Абсорбция

Эмульсиялардың электрлік  қасиеті. Мұнай мен су таза күйінде электр тогын өткізбейді (диэлектрлі болады). Бірақта, судағы еріген тұздардың немесе қышқылдардың елеусіз құрамының өзі, оның электрліөткізгіштігін бірнеше есеге арттырады. Сондықтан мұнай эмульсиясының электрөткізгіштігі: су мөлшеріне, дисперстік дәрежесіне, қышқылдар мен тұздардың мөлшеріне негізделеді. Күштік өріс бойында орналасқан мұнай эмульсиясындағы су тамшылары күш сызығының бойында орналасып, осының әсерінен электрөткізгіштіктің тез ұлғаюына әкелетіні тәжірибе жүзінде дәлелденген. Эмульсияның осы қасиеті оны бұзу үшін электр ісін қолдануға себеп болады.

Мұнай эмульсияларының коагуляциясы, коалесценциясы және инверсиясы.

Инверсия – бұл фазалардың, яғни эмульсиялардың бір түрден екінші түрге өтуі.

Коагуляциясы – дисперсті  бөлшектерді молекулярлық күштер арқылы жабыстырып, біріктіріп үлкейту, ірілендіру.

Коалесценция – су немесе мұнай тамшыларының бір бүтін  болып қосылуы, яғни бөлшектердің коагуляциясы ең терең түрде жүретін кезеңі, осы кезде беттердің жанасуы толығымен жойылады [4].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Мұнай және мұнай өнімдерінің құрамындағы суды анықтау

әдістері

Мұнай құрамындағы су 60%-дан  да жоғары болуы мүмкін. Мұнай құрамында  су үш түрде: ерітінді, диспергирленген  және еркін түрде кездеседі. Мұнай  және мұнай өнімдерінде ерітінді судың болуы оның табиғатына және температурасына байланысты. Температураны  арттырған сайын көмірсутектердің суда ерігіштігі де арта түседі. Әсіресе, ароматты көмірсутектердің суда ерігіштігі өзге көмірсутектермен салыстырғанда едәуір басым. Мұнайда ароматты көмірсутектер саны неғұрлым көп болса, соғұрлым мұнайдың суда ерігіштігі жоғары болады.

Температураны төмендеткен  сайын мұнайдың суда ерігіштігі төмендейді де, суда дисперсті бөлшектер пайда  болып, олар сулы-мұнайлы эмульсиялар  түзеді. Монодисперсті эмульсияда су 74%-ға дейін шамада болуы мүмкін. Реалды жағдайда сулы-мұнайлы эмульсиялар  полидисперсті болып келеді. Мұнайды  жинап сусыздандыратын және тұзсыздандыратын қондырғыларда су мөлшері 3-5-тен 7-10 мкм шамасында өзгеруі мүмкін. Бұл өлшемдер мұнайды сусыздандырудың  гидродинамикалық және т.б. тәсілдері  кезінде өзгеріске ұшырайды. Аталған  көрсеткіштер жыл сайын мұнай  ұңғымаларында 5-12 мкм аралығында өзгереді. Мұнайда судың мөлшері 97% жетуі  мүмкін, бірақ бұл жағдайда мұнай  сумен тұрақты эмульсия түзеді, сондықтан  мұнайда су мөлшері тек 60% болады [9].

Мұнай эмульсиясының басты  көрсеткіші – оның тұрақтылығы. Мұнай  эмульсиясының тұрақтылығы бірнеше  факторларға байланысты, соның ішінде ол эмульгаторларға тәуелді болып  келеді. Бұл заттар фаза беттерінде адсорбтелініп, фазааралық беттік тартылысты нашарлатып мұнай эмульсиясының  тұрақтылығын арттырыды. Эмульгаторлар  мұнай құрамында кездеседі. Көбінесе осы класқа жататын қосылыстарды беттік активті заттар деп атайды. Аталған мұнай компоненттеріне  мұнай қышқылдары мен шайырлы  қосылыстарды жатқызады.

Сулы-мұнайлы эмульсиялардың түзілу үрдісі кезінде беттік активті  заттар рөлін мұнайда коллоидты  күйде болатын жұқадисперсті  қатты қосылыстар атқарады. Оларға асфальтендер, микрокристалды парафиндер, темір сульфидтері және т.б. қоспалар жатады. Бұл қоспалар тамшы бетінде  коалесценцияға қарсы тұратын механикалық  қабықшалар түзеді.

Сулы-мұнай эмульсиясының  стабилизациясы эмульсия түзетін заттар тамшысының беттік адсорбция заңдылықтарымен  анықталады. Эмульсияның түзілу уақыты бірнеше факторларға байланысты. Эмульсияның түзілу уақыты кезінде  эмульсия қабатының беріктігі артады.

Эмульсия тұрақтылығы  мұнайдың фракциялық құрамына байланысты. Мұнайда ашық түсті фракциялар көп  болған сайын оның тұрақтылығы да нашарлайды, эмульсиядағы мұнай мен  судың тығыздықтарының айырмашылығы артады. Тұтқырлығы жоғары мұнай эмульсиясының  тұрақтылығы да жоғары болады, себебі, дисперсті ортаның  тұтқырлығы жоғары болып, коалесценцияға ұшырайды.

Мұнаймен салыстырғанда  мұнай өнімдерінің құрамында  су мөлшері аз кездеседі. Мұнай өнімдерінің  суға қарағанда еріткіштік қасиеті  нашар. Жағар майларда судың аз мөлшерінің кездесуінің өзі жағар майдың жанасатын бетін неғұрлым коррозияға тез ұшыратады (мысалы, беті металдан жасалған заттар). Матор жағар майларында судың аз мөлшерінің кездесуі төмен  температура кезінде жағар майда  мұз кристаллдарын түзуіне әкеледі.

Мұнай және мұнай өнімдеріндегі  суды анықтаудың екі әдәсә бар: сапалық, сандық.

Сапалық әдіспен тек эмульсияны емес, сонымен қатар еріген судың  мөлшерінде айқындайды. Сапалық әдіске мөлдірлілік, Клиффорд, шайқау тәсілдері  жатады. Аталған тәсілдердің ішінде жие қолданылатыны –шайқауға арналған үлгі.

Сандық әдіспен мұнай  және мұнай өнімдерінің келесі қасиеттерін: тығыздығын, тұтқырлығын, беттік керілуін, диэлектрлік өтімділігін, электрөткізгіштігін, жылуөткізгіштігін, т.б. анықтауға болады. Сандық әдісті тікелей және жанама тәсілдерге бөледі. Тәкелей тәсілге  Дина және Старк әдісі, центрифугирлеу, гидрокальций немесе Фишер реактивімен  титрлеу, қыздырылған кальций хлоридімен анықтау жатса, ал жанама тәсілді диэлькометрлік, ИК-спектрофотометрлік, кондуктометрлік және колориметрлік әдістермен жүргізеді [3].

 

3.1 Шайқауға арналған үлгімен мұнай немесе мұнай өнімі құрамындағы суды анықтау әдісі

Жұмыстың мақсаты: мұнайдағы суды сапалық әдіспен анықтау.

Құрал-жабдықтар:Диаметрі 10-15, биіктігі 120-150 мм пробирка;

термометр,термостат.

Мұнай немесе мұнай өнімін 150⁰С дейін қыздырған кезде көпіршіктің пайда болуы мұнай немесе мұнай өнімі құрамында судың болуын дәлелдейді.

Диаметрі 10-15, биіктігі 120-150 мм болатын пробиркаға биіктігін 80-90 мм-ге келтіріп зеттелетін затты құяды. Пробирканы термометр орналасқан тығынмен тығындайды. Термометр пробирка түбінен 20-30 мм алшақ орналасуы қажет. Зерттелетін  заты бар пробирканы 170⁰С температураға дейін қыздырылған термостатқа вертикальды түрде орналастырып, 150⁰С температураға жеткенше бірнеше минут бақылауда ұстайды.150⁰С температураға жеткенде көпіршік пайда болады және пробирка дірілдей бастайды. Діріл кемінде екі рет естілгенде мұнай құрамында судың бары дәлелденеді.

 

Сурет4. Шайқауға арналған үлгі әдісі арқылы дымқылды анықтайтын құрал.

 

Егер діріл бір рет  естілсе немесе болар-болмас дыбыс  естілген жағдайда тәжірибені қайта  жасау керек. Қайта тәжірибе жасау  кезінде бір рет діріл естілсе  ғана мұнай құрамында судың бар  екеніне көз жеткізуге болады [3].

 

2. Дина және Старк әдісімен мұнай құрамындағы суды анықтау әдісі

 

Жұмыстың мақсаты: мұнай және мұнай өнімдерінің құрамындағы суды азеотропты айдау арқылы анықтау. Бұл дәл анықтайтын әрі кеңінен таралған тәсіл. ГОСТ 2477-65.

Құрал-жабдықтар мен реактивтер:колбақыздырғыш немесе электрпеші,қабылдағыш-ловушка,кері тоңазытқыш,сыйымдылығы 0,5 л дөңес колба,1л өлшеуіш цилиндр, БР-1 маркалы бензин,қыздырғыштар (фарфор, пемза бөлшектері).

Тәжірибеге дайындық:Бұл тәжірибеде еріткіш ретінде резина өндірісінде қолданылатын, 80-120⁰С температурада қайнайтын, 3 аспайтын ароматты көмірсутектері бар БР-1 маркалы бензин-еріткішті алады. Алынған үлгіні 5 минуттай ыдыста араластырады. Тұтқырлығы жоғары мұнай немесе мұнай өнімдерін 40-50⁰С температураға дейін қыздырады. Мұнай немесе мұнай өнімі алынған үлгіден 1 колбаға 100 мл еріткішті қосып, алынған қоспаны жақсылап араластырады. Төмен тұтқырлықты мұнай өнімдерінен үлгіні колбаның өлшеміне байланысты алады. Бұл жағдайда өлшеуіш цилиндрмен 100 мл зерттеу жүргізілетін мұнай өнімін өлшеп колбаға құяды. Дәл сол өлшеуіш цилиндрмен еріткіштен 100 мл өлшп колбаға қосады. Қоспа біркелкі қайнау үшін қайнатқыштар – пемза, фарфордың ұсақ бөлшектерін қосады. Шлифтің көмегімен колбаны қабылдағыш-ловушкаға 2, ал қабылдағыш-ловушканың жоғарғы бөлігін тағы да шлиф арқылы тоңазытқышқа 3 жалғайды. Қабылдағыш-ловушка мен тоңазытқыш таза әрі құрғақ болуы шарт. Су буының конденсациясын болдырмау үшін тоңазытқышың жоғары бөлігін мақтамен бітейді.

Тәжірибенің орындалу барысы:колба ішіндегі қоспаны колбақыздырғышта не электрпешінде қыздырады. Тоңазытқыш құбырынан қабылдағыш-ловушкаға секундына 2-4 тамшы таматындай жағдайда айдауды жүргізеді. Қабылдағыш-ловушкада судың көлемі ұлғаюын тоқтатқанда және еріткіш бетінің мөлдірлігі артқан жағдайда ғана қыздыруды тоқтатады. Айдау үрдісінің ұзақтығы кемінде 30-60 минутқа созылуы тиіс. Егер тоңазытқыш құбырының қабырғасында су тамшысы тұрса, онда оны шыны таяқшамен қабылдағыш-ловушкаға итеріп жібереді. Зерттеліп жатырған үлгі бөлме температурасына дейін салқындағанда ғана құралды жинайды. Егер қабылдағыш-ловушкадағы су мөлшері 0,3 мл көлемге жетпесе және еріткіш лайланып тұрса, онда қабылдағышқа 20-30 минут ыстық су құйып, тағы да бөлме температурасына дейін салқындатады. Ыстық суды еріткіштің мөлдірлігін арттыру үшін қосады. Салқындағаннан кейін қабылдағыш-ловушкадағы судың көлемін есептейді.

Массалық үлес Х, %:

 

X=100V/G,

 

Мұндағы, V -қабылдағыш-ловушкаға жиналатын су көлемі, мл; G – сынамаға алынған мұнай не мұнай өнімінің мөлшері, г.

1 – дөңес колба; 2 - қабылдағыш-ловушка  3 – тоңазытқыш.

Сурет5. Дина және Старк құрылғысы [3].

 

3.3 Мұнай құрамындағы суды Фишер тәсілімен анықтау әдісі

 

Жұмыстың мақсаты:мұнай және мұнай өнімдеріндегі су мөлшерін реагенттер көмегімен анықтау.

Бұл әдіс метанол немесе метилцеллозольва мен пиридинді  орта ретінде алып судың қатысында  иод пен күкірт ангидридтерінің  реакциясына негізделген. (ГОСТ 24629-81).

Фишер реактиві 20⁰С температурадағы сусыз метанол немесе метилцеллозольва, иод немесе пиридин, қаныққан құрғақ күкірт ангидридтерінің ерітіндісінен тұрады.

Құрал – жабдықтар мен  реактивтер:микроамперметр, платина электродтары, бюретка,титрлеуге арналған стакан,метил спирті, Фишер реактиві.

 

 

Жұмыстың барысы

Тәжірибеге дайындық:тәжірибені жүргізу үшін 5-суреттегідей етіп құрал-жабдықтарды жинайды, Фишер реактивін титрлеп, ГОСТ 24629-81 сәйкестендіреді.

Титрлеген кезде Фишер  реактивінің 3-8 мл жұмсалатындай етіп, зерттелетін мұнай өнімін өлшеп  алады. Еріткіш ретінде метил спиртін пайдаланады.

Тәжірибенің орындалу барысы:платина электодтарын жинау үшін титрлеуге арналған стаканға құрғақ метанолды салып, суды Фишер реактивімен титрлейді. Фишер реактивін титрлеген кезде бастамасында 1 секундқа 1 тамшыдан сәйкес келуі шарт. Осы кезде микроамперметр бағыттаушысы нольден қозғалады. Бағыттаушы нольден біршама ауытқи бастаған кезде 5 секундта 1 тамшы, ал эквивалентті нүктеге жақындаған кезде 10 секундына 1 тамшы тамады. Титрлеуді микроамперметр бағыттаушысы 30 секунд ішінде белгілі бір шкалада қозғалмаған жағдайда тоқтатады.

Титрлеген қоспаға өлшеніп  алынған тәжірибе жүргізілетін өнімді қосып тағы да Фишер реактивімен  эквивалентті нүктеге дейін титрлейді.

Сурет6. Мұнай құрамындағы суды Фишер әдісі арқылы анықтаудың схемасы.

 

Зерттелетін мұнай өнімінің мөлшерін құрамындағы суға байланысты алады (1-кесте).

Кесте1.

Сынаманың массасына байланысты судың массалық үлесі

 

 

 

 

 

Судың массалық үлесі, %	Сынаманың массасы, г
<0,05	20-дан аспау керек
0,05-0,1	20-15
0,1-0,5	15-5
0,5-1,0	5-2
1,0-3,0	2-5
3,0	<0,5

 

Судың массалық үлесін Х, % келесі формуламен есептейді:

 

Х=ТV₁ /V₂р·10,

 

Мұндағы , Т – Фишер  реактивінің титрі, мг/см³; V₁– зерттелетін өнімді титрлеуге кеткен Фишер реактивінің көлемі, мл; V₂– зерттелетін өнімнің көлемі, мл; P – зерттелетін өнімнің тығыздығы, г/см³. Тәжірибе нәтижелерінін есептегенде арифметикалық ортасын алады [3].

 

3.4 Мұнай немесе мұнай өнімдерінің құрамындағы суды хроматогрфиялық әдіспен анықтау

 

Жұмыстың мақсаты:мұнай немесе мұнай өнімдерінің құрамындағы суды насадкалы колоннада газоадсорбциялық хроматографиялық сандық әдіспен анықтау. Сорбенттер ретінде пористі полимерлерді қолданады. Детектирлеуді гелийдің жылуөткізгіштігі арқылы жүргізеді.

Құрал – жабдықтар мен  реактивтер:детекторлық жылуөткізгіштігі бар хроматограф,микрошприц, ректификат түріндегі этил спирті,гелий,полисорб – 1,резина тығын.

Тәжірибеге дайындық:хроматографты ток көзіне қосып, инструкция бойынша гермитикалық қасиетін тексереді. Егер хроматографиялық баған жаңа дайындалған адсорбентпен толтырылса, онда оны 200⁰С температураға жуық 3 л/сағ жылдамдықпен 10-12 сағат бойы гелиймен айдайды. Бағанның биіктігі 4 м, ал ішкі диаметрі 4 мм болу керек.

 

Кесте2.

Мұнаймен жұмыс жасаған кезде ескеретін жағдайлар

Колонка температурасы, °С	70
Детектор температурасы, °С	125– 150
Қайнау температурасы, °С	280
Детектирлеудің сезімталдығы, мВ	2
Гелий жылдамдығы, л/ч	6
Диаграмма лентасының қозғалыс жылдамдығы,	360 м/ч
Зерттелетін үлгінің көлемі, мл	0,05—0,2

 

Тәжірибенің орындалу барысы:берілген жағдайлардан кейін микрошрицпен калибирленген қоспаны жинайды. Калибирленген қоспа ретінде 0,1-6% суы бар ректификат түріндегі этил спиртін пайдаланады. Хроматограммды есептеу кезінде судың және этил спиртінің сезімталдығын 1/K_в және 1/K_эт алады:

1/К_в = 1,256; 1/К_эт = 0,936

 

А = (S V_қ g ρ)/(М S_қ 1000)

 

Мұндағы, V_к – зерттелетін калибирленген қоспаның көлемі, мл; q – калибирленген қоспадағы судың массалық үлесі, %; ρ – калибирленген қоспаның тығыздығы, г/см³; S_к – калибирленген қоспаның су пикасының ауданы, мм²; М – зерттелетін үлгінің массасы, г. [3].