестеде
көрсетілген. Күрделі құрылым бірлігінің ішкі аймағы кристаллитпен,
ассоциатпен, газды фазаның көпіршіктерімен көрсетілген. Соңғы екеуіне
қарағанда карбендер мен карбоидтердің кристалиттерінің айырмашылығы олардың
молекулалық құрылысы қайтымсыз, сыртқы факторлардың әсерінен молекулалық
күйге дейін ыдырауға тұрақты болады.
1-кесте.
Мұнай дисперстік жүйесіндегі құрылымды бірлік классификациясы.
Құрылымды бірліктің құрамы МДЖ Мысалдар МДЖ
түрі қасиеті-
нің
өзгеруі
Ішкі облыс Сольватты қабат
Күрделі құрылымды бірлік
Кристаллит Полициклды ҚайтымсыззолМұнай
(карбендер,карбоид-таарендер,цикл о-алкьдер пектері —
р) андар
Ассоциат Моноциклды алкан-Қайтымды Май, отын Экстре-ма
(асфальтендер,поли-цициклоалканда р гельдер мен фракция-ларыльды
клды арендер мен зольдер ,мұнай
циклоалкандар) қалдығы
Газды фазаның Көмітсутектер-діңҚайтымды Қыздыруға Экстре-ма
көпіршіктері барлық түр- газды ұшырайтын льды
лері эмульсия сұйық
мұнай
өнімдері
Мицелла
Мұнай көздеріндегі Мұнай көздерін- Қайтымды Ерігіштігі
негізгі БАЗ-дың дегі негізгі мицелла аз БАЗ-дың
дифильді полярлы БАЗ-дың дифильді ерітінді- мицелла —
топтары полярсыз көмір- лері ерітінді-
сутек бөліктері лері
1.2 Агрегаттық тұрақтылығы мен құрылымды-механикалық беріктігі
Мұнай және олардың фракцияларының коллоидты химиясының негiзгi
мәселелерiнiң бiрi мұнай дисперстік жүйелерiндегi әртүрлi тектiң кеңiстiк
құрылымдарын зерттеу және олардың деформация және берiк секілді механикалық
қасиеттерiнiң түрлi қабылдауларымен реттеу болып табылады. Осы мәселенi
шешудің қажеттiлiгi коллоидты химияның дербес облысы - мұнай бытырамалық
(дисперстік) жүйелерiнiң физикалық-химиялық механикасының қалыптасуына
мүмкiндiк туғызды.
Түбегейлi эмпирикалық материалдың жалпылануы жұмыста макрореология
тұрғысынан көп компоненттi мұнай бытырамалық жүйелерiндегi температураның
өсуi құрылымды-механикалық берiктiгінің өзгеруiне әкеледi. Зерттелетiн
мұнай жүйесiнiң құрылысына байланысты әр түрлi және битумдар үшін мұнай
тұтқырлығы ығысу жылдамдығына тәуелдi болмайтын толық қиратылған
құрылымдағы ньютонды әдетпен сипатталады.
Мұнай жүйесi температуралар төмендеуімен бiркелкi балқытпаны
реологиялық көзқарастан ерекшелеуi, жүйенiң жiктелуiне алып келген қатты
көмiрсутектерге қарағанда сiңiмдi болып қалыптасады. Қалыптасатын
құрылымдық элементтерiнiң
өзара әрекеттесуі тұтқыр пластикалық ағымы бұзылатын құрылымды және шектi
ығысу кернеуiнің түзілуіне әкеледi. Молекулаүстi құрылымдардың арасындағы
коагуляция байланысуларын құрастыру жылдамдығы, мұндағы температураның
төмендету шарасы бойынша механикалық жүктеменiң әсерi мен олардың
бұзылуының жылдамдығынан артық болады.Бұл кезде мұнай жүйесi қозғалғыштығын
жоғалтады және аз берiктiкпен және тиксотропиямен сипатталатын коагуляция
құрылымды болып табылады.
Метатұрақтылық күйлері жүйесінде температураның жоғарылатуы кезінде де
пайда бола алады. Бұл жағдайдағы қанықтыру құрылымдық бiрлiктері, яғни
кристаллиттер термополиконденсациялық процестерiнің пайда болуының
нәтижесiнде болады. Кристаллиттердiң концентрациясынан кейін кризистiк
ығысу кернеуi бар аномалиялды сұйықтық қалыптасады.
Ал асфельтен, карбен, карбоидтердің молекулаүстi құрылымдары химиялық
өзара әрекеттесулерiнен болады және көбiктердiң бекiтiлмеген түрiнiң
кристаллдану құрылымдарының тығыздалуы реакцияларының нәтижесiнде құрылымды-
механикалық берiктiгiнiң қатты өсуiмен жүреді.
Мұнай бытырамалық жүйелерiнiң құрылымды-механикалық берiктiгiн анықтау
үшiн Вейлера-Ребиндердiң әдiстерін қолданады, олар конустық пластометрдiң
әдiсi, жазық параллель дискілер әдiсі, ротациялық вискозиметрия әдiсi.
Әдiстердің таңдалуы мұнай бытырамалық жүйелерiндегiнде құрылымдық
бiрлiктердiң толтырылуы дәрежесімен анықталады және тәжiрибенiң өткiзілуі
температурамен анықталады.
Жеткiлiктi түрде су қосылған лиофиль мұнай бытырамалық жүйелерiн
сипаттау үшiн агрегаттық орнықтылық факторлары ұғымын пайдаланады.
Беріктік факторы дисперстік ортаның көлемiндегi бөлшектердiң үлестiрiлуiн
даралық және бiр қалыптылығын сақтау белгiлi бiр уақыт ішінде дисперстiк
фазаның мүмкіндігін сипаттайды. Орнықтылық факторы төмен температуралы және
жоғары температуралы облыстар үшін әр түрлi түрiмен анықталады. Сараман
мақсаттары үшiн бұл ыңғайлы эмпирикалық параметрлер.
Оның агрегаттық орнықтылығынын анықтамасына негiзделген майлардың
жұмысқа қабiлеттiлiгiн бағалауға жаңа тәсіл ұсынылған. Физикалық
тұрақтылықтың белгiсiнiң атауын алған тиiстi параметр
барлық түрлерi бар дисперстік ортаның өзара әрекеттесуiн есепке алумен және
дисперстiк фазаның формалары мен жағатын майды физикалық тұрақтылықты
бағалауға интегралды мүмкiндiк бередi
Мұнай бытырамалық жүйелерiнiң құрылымдық қасиеттерiнiң бағалау
белгiлерiнiң өңделуi, факторлар қатарының әсерiмен реттеуге мақсатты түрде
мүмкiндiк бередi.
Диссоциацияның нәтижесiнде ескi және жаңа молекулааралық байланыстардың
құрылуы сыртқы факторлардың әсерiмен құрама жиiрек күрделi құрылымдық
бiрлiктiң келiсушi өлшемдер өзгеруi болады: сольватты қабат және
молекулаүстi құрылым. Молекулалық және молекулаүстi деңгейлерiнде
өзгерiстерi жаңа энергетикалық күйін анықтап, мұнай бытырамалық жүйелерiнiң
макроскопиялық физикалық-химиялық қасиеттерiн тиiстi өзгерiстерін
көрсетеді, олар агрегаттық беріктік, құрылымды-механикалық сипаттамалар.
Мұнай бытырамалық жүйелерiн өңдеу технологиясының тәжірибе есептерiнiң
бірқатар мәселелерін шешу үшiн әртүрлi факторлар
арқылы құрама жиiрек күрделi құрылымдық бiрлiктiң өлшемдерiнiң байланысына
мақсаттылық ықпал ету керек. Қалыңдық өсiмiнің қатынасы жiктерінің құрылуы
шексiз аз жылдамдықта деп есептей отырып, жұмыста кинетикалық теңдеулердiң
жүйелерi алынды. Оларды құрастыру көмегiмен агрегаттық орнықтылықты өзгерiс
және мұнай бытырамалық жүйелерiнiң құрылымды-механикалық берiктiгiне
сәйкес келетiн сольват қабатының қалыңдығы H мен молекулаүстi
құрылымының радиусының R өзгерiстерi қарастырылады.
Белгілі бір шарттарда мұнай жүйесi нақтылы күйiнде фаза бөлiнiсiнiң
бетiнiң ең үлкен мәні сипатталатын қысаң күйге көшедi. Бұл жағдайда
молекулаүстi құрылымын өлшемі Rмин, сольватты қабаттың қалыңдығы максималды
түрде Hмакс. Томсон-Кельвиннің теңдеуiне сәйкес молекулаүстi құрылымды
беттiң маңызды майысуы фазалық ауысымдар температураларының тепе-теңдiк
шамаларынан түбегейлi ауытқу көрсетіледі. Осылай, депрессаторларды
енгiзумен 50-70 градусқа мұнай жүйелерiнiң қату температурасын төмендетуге
болады.
Бірінші қысаң күйден екіншісiне өткелi тұрған молекулаүстi құрылымды
радиустың максимал үлкеюi және сольватты қабат жуандығының төмендетуiмен
бейнеленедi. Молекулаүстi құрылымды өлшем Rмакс және сольватты қабығы Hмин
тең. Молекулаүстi құрылымды өлшемнiң үлкеюi қату температураларының жақын
тепе-теңдiк мәндерiне және мұнай жүйелерiнiң қайнауын көрсететін оның
бетiнiң қисайғандық дәрежесiнiң төмендеуіне бағытталады.
Молекулаүстi құрылымды радиустың қысаң өзгерiстерi және жуандық
сольватты қабат қалыңдығы құрылымды - механикалық берiктiктiң тәуелдiлiгi
және мұнай жүйесiнiң агрегаттық орнықтылығын сипаттауға ықпал етедi. Бұл
қасиеттердiң өзгеруі
көптеген мұнай өнiмдерiне сай келеді. Фазадағы қабыршақтануы кезінде мұнай
бытырамалық жүйелерiнiң орнықтылығы максимал: сольватты қабаттың
қалыңдығы Нмакс мәнде болады, соның арқасында бұл қабыршақтану процесінiң
қозғаушы күшiн азайтады. Молекулаүстi құрылымдардың арасындағы дисперстік
ортаның қалың қабаты бiрiншi минимумға жететiн мұнай бытырамалық
жүйелерiнiң құрылымды - механикалық берiктiгiн төмендетедi. Молекулаүстi
құрылымдардың беттегі сольватты қабаттар фазадағы жүйенiң қабыршақтануының
қозғаушы күшiн жоғарлатады. Сольватты қабаттың негізгі бөлігін жойғаннан
кейін дисперстік орта молекулаүстi құрылым әрекеттесіп, оның толық қиратуы
жүреді.
Күрделi құрылымдық бiрлiктер бiрiншi және екiншi қысаң күйлерде
болғандағы жағдайлар ғылыми және тәжірибелік көзқарастары бойынша өте
маңызды.
Қамтамасыз етілетiн шарттарда Rмин жағдайында және сәйкесiнше ең үлкен
фаза бөлiнiсiнiң бетi фазааралық энергияның түбегейлi өзгерiсiнсiз, фазалық
құрылым үшiн қажеттi төмен температуралы қасиеттердiң қамтамасыз етуi бар
мұнай өнiмдерi, айыру және ең жақсы шарттары бар мұнай ерiтiндiлерiнiң
ректификациясының компаундеуінің процестері тиiмдi ағады.
Екінші қысаң күйде молекулаүстi құрылымда радиус фазадағы мұнай
бытырамалық жүйесiнiң бөлiнуi үшiн шартты қамтамасыз етуге қатысты
технологиялық үдерiстердi қатардың өткiзуi Rмакс орынға жетеді.
1.3 Түзілу жолдары
Мұнай - табиғи көпкомпонентті органикалық сұйық. Ол негізінен
нафтендік, ароматтық және парафиндік көмірсутектердің қоспалары болып
табылады. Мұнай
құрамында сонымен бірге көмірсутектердің туындылары да: оттек-, күкірт-
және азоткосылыстары, тотығу реакциялары мен тотығу коңденсациясының
жоғары молекулалық өнімдері, металлорганикалық қосылыстар , көміртектік
бөлшектер (карбендер мен карбоидтер) және басқа да заттар болуы
мүмкін. Шикі мұнай құрамында сонымен бірге су, бейорганикалық
тұздар, тау жыныстарының бөлшектері мен газдар болуы мүмкін. Бұл
компоненттердің мөлшері әрқалай
болып келеді, олар мұнай кен орнына байланысты. Балқу температуралары
жоғары компоненттер - көмірсутектер мұнай немесе мұнай өнімдері
құрамынан дисперстік бөлшектер түрінде бөлініп алынуы мүмкін.
Дисперстік жүйелердің екінші бір қоры – ол жеке компоненттердің шекті
еруі. Олардың шекті концентрациясын арттырғанда олар ерітіндіден
бөлінеді. Бұл көмірсутектердің терең тотығу процесі мен
конденсациялануы өнімдеріне қатысты. Мысалы, коллоидтық күйде
асфальтендер, жоғары молекулалық шайырлар және концентрациялары мицелла
түзудің критикалық концентрациясынан жоғары жатқан әртүрлі БАЗ
болады.
Мұнай дисперстік жүйелері түзілуінің үшінші бір жолы алғашқы
екеуімен тығыз байланыста, бірақ ол майлар көмірсутектеріне тән. Мұндай
майлардың тығыздығы молекулалық массаларына қарамастан (450-650) өте жоғары
және температура төмендеген сайын күрт өсіп отырады. Мысалы, температураны
20°С-тан 10°С дейін төмендеткенде майлардың тығыздығы 5-10 есеге немесе
одан да көп есеге өсуі мүмкін. Бұл қасиетін былай түсіндіруге болады:
майлы көмірсутектер мен майлардың молекулалары ассоциацияланған, яғни өзара
физикалық тартылыс күштері немесе молекулалық тізбектер арқылы байланысқан.
Температура төмендеген сайын молекулалардың ассоциациялануы арта түседі,
өйткені, біріншіден, молекулалардың жылулық қозғалысы бәсеңсиді. Екіншіден
бір-бірімен байланысқан молекулалар тармақтарының қозғалуы баяулайды.
Мұнай дисперстік жүйелері түзілуінің төртінші жолы - көмір және минерал
бөлшектері мен су. Бұл табиғи бөлшектердің көбісі кездейсоқ
жағдайда түзіледі және олар мұнайды тұндыру, сусыздандыру және
тұзсыздандыру барысында жүйеден бөлініп шығады.
Демек, мұнай - көпкомпонентті күрделі дисперстік жүйе. Мұндай жүйеде
дисперстік фаза мен дисперстік ортаның өзара салмақ қатынасы температура
мен концентрацияға байланысты үнемі өзгеріп отырады. Дисперстік фазаның
жеке бір түрлері өзара әрекеттеседі. Мысалы, шайырлар асфальтендерді
тұрақтандыруы, ал БАЗ молекулалары қатты бөлшектер бетіне адсорбциялануы
мүмкін. Көмірсутектік майлардың ассоциациялануы динамикалық кұбылыс болып
табылады, олар мен мұнайдың басқа компоненттері арасында бөлу беттері
болмауы мүмкін, яғни олар бөлшектер түзбеуі ықтимал
1.4 Мұнай өнімдерін алу процестеріне әсері
Мұнай шикiзатының коллоидты - дисперсті құрылысы туралы теориялық
ұсыныстардың негiзiнде жаңа технология - мұнай бытырамалық жүйелерiнiң
өңдеу технологиясы дамиды. Мұнай молекуларалық ерiтiндiлерiнiң қайта өндіру
технологясынан айырмашылығы, оның сипатты белгiсi - мұнай өнiмдерi шығуға
және сапа бойынша ұтымды қайта өңделетiн мұнай бытырамалық жүйелерiнiң
экстремальды күйдегі шарттардың жүзеге асыру барысында пайда болады. Жаңа
технология белгiлi технологиялық үдерiстердi көпшiлiктiң интенсификациясы
үшiн қолдана алады: мұнайдың алғашқы өңдеуiнiң әзiрлеулерi; тазартулар және
мұнай өнiмдерiнiң бөлiнуi; деструкциялық және мұнай шикiзатының айналулары;
тауарлық мұнай өнімдерінің компаундирленуі және даярлаулары.
Өндiрiлетiн мұнайда су, механикалық қоспалар, минералды тұздар да
болады. Өңдеуге түсетiн мұнай эмульсиясы құрғатуға және тұзсыздандыруға
түседі. Мұнай эмульсияларының ерекше белгiлерiмен суспендирлеген қатты
бөлшектердiң коллоид күйiндегi олардың полидисперстілігінің болуы,
құрылымдық бiрлiктердiң төмен температурада құрастыруы болып табылады.
Мұнайда су тамшысының дисперстеулері процесте 1%-да 1 л-ге полидисперсті
глобулалардың триллионына дейiн құрастырады , мұнай эмульсиясы үлкен фаза
бөлiнiсiнiң бетiн алуға құрастыратын 0,1-10 мкм радиустары бар жоғары
дисперсті эмульсия болып табылады. Егер бұл процеске факторлардың қатары
кедергi келтiрмесе фазааралық энергияның жоғары мәндерi судың
глобулаларының коалесценсиясы көрінеді: құрылымды-механикалық тосқауыл,
дисперстік ортаның тұтқырлығының жоғарылауы. Суды пiшiндi түрлер жүйесiнде
фаза аралық жiктердiң құрылымды-механикалық берiктiгiн жоғарылату
анықталған - саз бөлшектерiнiң қосымшасына мүмкiндiк туғызады. Мұнай
эмульсияларының агрегаттық орнықтылығы мұнай тегiнiң бар болуымен
қамтамасыз етiледi: осылай, ромашкин мұнай эмульсияларының эмульгаторлары
және арлан мұнайында шайырлы - асфальтен заттар болып табылады, манғышлак
мұнайының эмульсиялары – құмартқан.
Мұнай эмульсияларының бұзылуының тетiктері бiрнеше кезеңдерден тұрады:
олардың жартылай коалесценсиясы, фазаға дейiн толық қабыршақтануы,
эмульсияның агрегаттық орнықтылығын төмендету мен су глобулалардың
арасындағы соқтығысуы, құрылымды-механикалық тосқауылдың жеңуi.
Технологтардың есебі сәйкесiнше бұл процестiң әрбiр кезеңi үшiн ұтымды
шарттардың қамтамасыз етуiнде тұрады, атап айтқанда: топтық мұнай құрамы
анықталатын деңгейге дейiн, кейбiрiне олардың дисперстік ортасының
тұтқырлықтарын төмендету, температурасын жоғарылатуында құрылымдық
бiрлiктердiң бұзылуы бiр уақытта жетедi; жуып тазартатын суды енгізгенде
қалдық қабаттық суды минералданудың дәрежелерiн кiшiрейту; тиiстi
мөлшерлерiнiң енгізілуімен құрылымды-механикалық тосқауылдың жойылуы.
Мұнайларды тұзсыздандыруға және құрғату бойынша технологиялық қабылдауларды
әбден жетiлдiру үшiн құрылымдық бiрлiктердiң құрастыруының шарттарының
зерттеуi бойынша әрі қарай зерттеулердiң қойылуы керек болады, құрылымды-
механикалық тосқауылға өзара әрекеттесулер олардың су және глобулалардың
құрылымдық бiрлiктерінiң ықпалынан болады.
Түзу және мұнайларды вакуумда айыруының жанында құрылымдық бiрлiктердiң
құрастыру мүмкiндiгі iс жүзiнде есепке алынбайды. Жарыс және мұнайларды
ректификацияның сұрақтардағы бас ықыласы буды тепе-теңдiктiң зерттеуiне
дәстүр бойынша бiлдiрдi - сұйық, тәуелдiлiктiң компоненттерiнiң оның құрамы
және сыртқы шарттарынан қысымның есептеулерiне, технологиялық есептеулер
үшiн негiзiн қалайтын болып табылады. Құрғаған мұнайдағы қазiргi
ұсыныстарымен сәйкес газ жасау және жоғары температуралы ассоциат
құрылуының процесiндегi құрылымдық бiрлiктерi жоғары температураларда
қалыптаса алады.
Мұнайларды қыздыруды шара бойынша газды көпiршiктердiң түрiндегi ұшқыш
компоненттердiң ерекшелеу процестерімен салыстырғанда ассоциаттар түрдегi
дисперстiк фазаның бөлшектерiн құрастыру процестерi басым болады.
Көпiршiктер және ассоциаттарды өлшемдері әр түрлi қабылдаулармен реттеуге
болады. Теориялық пiкiрлерден және жоғары молекулалық қосылыстардың
бөлiнуiнiң айқындығы болатын жоғары қысаң күйге мұнай жүйелерiнiң
аудармасында жете алатынын күту керек. Әр түрлi технологиялық әдiстердi осы
мақсатта қолданады: нақтылы байланыста мұнай құрамы бойынша айыратын
компаундирлеу, жүйедегi әр түрлi қосымшалардың жүйесiне әсері, қысымның
өзгеруi, механикалық, электр, ультра-дыбыс өрiстердiң жүйесiне әсер енуі.
Осылай, қабылдауды бос тұруы нәтижесінде ендi - әр түрлi мұнайлардың
нақтылы байланысындағы араластырулары - өнiмдердiң ашық шығуын үлкеюі
аддитивтiктiң ережесі бойынша алған 3-5% салыстырғанда есептi мәлiметтермен
құрайды. Мұнайлар және мұнай қалдықтарының қысаң күйiндегi айыру
дистилляция фракциясы және айыруды қалдықтың аралығында көмiрсутектердiң
сандық және сапалық басқа үлестiрiлуi ескертедi. Сайып келгенде, айыру ендi
мүмкiндiк кезеңде өндiрiс және каталитикалық крекингтiң келесi май
процестерi үшiн шикiзат сияқты дистилляция фракцияларының сан және сапасына
ықпал етуге көрiнедi, коксты айыру, таушайырларды өндiрiс үшiн шикiзат
ретiнде қолданылатын қалдықтардың шығуы.
2 Мұнайдың молекулалық құрылымы
Мұнай - дисперстік ортадан және дисперстік фазадан тұратын коллоидтық
жүйе. Дисперстік орта деп құрамында ұсақ бөлшектер таралған бірыңғай фазаны
айтады. Ал дисперстік фаза деп дисперстік ортада ұсақ бөлшектер түрінде
таралған фазаны айтады. Мұнай жүйелерінде дисперстік ортаның рөлін су
немесе төменгі және орташа молекулалық массалы көмірсутектер атқарады, ал
дисперстік фаза болып шайыр - асфальтендік заттар саналады.
Молекулааралық әрекеттесу күштерінің әсерінен шайыр-асфальтендік заттар
ассоциаттар-конденсирленген ароматтық көмірсутектер қатпарларын түзеді.
Мұндай қатпарлар сұйық көмірсутектік фазада таралып, мұнай бөлшектерінің
ядроларын құрады. Шайырлар мұнай бөлшектерінің бетін қаптап, сольваттық
қабат түзеді. Сонан соң шайырлар бетіне орташа молекулалық массалы
көмірсутектер адсорбцияланып, өтпелі қабат түзіледі (1 сурет).
1-сурет. Мұнайдың молекулалық құрылымы.
Бұл қабатта молекулаларды бір-бірімен байланыстыратын, дәлірек айтқанда
молекулалар арасындағы тартылысты қамтамасыз ететін күштер өте әлсіз десе
де болады. Сондықтан молекулааралық әрекеттесу нәтижесінде түзілген мұндай
жүйелер термодинамика тұрғысынан алғанда тұрақсыз болып саналады, олай
болса бөгде зат немесе материал әсерінен олар оп-оңай бұзылуы мүмкін. Сонда
бөгде заттың немесе материалдың рөлін мұнай сақтайтын ыдыстың немесе мұнай
тасымалдау құбырының қабырғасы атқара алады. Сол себептен мұнайды
тасымалдамас бұрын оның құрамына тұрақтандырғыш заттар қосу арқылы
тұрақтылығын арттыру керек.
Мұнай жүйелерінің кұрылымдарын зерттеу үшін оптикалық (рентген
сәулелері), электрондық (кондуктометрия) және фракциялау (біртіндеп тұнбаға
түсіру, сатылы экстракция, гель-өтпелі хроматография) әдістерін қолданады.
Жоғарыда аталған әдістерді физика-химиялық әдістермен ұштастыру мұнай
жүйесінің кұрылымы туралы толық мәліметтер алуға мүмкіндік береді. Мұнай
дисперстік жүйелерінің бұзылуға (фазалық бөлінуге, тұнба түзуге)
бейімділігі бойынша бір-бірінен үлкен айырмашылығы болуы мүмкін. Мұнай
дисперстік жүйелерін зерттеу олардың кұрамындағы дисперстік бөлшектердің
өлшемін және олардың өлшемдері бойынша таралуын анықтауға мүмкіндік береді.
Мұндай мағлұматтар технологиялық процестер үшін шикізат таңдау, тауарлық
өнімдер даярлау (компаундау), мұнай дисперстік жүйелерін (мысалы,
мазуттарды, крекинг-қалдықтарын және т.б.) сақтау, пайдалану және қайта
өңдеу барысында қажет болады.
Мұнай өндіру, тасымалдау және өңдеу процесінде дисперстік жүйелер мен
беттік құбылыстардың маңызы зор. Көптеген мұнай өнімдері, мысалы битумдар
мен пластикалық жаққыштар, осындай жүйелерге жатады. Мұнай өнімдерін өндіру
және пайдалану барысында коллоидтық химияның заңдылықтарын қолдана отырып
олардың қасиеттерін жақсартуға және сапасын арттыруға болады. Соның
нәтижесінде мұнай өнімдерінің шығынын күрт азайтуға мүмкіндік туады.
Мұнай мен мұнай өнімдері - өзіндік қасиеттері бар,басқаларына ұқсамайтын
өзгеше дисперстік жүйелер болып саналады.
2.1 Коллоидтық бөлшектер қасиеттері
Молекулалар мен атомдар - заттардың негізгі қасиеттерін бойында
сақтайтын бөлшектер болып саналатыны белгілі, алайда жеке атомдар заттың
маңызды қасиеттерін, мысалы оның агрегаттық күйін анықтай алмайды. Тек қана
молекулалардың өте көп санына қатысты (молекулалық-кинетикалық теорияға
сәйкес ) қатты заттар, сұйықтар немесе газдар туралы айтуға болады. Өйткені
заттың агрегаттық күйі бөлшектердің қозғалғыштығына және олардың өзара
әрекеттесуіне тікелей байланысты. Агрегаттық күйді анықтайтын молекулалар
саны олардың қасиеттеріне және температураға да байланысты. Сондықтан
белгілі бір агрегаттық күйдегі заттың ең кіші бөлшегі құрамында кем дегенде
20-30 молекула болуы тиіс деп саналады. Төменгі молекулалық заттардың
мұндай бөлшектерінің диаметрі 10-60 А.
Өлшемі осындай бөлшектерге ерекше қасиеттер тән. Мысалы, сұйықта
(немесе газда) мұндай бөлшектер қоршаған ортаның молекулалары сияқты
үздіксіз қозғалыста болады. Бұл қозғалыс оны бірінші ашқан ғалымның
құрметіне броундық қозғалыс деп аталады. Броундық қозғалыс ортаның
молекулаларының бөлшекке соқтығысуының нәтижесі болып саналады. Бөлшек өте
кіші болғанда оған жан-жақтан соқтығысатын орта молеулаларының соқтығысу
импульстары бірдей болмайды, сол себептен бөлшек молекулалардың соқтығысуы
көп жаққа қарама-қарсы бағытта қозғалады. Мұндай бөлшектердің қозғалысы
ретсіз.
Бөлшектердің өлшемі артқан сайын олардың массасы өсе түседі және орта
молекулаларының соқтығысу импульстарының салыстырмалы айырымы да азая
түседі. Броундық қозғалыс бәсеңси түседі. Сұйықтарда диаметрі 10 000-50 000
А°-нен аспайтын бөлшектер ғана броундық қозғалыста болады. Броундық
қозғалыс жасайтын, яғни өлшемі 10-60 А°-нен 10 000-50 000 А°-ге дейін
аралықта жататын бөлшектерді коллоидтық бөлшектер деп атайды.
Коллоидтық бөлшектерге көптеген ерекше қасиеттер тән. Олар көрінбейтін
болғандықтан, олардың сұйық ортадағы жүзінділері сырт көзбен қарағанда
шынайы ерітінділерге ұқсас. Сондықтан мұндай ерітінділерді коллоидтық
ерітінділер деп атайды. Коллоидтық бөлшектер ауырлық күштің әсерінен, тіпті
центрифугаға салып айналдырғанның өзінде де тұнбаға түспейді.
Бөлшектердің өлшемі ұлғайған сайын, яғни жоғары дисперстік бөлшектерден
біршама үлкенірек бөлшектерге (оларды дисперстігі төмен немесе дөрекі
дисперстік бөлшектер деп атайды) көшкенде жүйенің кейбір қасиеттері
секірмелі түрде өзгерсе, енді біреулері баяу өзгереді. Біріншісіне броундық
қозғалыспен байланысты қасиеттер жатады. Мысалы, коллоидтық ерітінділер
ұзақ уақыт бойы фазалық өзгеріске ұшырамайтындығы белгілі болса, ал
дисперстігі төмен бөлшектер өз еркімен ыдыс түбіне шөгеді. Біріншісіне
кинетикалық тұрақтылық тән, екіншісі кинетикалық тұрақты емес жүйе болып
саналады.
Коллоидтық ерітінділер кинетикалық тұрақтылығынан айырылып, соның
нәтижесінде жүйеде фазалардың бөлінуі болуы үшін бөлшектер бір-біріне
жабысып агрегаттар түзілуі тиіс. Агрегаттардың өлшемі дөрекі дисперстік
бөлшектердің өлшеміне шамалас келеді. Екінші жағынан егерде сұйық ортадағы
бөлшектердің концентрациясы өте үлкен болса, ол кезде бөлшектер бір-біріне
ыдыс түбіне шөгуіне кедергі жасайды да, дөрекі дисперстік бөлшектер фазалық
бөлінуге ұшырамайды. Коллоидтық ерітінділер сияқты, салыстырмалы түрде
тұрақты, дисперстігі төмендеу жүзінділер де дисперстік жүйелерге жатады.
Дисперстік жүйелерде дисперстік бөлшектер (дисперстік фаза) сұйық
(дисперстік) ортада ұсақ бөлшектер түрінде біркелкі таралған.
Дисперстік жүйелер коллоидтық ерітінділерге, суспензияларға,
эмульсияларға және көбіктерге бөлінеді. Суспензияларда қатты бөлшектер
сұйық ортада таралған, эмульсияларда бір сұйық екінші сұйық ортада ұсақ
тамшылар түрінде таралған, ал көбіктерде дисперстік фаза газ болып
саналады. Газ ұсақ көпіршіктер түрінде сұйық ортада таралған. Концентрлі
эмульсиялар мен көбіктердің қасиеттері дисперстік фаза бөлшектерін бір-
бірінен ажыратып тұрған жұқа сұйық қабыршақтарға байланысты.
Бөлшектер өте ірі (өлшемдері 50-100 мкм) болғанда, оларға әсер ететін
ауырлық күші де үлкен болады, сондықтан бөлшектер ұзақ уақыт көлемде
біркелкі таралған күйінде бола алмайды. Бұл дөрекі дисперстік бөлшектер
өлшемінің ең жоғары шекті мәнін анықтайды. Ал коллоидтық бөлшектер
өлшемінің төменгі шекті мәні ретінде бірнеше молекулалардан тұратын
агрегаттың өлшемін алады.
Коллоидтық бөлшектермен бірге өте ірі, яғни макромолекулалар да
белгілі. Олардың молекулалық массасы жүз мың, тіпті одан да көп болуы
мүмкін. Мұндай молекулалардың өлшемдері коллоидтық бөлшектердің өлшемдеріне
шамалас келуіне немесе тіпті одан да үлкен болуы мүмкін. Олардың сұйытылған
ерітінділері қасиеттері бойынша шын ерітінділерге ұқсас келеді. Ал біршама
концентрлі ерітінділеріне коллоидтық ерітінділерде байқалатын қасиеттер
тән. Мысалы, коллоидтық ерітінділерде де, макромолекулалар ерітінділерінде
де студень түзілуі мүмкін.
2.2 Беттік активті заттар
Коллоидтық бөлшектер қатарына беттік-активті заттар (БАЗ) молекулалары
түзетін бөлшектерді де жатқызуға болады. БАЗ молекулаларына ерітінді-қатты
дене немесе ерітінді-онымен араласпайтын екінші сұйық арасындағы бөлу
беттерінде шоғырланатын (жиналатын) қасиет тән.
БАЗ молекуласының беттік-активтігі оның қүрылысына байланысты. БАЗ
молекуласы екі бөліктен, полюсті сұйықтарда (суда) жақсы еритін полюсті
бөліктен және полюссіз сұйықтарда (көмірсутектерде) жақсы еритін полюссіз
бөліктен тұрады. БАЗ-ға майлы қышқылдарды, спирттерді және сабындарды
жатқызуға болады. Сызба-нұсқа түрінде молекуланың полюсті бөлігін дөңгелек
түрінде белгілейді де, ал полюссіз бөлігін-сызықша түрінде белгілейді (2, а-
сурет).
Полюсті және полюссіз, өзара араласпайтын екі сұйық арасындағы, мысалы
су мен май арасындағы бөлу бетінде БАЗ молекуласы былай орналасады.
Молекуланың полюсті бөлігі полюстігі жоғары сұйыққа (суға) қарай
бағытталады да, ал полюссіз бөлігі - полюстігі төмен сұйыққа (майға)
қарай бағытталады. Осылай бағытталу арқылы БАЗ екі сұйықта да бір мезгілде
ериді. Мұндай ерігіштік БАЗ молекуласының беттік-активтігін қамтамасыз
етеді.
Ерітіндіде БАЗ молекулалары өзара бірігіп ассоциат түзуі мүмкін.
Бастапқы ассоциациялану барысында молекулалардың ди-, үш-, және
тетрамерлері түзіледі (2, б-сурет). Сонда полюссіз сұйықтарда
молекулалардың полюсті топтары өзара әрекеттесіп байланысады, ал суда -
полюссіз топтары өзара әрекеттесіп байланысады.
а - БАЗ молекуласы; б - молекулалар димері; в - судағы БАЗ-ң шар тәріздес
мицелласы (тура мицелла); г - полюссіз сұйықтағы БАЗ-ң шар тәріздес
мицелласы (кері мицелла); д - полюссіз сұйықтағы БАЗ-ң эллипс тәріздес
мицелласы; БАЗ молекуласының полюсті (1) және полюссіз (2) - топтары.
2-сурет.
Беттік-активті зат (БАЗ) мицеллаларының сызба-нұсқасы
Біріншілік ассоциаттардан мицеллаларға өту ерітіндінің белгілі бір
концентрациясында секірмелі түрде іске асады. Мицелла түзілу үшін
ерітіндінің қажетті минимальды концентрациясын мицелла түзілудің критикалық
концентрациясы (ККМ) деп атайды.
Судағы ерітіндідегі мицеллада молекулалардың полюсті топтары мицелланың
сырт жағына қарай, ал полюссіз бөліктері - ішіне қарай бағытталып
орналасқан. Мұндай мицеллаларды тура мицелалар деп атайды. (2, в-сурет).
Полюссіз ортада, керісінше, молекулалардың полюсті топтары мицелланың
ішкі жағына, ал полюссіз бөліктері - сырт жағына бағытталып орналасқан (2,
г-сурет). Мұндай мицеллаларды кері мицеллалар деп атайды. Бұдан былай біз
оларды мицеллалар деп атаймыз.
Концентрацияның ККМ облысында мицелла шар тәріздес болып келеді.
Ерітіндінің концентрациясын арттырғанда шар тәріздес мицеллалар эллипс,
таяқша немесе пластинка тәріздес пішінге өтеді (2, д-сурет). Бұл кезде
мицелла
құрамындағы молекулалар саны артады. Көптеген ғалымдардың айтуына қарағанда
бұл да концентрацияның жоғары облысында секірмелі түрде іске асады.
Молекулалық (шынайы) ерітінділер өзінің біртекті құрамын шексіз ұзақ
уақыт бойы сақтай алатын, біртекті гомогенді жүйелерге жатады. Гомогенді
жүйенің мысалы ретінде қанттың судағы ерітіндісін немесе бензол мен
гептанның қоспасын қарастыруға болады.
Коллоидтық ерітінділер, суспензиялар, эмульсиялар, БАЗ-ң мицеллалық
ерітінділері сырт көзбен қарағанда біртекті болып көрінеді. Бірақ оларды
молекулалық деңгейде зерттегенде құрамында дисперстік бөлшектер болуы
нәтижесінде олар біртекті емес екендігін аңғаруға болады. Мұндай жүйелерді
микрогетерогенді жүйелер деп атайды. Құрамындағы ұсақ дисперстік фаза
бөлшектері броундық қозғалыста болуы нәтижесінде мұндай микрогетерогенді
жүйелер ұзақ уақыт бойы өзінің біртекті қасиетін сақтай алады.
2.3 Беттік құбылыстарға сипаттама
... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz