Получение эмульсии моторного масла: Получение эмульсии моторного масла ответ

Содержание

Получение эмульсии моторного масла ответ

Приготовление дисперсных систем.

Цель:

  • получить дисперсные системы и исследовать их свойства
  • практически познакомиться со свойствами различных видов дисперсных систем;
  • провести эксперимент, соблюдая правила техники безопасности.

Оборудование и реактивы:

  • дистиллированная вода;
  • вещества и растворы: карбонат кальция, масло, раствор глицерина, мука, желатин
  • фарфоровая чашка;
  • пробирки, штатив.

Теоретическая часть

Чистые вещества в природе встречаются очень редко, чаще всего встречаются смеси. Смеси разных веществ в различных агрегатных состояниях могут образовывать гомогенные(растворы) и гетерогенные(дисперсные ) системы.
Дисперсными- называют гетерогенные системы , в которых одно вещество — дисперсная фаза (их может быть несколько) в виде очень мелких частиц равномерно распределено в объеме другого —

дисперсионной среде.

Среда и фазы находятся в разных агрегатных состояниях – твердом, жидком и газообразном. По величине частиц веществ, составляющих дисперсную фазу, дисперсные системы делятся 2 группы :

  • Грубодисперсные(взвеси) с размерами частиц более 100 нм. Это непрозрачные системы, в которых фаза и среда легко разделяются отстаиванием или фильтрованием. Это- эмульсии , суспензии , аэрозоли.
  • Тонкодисперсные-с размерами частиц от 100 до 1 нм . Фаза и среда в таких системах отстаиванием разделяются с трудом. Это : золи (коллоидные растворы- «клееподобные» ) и гели (студни).
Коллоидные системы прозрачны и внешне похожи на истинные растворы, но отличаются от последних по образующейся “светящейся дорожке” – конусу при пропускании через них луча света. Это явление называют эффектом Тиндаля. При определенных условиях в коллоидном растворе может начаться процесс коагуляции.
Коагуляция – явление слипания коллоидных частиц и выпадения их в осадок . При этом коллоидный раствор превращается в суспензию или гель. Гели или студни представляют собой студенистые осадки, образующиеся при коагуляции золей. Со временем структура гелей нарушается (отслаивается) – из них выделяется вода. Это явление синерезиса Различают 8 типов дисперсных систем.(д/с + д/ф)
  • Г+Ж→аэрозоль (туман, облака, карбюраторная смесь бензина с воздухом в ДВС
  • Г+ТВ→аэрозоль(дым, смог, пыль в воздухе)
  • Ж+Г→пена (газированные напитки, взбитые сливки)
  • Ж+Ж→эмульсия (молоко, майонез, плазма крови, лимфа, цитоплазма)
  • Ж+ТВ→золь, суспензия (речной и морской ил, строительные растворы, пасты)
  • ТВ+Г→твердая пена(керамика, пенопласт, поролон, полиуретан, пористый шоколад)
  • ТВ+Ж→гель(желе, желатин, косметические и медицинские мази, помада)
  • ТВ+ТВ→твердый золь (горные породы, цветные стекла)

Ход работы

Опыт Результат
Опыт №1 Приготовление суспензии карбоната кальция в воде. В стеклянную пробирку влить 4-5мл воды и всыпать 1-2 ложечки карбоната кальция. Пробирку закрыть резиновой пробкой и встряхнуть несколько раз. Наблюдения: *Внешний вид и видимость частиц:_______________________ _____________________________ _____________________________ *Способность осаждаться и способность к коагуляции ___________________ ____________________________ ______________________________
Опыт №2 Приготовление эмульсии масла в воде и изучение ее свойств В стеклянную пробирку влить 4-5мл воды и 1-2 мл масла, закрыть резиновой пробкой и встряхнуть несколько раз. Изучить свойства эмульсии. Добавить 2-3 капли глицерина. Наблюдения: *Внешний вид и видимость частиц: ______________________________ ______________________________ _____ *Способность осаждаться и способность к коагуляции __________________________ *Внешний вид после добавления глицерина _____________________ ____________________________
Опыт №3 Приготовление коллоидного раствора и изучение его свойств В стеклянный стакан с горячей водой внести 1-2 ложечки муки (или желатина), тщательно перемешать. Пропустить через раствор луч света фонарика на фоне темной бумаги Наблюдения: *Внешний вид и видимость частиц __________________________ *Способность осаждаться и способность к коагуляции _____________________________ _____________________________ _____________________________ *Наблюдается ли эффект Тиндаля ______________________________ ______________________________

Общий вывод:____

_

Лабораторная работа№3-4

Испытание растворов кислот индикаторами. Взаимодействие металлов с кислотами. Взаимодействие кислот с оксидами металлов.

Взаимодействие кислот с основаниями. Взаимодействие кислот с солями.

Испытание растворов щелочей индикаторами. Взаимодействие щелочей с солями. Разложение нерастворимых оснований.

Взаимодействие солей с металлами. Взаимодействие солей друг с другом. Гидролиз солей различного типа.

Цель работы:

· изучить свойства сложных неорганических веществ

Приборы и реактивы:

Теоретическая часть

Гидролиз –это процесс взаимодействия ионов соли с водой , приводящий к образованию слабого электролита . Все соли можно разделить на 4 группы:

  1. Соль образована сильным основанием и сильной кислотойК24, Na NO3,)– гидролиз не идет , среда нейтральная рН = 7 .
  2. Соль образована слабым основанием и слабой кислотой(MgСО3, Al 2S3, Zn(NO2)2) — гидролиз протекает практически в нейтральной среде рН ближе к 7 , гидролиз идет по катиону и аниону:
  3. Соль образована сильным основанием и слабой кислотой(например : Na2СО3, К2S, Ва(NO2)2, СН3СОО Li ) -гидролиз протекает в щелочной среде рН >7 , гидролиз идет по аниону.
  4. Соль образована слабым основанием и сильной кислотой(MgSО4, AlCL3, Zn(NO3)2, ..) — гидролиз протекает в кислой среде рН

К природным эмульсиям относятся ряд ценнейших растительных и животных продуктов. Например: молоко (эмульсия жиров в воде), кефир, масло, сыр, яичный желток, маргарин, соусы, некоторые лекарства и т.д. Эмульсии — это гетерогенные системы, состоящие из 2-х или нескольких взаимно нерастворимых жидких фаз. Эмульсии по классификации Оствальда обозначаются как ж/ж. Необходимым условием образования эмульсий, так же как и других коллоидных систем, является ограниченная растворимость вещества дисперсной фазы в дисперсной среде. Обычно одной из фаз эмульсий является полярная жидкость (например: вода, спирт и т.д.), а другой — неполярная (например: бензол, четыреххлористый углерод, машинное масло и т.д.). Для того, чтобы различать какая из жидкостей является дисперсной фазой, а какая дисперсионной средой, принято полярную жидкость условно называть «водой» (в), о неполярную маслом (м). В соотвествии с этим, эмульсии делят на два типа: прямые — «масло в воде» (м/в) и обратные — «вода в масле» (в/м). Тип образующихся эмульсий зависит от ряда факторов: от соотношения объемов дисперсионной фазы и дисперсионной среды, природы эмульгатора и свойств дисперсионной среды и дисперсионной фазы. В зависимости от концентрации дисперсной фазы, эмульсии подразделяют на 3 класса: разбавленные (концентрация, С, не превышает 0,1 %), концентрированные (С74%) и высококонцентрированные (С74%). Разбавленные эмульсии относительно устойчивы, поскольку вероятность столкновения капель при малых концентрациях невелика. Концентрированные эмульсии не могут быть устойчивы без стабилизации.

Получают эмульсии главным образом путем механического диспергирования (встряхиванием, энергичным перемешиванием с помощью миксера или гомогенизатора, воздействием ультразвука), а также путем выдавливания вещества дисперсной фазы через тонкие отверстия в дисперсионную среду под большим давлением. Образующиеся тонкие струи разрываются затем в жидкой среде на отдельные капельки. Наряду с диспергированием применяют также конденсационные методы: замены растворителя и взаимной конденсации паров. На практике чаще используют диспергирование. Большинство эмульсий имеют размер частиц больше 100 нм и их частицы просматриваются в обычном микроскопе. Эмульгирование, как всякое дробление, связано с увеличением поверхности раздела фаз на величину S. Часть работы, затрачиваемой на образование эмульсий, идет на увеличение свободной поверхностной энергии системы , где — удельная поверхностная энергия (работа образования единицы поверхности) на границе дисперсной фазы с дисперсионной средой. По второму закону термодинамики общий запас свободной энергии А стремится уменьшиться. Уменьшение А может происходить в результате двух самопроизводных процессов:

1. За счет уменьшения поверхности раздела фаз () при слиянии отдельных капелек друг с другом, что приводит к постепенному расслаиванию эмульсии на два несмешивающихся слоя.

2. За счет уменьшения на границе раздела двух жидких фаз () при абсорбции различных веществ на границе раздела фаз.

Наличие избыточной поверхностной энергии А приводит к термодинамической неустойчивости эмульсий. Различают агрегативную и кинетическую устойчивость (неустойчивость) эмульсий. Агрегативной устойчивостью называют способность эмульсий поддерживать постоянную дисперсность. Агрегативная неустойчивость эмульсий проявляется в самопроизвольном образовании агрегатов капелек с последующим слиянием (коалесценцией) отдельных капелек друг с другом, что приводит к разрушению, расслаиванию эмульсии. Кинетической (или седиментационной) устойчивостью называют устойчивость дисперсной фазы по отношению к силе тяжести. Характеристикой кинетической устойчивости эмульсий может служить величина — то расстояние, на котором концентрация частиц убывает в два раза при установившемся седиментационно-диффузионном равновесии. Величина в основном зависит от разности плотностей дисперсионной среды () и дисперсной фазы ( ), а также от массы частицы эмульсии (m) и температуры ( Т ):

где g — ускорение силы тяжести; — число Авогадро.

Потеря агрегативной устойчивости приводит к уменьшению кинетической устойчивости, к расслаиванию эмульсии. Устойчивость эмульсий характеризуют либо скоростью расслаивания эмульсии, либо продолжительностью существования («временем жизни») отдельных капелек в контакте друг с другом или с межфазной поверхностью. Чтобы получить высокодисперсные и устойчивые эмульсии, в систему добавляют стабилизаторы, называемые в данном случае эмульгаторами. Стабилизирующее действие эмульгатора заключается не только и не столько в снижении удельной поверхности энергии на межфазной границе, сколько в образовании структурно-механического барьера, обеспечивающего устойчивость эмульсии. Прекрасными эмульгаторами являются мыла, ПАВ, глина, мел, сажа и т.д. При эмульгировании твердыми порошкообразными эмульгаторами могут образоваться как эмульсии типа «масло в воде», так и «вода в масле». Решающую роль при этом играют условия смачивания эмульгатора обеими жидкостями. Твердыми эмульгаторами могут служить достаточно высокодисперсные порошки, способные смачиваться как полярной, так и неполярной жидкостями, образующими эмульсию. К таким порошкам относятся: глины, гидрат окиси железа, сажа. При встряхивании полярной жидкости с неполярной в присутствии твердого эмульгатора, его крупинки прилипают к межфазной поверхности, причем большая часть поверхности частиц эмульгатора находится в той жидкости, которая их лучше смачивает. Таким образом, на капельках образуется как бы «броня», предотвращающая их коалесценцию. Понятно, что если твердый эмульгатор лучше смачивается водой (например, каолин), такая «броня» возникает со стороны водной фазы, при этом образуется эмульсия типа «м/в». Если же твердый эмульгатор лучше смачивается неполярным углеводородом (например, сажа), то образуется эмульсия типа «в/м» (рис.1)

Рис. 1. Схема расположения частиц твердого эмульгатора на поверхности капелек эмульсии:

1) эмульсия первого рода, эмульгатор гидрофильный;

2) эмульсия второго рода, эмульгатор гидрофобный.

В случае 1а и 2б крупинки твердого эмульгатора находятся с наружной стороны капелек и эти эмульсии устойчивы. В случае 1б и 2а крупинки находятся внутри капельки и эмульсия неустойчива, быстро расслаивается. Величина капель эмульсии зависит от количества взятого порошка. Чем больше порошка, тем большую поверхность он может защитить и тем меньше капли эмульсии. Однако слишком большое количество эмульгатора нежелательно. Наиболее устойчивые эмульсии получают при некоторой оптимальной концентрации порошка в системе. Стабилизация эмульсии твердым эмульгатором возможна только при условии, что размер частиц порошка меньше размера капелек эмульсии. В то же время слишком мелкие частицы порошка, способные совершать интенсивное броуновское движение, на прилипают к поверхности капелек и не образуют защитного слоя. К числу лиофильных эмульгаторов относятся белки (казеин, желатин, альбумин и др.), некоторые смолы, мыла и ряд синтетических продуктов. Как видно из этого перечня эмульгаторами могут служить вещества сильно отличающиеся друг от друга по химической природе и по физическим свойствам. Почти все перечисленные эмульгаторы являются поверхостно-активными в отношении поверхности раздела обеих жидкостей, и следовательно, адсорбируется на этой поверхности и понижают поверхностное натяжение. Вследствие того, что уменьшается , облегчается работа эмульгирования. Однако для того, чтобы вещество могло проявлять себя как эмульгатор для данной системы, этого еще недостаточно. Эмульгатор в абсорбированном состоянии должен образовать пленку, обладающую достаточной механической прочностью при очень малой толщине. Для характеристики эмульгатора весьма существенно его отношение к обеим жидкостям, образующих эмульсию. Вещества, растворимые в воде и нерастворимые в другой жидкой фазе, являются хорошими эмульгаторами для эмульсий типа «м/в». Примером такого эмульгатора может служить олеат натрия или другие мыла щелочных металлов. Вещества, хорошо растворимые в неполярной фазе и мало растворимые в воде, эмульгируют «воду в масле». Эмульгаторами для системы типа «в/м» являются мыла металлов Са, Zn, Al, Mg и др., которые плохо растворимы в воде и хорошо в маслах и углеводородах. Много ценных эмульгаторов получают в настоящее время синтетически. Таковы, например, щелочные соли сульфоновых кислот. Их общая формула имеет вид:

где R — углеводородный радикал, содержащий 10-15 атомов углерода.

Все перечисленные эмульгаторы имеют поверхностно-активный анион. Есть также катион — активные эмульгаторы, например, ацетилдиметилбензиламмонийхлорид:

Рис.2. Схема расположения молекул эмульгатора на поверхности капелек эмульсии первого и второго рода. В левой части рисунка кадмиевое мыло, в правой — натриевое мыло.

Эффективность эмульгатора характеризуют специальным числом — гидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ). Для эмульгирующего действия необходимо некоторое оптимальное соотношение гидрофильных и липофильных молекул ПАВ. Гидрофильные свойства определяются взаимодействием полярной группы с водой, липофильные — взаимодействием неполярной цепи с маслом. В результате преобладающей гидрофильности короткоцепочных ПАВ происходит втягивание их из пограничного слоя в воду (рис. 3а), в то время, как длиноцепочные ПАВ с преобладающими липофильными свойствами втягиваются в фазу масла (рис. 3б). Из сказанного следует вывод: для хорошего эмульгирующего действия необходима относительная уравновешенность с некоторым дебалансом в пользу полярной или неполярной части (рис. 3в).

Рис. 3. Гидрофильно-липофильный баланс

а) ГЛБ сдвинут в сторону гидрофильности;

б) ГЛБ сдвинут в сторону липофильности;

в) оптимальный вариант.

Чем больше баланс сдвинут в сторону гидрофильности, тем больше число ГЛБ. Если число ГЛБ лежит в пределах 3-6, образуется эмульсия типа «в/м». Эмульгаторы с числом ГЛБ 8-13 дают эмульсию типа «м/в». Изменяя природу эмульгатора и его концентрацию, можно добиться обращения фаз эмульсий. В этом случае дисперсная фаза в ней становится дисперсионной средой, а дисперсионная среда — дисперсионной фазой. Так, эмульсия типа «м/в», стабилизированная натриевым мылом, может быть превращена в эмульсию типа «в/м» путем введения в систему раствора хлорида кальция. Объясняется это тем, что кальциевое мыло значительно больше растворимо в масле, чем в воде. Существуют критические лиофильные эмульсии. Это системы, образующиеся обычно из двух ограниченно смешивающихся жидкостей (например, анилина и воды, изо-амилового спирта и воды) при температурах, весьма близких к критической температуре смешения, когда поверхностное натяжение на границе фаз становится весьма малым (порядка 0,01 эрг/), и теплового движения молекул уже достаточно для диспергирования одной жидкости в другой. В результате такого самопроизвольного диспергирования образуется тончайшая эмульсия, которая совершенно агрегативно устойчива и в которой коалесценция отдельных капель уравновешивается стремлением обеих жидкостей равномерно распределяться в объеме. Для существования критической эмульсии не требуется эмульгатор, на для ее существования необходим узкий интервал температур.

Для получения масляных эмульсий используют миндальное, персиковое, касторовое, вазелиновое масла и рыбий жир.

Если прописана эмульсия без обозначения масла, то для ее приготовления берут миндальное или персиковое масло. Если количество масла в рецепте не обозначено, то для приготовления 100 г эмульсии берут 10 г масла.

Получение масляных эмульсий требует обязательного применения эмульгатора. Стандартными эмульгаторами, специально не обозначаемыми в прописи, но подразумеваемыми в ней, служат аравийская или абрикосовая камель, желатоза. По специальному назначению применяют крахмал, декстрин, яичный желток, казеин, сухое молоко, а в эмульсиях для наружного применения — мыло.

Многолетний опыт фармацевтической работы показывает, что для быстрого получения хорошо стабилизированных эмульсий необходимо тщательно растирать эмульгируемую жидкость с относительно небольшим количеством дисперсионной среды, содержащей достаточный избыток эмульгатора. При соблюдении этих условий образуется концентрированная и хорошо структуированная эмульсия, которая затем легко может быть разбавлена постепенным добавлением нужного количества жидкости, образующей дисперсионную среду. Концентрированную первичную эмульсию в фармацевтической практике часто называют корпусом эмульсии.

Таблица 9. Рецептура для получения первичных масляных эмульсий

Рецептура для получения корпуса масляных эмульсий варьирует в зависимости от вида применяемых эмульгаторов (табл. 9).

Смешение ингредиентов корпуса эмульсии производят в широких объемистых ступках. Порядок и обработка ингредиентов первичной эмульсии не имеют решающего значения, однако в аптечной практике различают три способа эмульгирования масел, несколько отличающихся друг от друга.

Первый способ. Эмульгатор растворяют в небольшом количестве воды, после чего раствор растирают с маслом, добавляемым по каплям. Когда все масло будет заэмульгировано, к первичной эмульсии добавляют остальное количество воды.

Второй способ. Эмульгатор тщательно растирают с маслом в совершенно сухой ступке, причем первым вносят в ступку эмульгатор. Полученную кашицу тщательно растирают с небольшим количеством воды до тех пор, пока она не станет издавать характерный треск, свидетельствующий о захлопывании пузырьков воздуха, покрытых пленкой эмульсии. Остальную воду добавляют небольшими порциями при тщательном размешивании.

Третий способ. Эмульгатор помещают в ступку и растирают. В тарированную фарфоровую чашку или невысокую банку с широким горлом отмеривают сначала воду, а затем поверх нее отвешивают масло. Обе жидкости выливают в ступку с растертым эмульгатором и тщательно перемешивают с последним.

В советских аптеках чаще всего применяется третий способ. Наиболее быстрым и безошибочным даже в неопытных руках является второй способ.

При получении эмульсии любым из приведенных способов необходимо, чтобы пестик при растирании двигался спиралеобразно. Капли дисперсной фазы при этом вытягиваются в тонкие нити и пленки, которые быстро разрываются. Если пестик вращают при растирании беспорядочно, процесс диспергирования замедляется или не происходит. Перед сливанием в отпускную склянку готовые эмульсии из масла процеживают через двойной слой марли.

№ 81. Rp.: Emulsi oleosi 200,0

DS. Для приема внутрь

Для приготовления эмульсии по приведенному рецепту следует взять 20 г миндального или персикового масла. В соответствии с указаниями ГФХ для эмульгирования 10 г масла берут 3 г абрикосовой камеди или 5 г аравийской камеди или желатозы. Если применять какой-либо из указанных эмульгаторов, то следует взять абрикосовой камеди 6 г, аравийской камеди или желатозы 10 г. Что касается воды, то ее берут 15 мл, если эмульгатором служит аравийская камедь или желатоза, и 20 мл, если эмульгатором будет абрикосовая камедь (см. табл. И).

Готовят эмульсию любым из описанных выше способов, разбавляя корпус эмульсии водой до указанного в рецепте количества (200,0).

Опыт № 2. Получение эмульсии моторного масла

Запишите сведения по элементам №3-№9 в таблицу.

Химический символ Порядковый номер элемента   Относительная атомная масса элемента   Электронная формула элемента
Li      
Be      
В      
С      
N      
O      
F      

Сформулируйте выявленную вами закономерность в виде закона.

Лабораторная работа №2

Тема: Приготовление суспензии карбоната кальция в воде. Получение эмульсии моторного масла. Ознакомление со свойствами дисперсных систем.

Цели работы :изучить способы приготовления эмульсий и суспензий ;научиться отличать коллоидный раствор от истинного; отработать навыки экспериментальной работы, соблюдая правила техники безопасности при работе в кабинете химии.

Приборы и реактивы ;ступка с пестиком, ложка-шпатель, стакан, стеклянная палочка, фонарик, пробирка;вода, карбонат кальция (кусочек мела), масло, ПАВ, мука, раствор крахмала, раствор сахара .

Ход работы:


1 Инструктаж по ТБ
Меры безопасности:
Осторожно использовать стеклянную посуду.
Правила первой помощи:
При ранении стеклом удалите осколки из раны, смажьте края раны раствором йода и перевяжите бинтом. При необходимости обратиться к врачу.

Опыт № 1. Приготовление суспензии карбоната кальция в воде

                    В стеклянную пробирку влить 4-5мл воды и всыпать 1-2 ложечки карбоната кальция. Пробирку закрыть резиновой пробкой и встряхнуть пробирку несколько раз.

Наблюдали:

Внешний вид и видимость частиц:

…………………………………………………………………………………………………………………………………..

Способность осаждаться и способность к коагуляции …………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

Полученная смесь похожа ………………………………………………………………………………

Опыт № 2. Получение эмульсии моторного масла

В стеклянную пробирку влить 4-5мл воды и 1-2 мл масла, закрыть резиновой пробкой и встряхнуть пробирку несколько раз.

Наблюдали:

Внешний вид и видимость частиц:

…………………………………………………………………………………………………………………………………..

Способность осаждаться и способность к коагуляции …………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

Добавьте каплю ПАВ (эмульгатора) и перемешайте ещё раз.

Наблюдали:

Внешний вид и видимость частиц:

…………………………………………………………………………………………………………………………………..

Способность осаждаться и способность к коагуляции …………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

Вывод: …………………………………………………………………………………………………………………

Опыт № 3. Приготовление коллоидного раствора и изучение его свойств

В стеклянный стакан с горячей водой внести 1-2 ложечки муки(или желатина), тщательно перемешать Наблюдали:

Внешний вид и видимость частиц:

…………………………………………………………………………………………………………………………………..

Способность осаждаться и способность к коагуляции …………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

 Пропустить через раствор луч света фонарика на фоне темной бумаги. Наблюдается ли эффект Тиндаля?

Вывод:

Лабораторная работа №3
Тема:«Приготовление раствора заданной концентрации.»

Цель: Познакомиться с понятиями раствор, концентрация, растворитель, растворенные вещества. Усовершенствование умений рассчитывать массовую долю, процентную , молярную концентрации , а также готовить растворы на основании данных расчетов.

Оборудование: Химические стаканы (или конусообразные колбы), стеклянные шпатели, мерные цилиндры, технохимические весы с разновесами, дистиллированная вода, кристаллические соли

Ход работы

1 Инструктаж по ТБ
Меры безопасности:
Осторожно использовать стеклянную посуду.
Правила первой помощи:
При ранении стеклом удалите осколки из раны, смажьте края раны раствором йода и перевяжите бинтом. При необходимости обратиться к врачу.

2 Приготовление раствора соли с определенной массовой долей растворенного вещества

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Сделайте вывод по лабораторной работе.

Лабораторная работа №4

Тема: Реакции ионногообмена в рас творах электролитов.

Цель: Провести реакции ионного обмена в растворах электролитов.

Оборудование: Штатив для пробирок, пробирки , растворы KOH,FeSO4 ,ZnSO4 ,HCl, K2CO3

Ход работы:
1 Методические указания
Реакции ионного обмена — реакции, протекающие между ионами в растворе электролитов.

Для составления уравнений реакций ионного обмена необходимо помнить следующее:

Диссоциации не подвергаются: оксиды, газообразные вещества, вода, нерастворимые в воде соединения

Реакция ионного обмена идёт до конца если образуется: газ, осадок, вода

2Инструктаж по ТБ
1 Физиологическое действие используемых реактивов :

— Кислоты и щелочи вызывают ожоги на коже .

2 Меры безопасности :

Не допускать попадания кислоты и щелочи на руки или одежду

Осторожно использовать стеклянную посуду

3 Правила первой помощи

Пораженное кислотой место промыть большим количеством воды , или 2% раствором соды .

Пораженное щелочами  место промыть большим количеством воды , или 1% раствором уксусной кислоты .

При необходимости обращаться к врачу

3 Выполнение работы:
Выполните следующие опыты, запишите результаты наблюдений , составьте уравнения реакций в молекулярном и ионном виде .

Опыт №1 Налейте в одну пробирку 1 мл раствораFeSO4 , а во вторую- такое же количество ZnSO4 добавьте в каждую раствор КОН.
В первой пробирке наблюдаете ___________________________________________

Уравнения реакций в молекулярном и ионном виде

—————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————

Во второй пробирке наблюдаете ___________________________________________

Уравнения реакций в молекулярном и ионном виде

—————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————

Опыт № 2

К полученным в предыдущем опыте осадкам добавьте раствор HCl.
Наблюдаете ___________________________________________________________________________

Уравнения реакций в молекулярном и ионном виде

—————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————

Во второй пробирке наблюдаете _______________________________________________________

Уравнения реакций в молекулярном и ионном виде

—————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————

Опыт №3

В пробирку налейте 1 мл раствора K2CO3 и добавьте 1-2 мл раствора HCl.
 В пробирке наблюдаете _______________________________________________________________

Уравнения реакций в молекулярном и ионном виде

—————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————

Сделайте вывод по лабораторной работе.

Лабораторная работа 5

Тема : Химические свойства кислот на примере H2SO4

Цель: Изучить химические свойства кислот на примере серной кислоты

Оборудование: пробирки, штатив для пробирок.

Реактивы: железо, растворы серной кислоты, гидроксида калия, хлорида бария, сульфата меди (ІІ) , карбоната натрия,метилового оранжевого,фенолфталеина.

Ход работы:

2 Инструктаж по ТБ
1 Физиологическое действие используемых реактивов :

— Кислоты и щелочи вызывают ожоги на коже .

2 Меры безопасности :

Не допускать попадания кислоты и щелочи на руки или одежду. Осторожно использовать стеклянную посуду

3 Правила первой помощи

Пораженное кислотой место промыть большим количеством воды , или 2% раствором соды .

Пораженное щелочами место промыть большим количеством воды , или 1% раствором уксусной кислоты .

При необходимости обращаться к врачу

3 Выполнение работы

Опыт 1Действие кислоты на индикаторы.

К раствору серной кислоты добавьте раствор метилового оранжевого.

В пробирке наблюдаете _______________________________________________________________

Опыт 2 Взаимодействие серной кислоты с металлами.

К раствору серной кислоты добавьте железо .

В пробирке наблюдаете _______________________________________________________________

Уравнения реакций в молекулярном и ионном виде

—————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————
Опыт 3 Взаимодействие серной кислоты с основаниями.

А) растворимыми в воде.

К раствору гидроксида калия добавьте несколько капель фенолфталеина.

В пробирке наблюдаете _______________________________________________________________

Добавьте немного серной кислоты.

В пробирке наблюдаете _______________________________________________________________

Уравнения реакций в молекулярном и ионном виде

—————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————
б) нерастворимыми в воде.

К раствору сульфата меди (ІІ )добавьте раствор гидроксида калия .

В пробирке наблюдаете _______________________________________________________________

Уравнения реакций в молекулярном и ионном виде

—————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————

Затем добавьте немного раствора серной кислоты.
В пробирке наблюдаете _______________________________________________________________

Уравнения реакций в молекулярном и ионном виде

—————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————

Опыт 4 Взаимодействие серной кислоты с солями

К раствору карбоната калия добавьте раствор серной кислоты.
В пробирке наблюдаете _______________________________________________________________

Уравнения реакций в молекулярном и ионном виде

—————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————

К раствору хлорида бария добавьте немного серной кислоты.
В пробирке наблюдаете _______________________________________________________________

Уравнения реакций в молекулярном и ионном виде

—————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————

Лабораторная работа 6

Тема : Качественные реакции на карбонат, сульфат , хлорид, фосфат анионы.

Цель: Изучить качественные реакции на карбонат, сульфат, хлорид, фосфат анионы.

Оборудование: штатив для пробирок, пробирки.

Реактивы : растворы карбоната калия, сульфата натрия,хлорида натрия, фосфата калия, азотной кислоты, хлорида бария, нитрата серебра

Ход работы:

Инструктаж по ТБ

Выполнение работы.

Опыт1 К раствору карбоната калия добавьте раствор азотной кислоты.

 В пробирке наблюдаете _______________________________________________________________

Уравнения реакций в молекулярном и ионном виде

—————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————

Опыт2 К раствору сульфата натрия добавьте раствор хлорида бария

В пробирке наблюдаете _______________________________________________________________

Уравнения реакций в молекулярном и ионном виде

—————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————

Опыт3 К раствору хлорида натрия добавьте нитрат серебра.
В пробирке наблюдаете _______________________________________________________________

Уравнения реакций в молекулярном и ионном виде

—————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————

Опыт4 К раствору фосфата калия добавьте нитрат серебра.

 В пробирке наблюдаете _______________________________________________________________

Уравнения реакций в молекулярном и ионном виде

—————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————

Сделайте вывод по лабораторной работе.

Лабораторная работа 7

Тема :Обратимость химических реакций

Цель: Изучить признаки необратимых реакций, научиться определять необратимые химические реакции.

Оборудование: штатив для пробирок, пробирки.

Реактивы : растворы карбоната калия, сульфата натрия, хлорида натрия, серной кислоты , азотной кислоты, хлорида бария, сульфата меди (II), хлорида кальция, сульфата алюминия. гидроксид калия, сульфата железа (II)

Ход работы:

Инструктаж по ТБ

Выполнение работы.

 Задание 1 Необратимость ионных реакций а) образование малорастворимых веществ.

       В 3 пробирки добавьте по одному мл следующих растворов: № 1 -сульфата меди (II), № 2 — хлорида кальция, № 3 — сульфата алюминия. Добавьте к ним растворы: в первую — гидроксид калия, во вторую — карбонат натрия, в третью — хлорид бария. Запишите наблюдения (цвет и характер осадка).
Пробирка №1 Наблюдения:______________________________________________________________

—————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————

Пробирка №2 Наблюдения:______________________________________________________________

—————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————

Пробирка №3 Наблюдения:______________________________________________________________

—————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————

б) реакции с образованием газов. В пробирку налейте 1 мл раствора карбоната натрия,       Добавьте к ней раствор азотной кислотыВ пробирке наблюдаете __________________________________________

—————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————

в)реакции, идущие с образованием малодиссоциирующих веществ. В пробирку добавьте 1 мл сульфата железа (II) и немного гидроксида калия. Запишите наблюдения. В пробирке наблюдаете __________________

—————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————

Прилейте в пробирку азотной кислоты до растворения осадка. В пробирке наблюдаете ____________________

—————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————

Сделайте вывод по лабораторной работе.

Лабораторная работа 8

Тема :Получение, собирание и распознавание газов.

Цель: Научиться опытным путем получать, собирать и распознавать различные газы.

Оборудование: пробирки, штатив, газоотводные трубки, лучинка, спиртовка, спички, пробки.

Реактивы : железо, соляная кислота, известняк, известковая вода, пероксид водорода, оксид марганца (IV ), растворы сульфата аммония, гидроксида калия, лакмус.

Ход работы:

Инструктаж по ТБ

Выполнение работы.

Лабораторная работа 2 Тема Приготовление суспензии карбоната кальция в воде. Получение эмульсии моторного масла. Ознакомление со свойствами дисперсных систем


Подборка по базе: Самостоятельная работа 2.5 .pdf, практическая работа.docx, Курсовая работа Прекращение трудового договора по обстоятельства, Анализ выручки от продажи продукции, работ и услуг (курсовая раб, 4 Тема ОП, 1 курс, 1 семестр.docx, практическая работа ОБЖ.rtf, Самостоятельная работа по теме 3 Муравлевой Анны (1).docx, Практическая работа №1.docx, Практическая работа 2.rtf, Лабораторная работа 4 — Оценка готовности страны к ИО.pdf

Лабораторная работа №2

Тема: Приготовление суспензии карбоната кальция в воде. Получение эмульсии моторного масла. Ознакомление со свойствами дисперсных систем.

Цели : изучить способы приготовления эмульсий и суспензий ;научиться отличать коллоидный раствор от истинного; отработать навыки экспериментальной работы, соблюдая правила техники безопасности при работе в кабинете химии.

Методические указания:

Дисперсные системы – это системы, в которых мелкие частицы вещества, или дисперсная фаза, распределены в однородной среде (жидкость, газ, кристалл), или дисперсионной фазе



Размер частиц дисперсной фазы характеризуется дисперсностью. В зависимости от нее дисперсные системы можно разделить на высокодисперсные, или собственно коллоидные, и низкодисперсные (грубодисперсные).

Размер частиц низкодисперсных систем составляет 10–3 мм и больше. Размер частиц высокодисперсных систем лежит в интервале 10–6–10–4 мм (от 1 до 100 нм), что, как минимум, на порядок больше размера частиц в истинных растворах (10–7 мм).


Химия дисперсных систем изучает поведение вещества в сильно раздробленном, высокодисперсном состоянии, характеризующемся очень высоким отношением общей площади поверхности всех частиц к их общему объему или массе (степень дисперсности).

От названия коллоидных систем произошло название отдельной области химии – коллоидной. «Коллоидная химия» – традиционное название химии дисперсных систем и поверхностных явлений. Важнейшая особенность дисперсного состояния вещества состоит в том, что энергия системы главным образом сосредоточена на поверхности раздела фаз. При диспергировании, или измельчении, вещества происходит значительное увеличение площади поверхности частиц (при постоянном суммарном их объеме). При этом энергия, затрачиваемая на измельчение и на преодоление сил притяжения между образующимися частицами, переходит в энергию поверхностного слоя – поверхностную энергию. Чем выше степень измельчения, тем больше поверхностная энергия. Поэтому область химии дисперсных систем (и коллоидных растворов) считают химией поверхностных явлений.

Коллоидные частицы настолько малы (содержат 103–109 атомов), что не задерживаются обычными фильтрами, не видны в обычный микроскоп, не оседают под действием силы тяжести. Их устойчивость со временем снижается, т.е. они подвержены «старению». Дисперсные системы термодинамически неустойчивы и стремятся к состоянию с наименьшей энергией, когда поверхностная энергия частиц становится минимальной. Это достигается за счет уменьшения общей площади поверхности при укрупнении частиц (что может также происходить при адсорбции на поверхности частиц других веществ).

Классификация дисперсных систем


Дисперсная фаза

Дисперсионная

среда


Название системы

Примеры

Газ

Газ

(Дисперсная система не образуется)



Жидкость

Пена

Пена газированной воды, пузырьки газа в жидкости, мыльная пена

Твердое тело

Твердая пена

Пенопласт, микропористая резина, пемза, хлеб, сыр

Жидкость

Газ

Аэрозоль

Туман, облака, струя из аэрозольного баллона

Жидкость

Эмульсия

Молоко, сливочное масло, майонез, крем, мазь

Твердое тело

Твердая эмульсия

Жемчуг, опал

Твердое тело

Газ

Аэрозоль, порошок

Пыль, дым, мука, цемент

Жидкость

Суспензия, золь (коллоидный раствор)

Глина, паста, ил, жидкие смазочные масла с добавкой графита или MoS

Твердое тело

Твердый золь

Сплавы, цветные стекла, минералы

Методы исследования дисперсных систем (определение размера, формы и заряда частиц) основаны на изучении их особых свойств, обусловленных гетерогенностью и дисперсностью, в частности оптических. Коллоидные растворы обладают оптическими свойствами, отличающими их от настоящих растворов, – они поглощают и рассеивают проходящий через них свет. При боковом рассматривании дисперсной системы, через которую проходит узкий световой луч, внутри раствора на темном фоне виден светящийся голубоватый так называемый конус ТиндаляКонус Тиндаля тем ярче, чем выше концентрация и больше размер частиц. Интенсивность светорассеяния усиливается при коротковолновом излучении и при значительном отличии показателей преломления дисперсной и дисперсионной фаз. С уменьшением диаметра частиц максимум поглощения смещается в коротковолновую часть спектра, и высокодисперсные системы рассеивают более короткие световые волны и поэтому имеют голубоватую окраску. На спектрах рассеяния света основаны методы определения размера и формы частиц.


При определенных условиях в коллоидном растворе может начаться процесс коагуляции. Коагуляция – явление слипания коллоидных частиц и выпадения их в осадок . При этом коллоидный раствор превращается в суспензию или гель. Гели или студни представляют собой студенистые осадки, образующиеся при коагуляции золей. Со временем структура гелей нарушается (отслаивается) – из них выделяется вода(явление синерезиса

Приборы и реактивы ;ступка с пестиком, ложка-шпатель, стакан, стеклянная палочка, фонарик, пробирка; вода, карбонат кальция (кусочек мела), масло, ПАВ, мука, молоко, зубная паста, раствор крахмала, раствор сахара .
Ход работы:
1 Инструктаж по ТБ
Меры безопасности:
Осторожно использовать стеклянную посуду.
Правила первой помощи:
При ранении стеклом удалите осколки из раны, смажьте края раны раствором йода и перевяжите бинтом. При необходимости обратиться к врачу.

Опыт № 1. Приготовление суспензии карбоната кальция в воде

Суспензии имеют ряд общих свойств с порошками, они подобны по дисперсности. Если порошок поместить в жидкость и перемешать, то получится суспензия, а при высушивании суспензия снова превращается в порошок.

В стеклянную пробирку влить 4-5мл воды и всыпать 1-2 ложечки карбоната кальция. Пробирку закрыть резиновой пробкой и встряхнуть пробирку несколько раз. Опишите внешний вид и видимость частиц. Оцените способность осаждаться и способность к коагуляции Запишите наблюдения.

На что похожа полученная смесь?

Опыт № 2. Получение эмульсии моторного масла

В стеклянную пробирку влить 4-5мл воды и 1-2 мл масла, закрыть резиновой пробкой и встряхнуть пробирку несколько раз. Изучить свойства эмульсии. Опишите внешний вид и видимость частиц Оцените способность осаждаться и способность к коагуляции Добавьте каплю ПАВ (эмульгатора) и перемешайте ещё раз. Сравните результаты. Запишите наблюдения.

Опыт № 3. Приготовление коллоидного раствора и изучение его свойств

В стеклянный стакан с горячей водой внести 1-2 ложечки муки(или желатина), тщательно перемешать. Оцените способность осаждаться и способность к коагуляции. Пропустить через раствор луч света фонарика на фоне темной бумаги. Наблюдается ли эффект Тиндаля?
Вопросы для выводов


  1. Как отличить коллоидный раствор от истинного?

  2. Значение дисперсных систем в повседневной жизни.

Лабораторные работы по химии для обучающихся 1 курса СПО

Лабораторная работа № 1

Тема: Моделирование построения периодической таблицы химических элементов.

Цель: Закрепить знания о периодическом законе Д.И.Менделеева, о строении вещества, закрепить умения и навыки применения полученных знаний для решения задач химии: умение давать характеристику элементов по месту их нахождения в таблице.

Оборудование: Периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева, учебник.

Ход работы: (Вариант 1)

Задание 1

  1. Что Менделеев считал главной характеристикой атома при построении периодической системы?

  2. Сколько вариантов имеет периодическая система элементов?

  3. Изучите длинный и короткий вариант таблицы Менделеева. Напишите, чем они отличаются?

Задание 2

Определите формулы веществ, используя знания об их валентности: Са2CL1, AL3O2, P5O2, Cr3O2, Na1O2. Вычислите молекулярные массы полученных сложных веществ.

Например: Mr(K2O)=39*2+16=94 г/моль

Задание 3

Определите число протонов, нейтронов, электронов и заряд ядра атома для следующих элементов:  I, Na, CI, Са, Al.

Например:

168О — Заряд ядра Z= 8, число электронов = 8, число протонов р=8, число нейтронов n = 16-8=8

Задание 4

Охарактеризуйте элементы Рb и Ge по положению в периодической системе.

Например: 20Са)2)8)8)2 4 период, 2 группа, главная подгруппа.1S2 2S2 2p6 3S2 3p6 4S2

Задание 5

Предложите свою структуру периодической системы таблицы Менделеева (задание выполняется в свободной форме)

Лабораторная работа № 1

Тема: Моделирование построения периодической таблицы химических элементов.

Цель: Закрепить знания о периодическом законе Д.И.Менделеева, о строении вещества, закрепить умения и навыки применения полученных знаний для решения задач химии: умение давать характеристику элементов по месту их нахождения в таблице.

Оборудование: Периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева, учебник.

Ход работы: (Вариант 2)

Задание 1

  1. Что Менделеев считал главной характеристикой атома при построении периодической системы?

  2. Сколько вариантов имеет периодическая система элементов?

  3. Изучите длинный и короткий вариант таблицы Менделеева. Напишите, чем они отличаются?

Задание 2

Определите формулы веществ, используя знания об их валентности: Ва2CL1, N3O2, Cr5O2, P3O2, C4O2. Вычислите молекулярные массы полученных сложных веществ.

Например: Mr(K2O)=39*2+16=94 г/моль

Задание 3

Определите число протонов, нейтронов, электронов и заряд ядра атома для следующих элементов:   F, O, B, Ba, Si.

Например:

168О — Заряд ядра Z= 8, число электронов = 8, число протонов р=8, число нейтронов n = 16-8=8

Задание 4

Охарактеризуйте элементы Sn и Bi по положению в периодической системе.

Например: 20Са)2)8)8)2 4 период, 2 группа, главная подгруппа.1S2 2S2 2p6 3S2 3p6 4S2

Задание 5

Предложите свою структуру периодической системы таблицы Менделеева (задание выполняется в свободной форме)

Лабораторная работа № 2

Тема: Приготовление суспензии карбоната кальция в воде. Получение эмульсии моторного масла. Ознакомление со свойствами дисперсных систем.

Цель: Получить дисперсные системы и исследовать их свойства, практически познакомиться со свойствами различных видов дисперсных систем, провести эксперимент, соблюдая правила техники безопасности.

Оборудование и реактивы: Дистиллированная вода, вещества и растворы: карбонат кальция, масло, раствор глицерина, мука, желатин, фарфоровая чашка, пробирки, штатив.

Ход работы:

Опыт №1 Приготовление суспензии карбоната кальция в воде.

В стеклянную пробирку влить 4-5мл воды и всыпать 1-2 ложечки карбоната кальция. Пробирку закрыть резиновой пробкой и встряхнуть несколько раз.

Наблюдения:

Опыт №2 Приготовление эмульсии масла в воде и изучение ее свойств

В стеклянную пробирку влить 4-5мл воды и 1-2 мл масла, закрыть резиновой пробкой и встряхнуть несколько раз. Изучить свойства эмульсии. Добавить 2-3 капли глицерина.

Наблюдения:

Опыт №3 Приготовление коллоидного раствора и изучение его свойств

В стеклянный стакан с горячей водой внести 1-2 ложечки муки (или желатина), тщательно перемешать. Пропустить через раствор луч света фонарика на фоне темной бумаги

Наблюдения:

  • Внешний вид и видимость частиц .

  • Способность осаждаться и способность к коагуляции .

  • Наблюдается ли эффект Тиндаля .

Вывод:

Лабораторная работа № 2

Тема: Приготовление суспензии карбоната кальция в воде. Получение эмульсии моторного масла. Ознакомление со свойствами дисперсных систем.

Цель: Получить дисперсные системы и исследовать их свойства, практически познакомиться со свойствами различных видов дисперсных систем, провести эксперимент, соблюдая правила техники безопасности.

Оборудование и реактивы: Дистиллированная вода, вещества и растворы: карбонат кальция, масло, раствор глицерина, мука, желатин, фарфоровая чашка, пробирки, штатив.

Ход работы:

Опыт №1 Приготовление суспензии карбоната кальция в воде.

В стеклянную пробирку влить 4-5мл воды и всыпать 1-2 ложечки карбоната кальция. Пробирку закрыть резиновой пробкой и встряхнуть несколько раз.

Наблюдения:

Опыт №2 Приготовление эмульсии масла в воде и изучение ее свойств

В стеклянную пробирку влить 4-5мл воды и 1-2 мл масла, закрыть резиновой пробкой и встряхнуть несколько раз. Изучить свойства эмульсии. Добавить 2-3 капли глицерина.

Наблюдения:

Опыт №3 Приготовление коллоидного раствора и изучение его свойств

В стеклянный стакан с горячей водой внести 1-2 ложечки муки (или желатина), тщательно перемешать. Пропустить через раствор луч света фонарика на фоне темной бумаги

Наблюдения:

  • Внешний вид и видимость частиц .

  • Способность осаждаться и способность к коагуляции .

  • Наблюдается ли эффект Тиндаля .

Вывод:

Лабораторная работа № 3

Тема: «Исследование свойств кислот».

Цель: Исследовать химические свойства кислот, с помощью проведения химического эксперимента, соблюдая правила техники безопасности.

Оборудование и реактивы: Химический штатив, пробирки, спиртовка, индикаторная бумага, растворы кислот (соляной HCl и серной H2SO4), металлы (Zn гранулированный, медная проволока), оксиды металлов (оксид меди (II) CuO, оксид железа (III) Fe2 O3), водный раствор гидроксида натрия (NaOH), водные растворы солей (BaCl2, AgNO3, Na2CO3).

Ход работы:

  1. Действие на индикаторы.

Провести эксперимент. Налить в пробирку серную кислоту, опустить индикаторную бумагу. Записать наблюдения. Написать уравнение реакции.

  1. Взаимодействие с металлами.

Провести эксперимент. В пробирку положить гранулу алюминия, добавить серную кислоту, нагреть. Записать наблюдения и уравнение реакции.

  1. Взаимодействие с основаниями.

Провести эксперимент. Налить в пробирку соляную кислоту, опустить индикаторную бумагу. Добавить гидроксид натрия и опустит индикаторную бумагу. Записать наблюдения и уравнение реакции.

  1. Взаимодействие с оксидами металлов.

Провести эксперимент. Насыпать в пробирку оксид цинка, добавить серную кислоту. Записать наблюдения. Написать уравнение реакции.

  1. Взаимодействие с солями.

Провести эксперимент. Насыпать в пробирку карбонат кальция, добавить кислоту и записать наблюдения. Написать уравнение реакции.

Сделайте выводы о проделанной работе.

Лабораторная работа № 4

Тема: «Исследование свойств оснований».

Цель: Исследовать химические свойства оснований, с помощью проведения химического эксперимента, соблюдая правила техники безопасности.

Оборудование и реактивы: Химический штатив, пробирки, спиртовка, индикаторная бумага, карбонат кальция, серная кислота, водный раствор гидроксида натрия (NaOH), водные растворы солей (FeCl2, FeCl3).

Ход работы:

  1. Действие на индикаторы.

Провести эксперимент. Налить в пробирку гидроксид натрия, опустить индикаторную бумагу. Записать наблюдения. Написать уравнение реакции.

  1. Взаимодействие с кислотами.

Провести эксперимент. Налить в пробирку соляную кислоту, опустить индикаторную бумагу. Добавить гидроксид натрия и опустит индикаторную бумагу. Записать наблюдения и уравнение реакции.

  1. Взаимодействие с оксидами неметаллов.

Провести эксперимент. Насыпать в прибор для получения газов мел, добавить серную кислоту. Конец газоотводной трубки опустить в стакан с известковой водой. Записать наблюдения. Написать уравнение реакции.

  1. Взаимодействие с солями.

Провести эксперимент. Налить в пробирку раствор соли железа, добавить гидроксид натрия и записать наблюдения. Написать уравнение реакции.

Сделайте выводы о проделанной работе.

Лабораторная работа № 5

Тема: «Исследование свойств солей».

Цель: Исследовать химические свойства солей, с помощью проведения химического эксперимента, соблюдая правила техники безопасности.

Оборудование и реактивы: Химический штатив, пробирки, спиртовка, индикаторная бумага, соляная кислота, водный раствор гидроксида натрия (NaOH), водные растворы солей (CuSO4, FeSO4, BaCl2, AgNO3, Na2CO3,NaCl), гранула алюминия.

Ход работы:

  1. Взаимодействие с кислотами.

Провести эксперимент. Налить в пробирку соляную кислоту, добавить карбонат натрия. Записать наблюдения и уравнение реакции.

  1. Взаимодействие с металлами.

Налить в пробирку раствор сульфата меди, добавить гранулу алюминия и нагреть на спиртовой горелке. Записать наблюдения и уравнение реакции.

  1. Взаимодействие с основаниями.

Провести эксперимент. Налить в пробирку раствор сульфата железа (11), добавить гидроксид нария. Записать наблюдения. Написать уравнение реакции.

  1. Взаимодействие с солями.

  1. Провести эксперимент. Налить в пробирку раствор сульфата натрия, добавить раствор хлорида бария и записать наблюдения. Написать уравнение реакции.

  2. Провести эксперимент. Налить в пробирку раствор хлорида натрия, добавить раствор нитрата серебра и записать наблюдения. Написать уравнение реакции.

Сделайте выводы о проделанной работе.

Лабораторная работа № 6

Тема: «Зависимость скорости взаимодействия соляной кислоты с металлами от их природы».

Цель: Изучить влияния природы металлов на скорость химических реакций.

Оборудование и реактивы: штатив с пробирками, гранула алюминия, порошок железа, серная и уксусная кислоты, спиртовка.

Ход работы:

  1. В две пробирки положите две гранулы алюминия. В одну налейте 2 мл разбавленной серной кислоты, в другую – столько же уксусной кислоты. Напишите наблюдения и уравнение соответствующей реакции.

  2. В одну пробирку положите гранулу алюминия, в другую – железный порошок. Налейте в обе пробирки по 2 мл серной кислоты. Напишите наблюдения и уравнение соответствующей реакции.

  3. В одну пробирку насыпьте немного порошка железа, а в другую столько же железных стружек. В обе пробирке налейте по 2 мл разбавленной соляной кислоты. Напишите наблюдения и уравнение соответствующей реакции.

Сделайте выводы о проделанной работе.

Лабораторная работа № 7

Тема: «Зависимость скорости взаимодействия цинка с соляной кислотой от ее концентрации».

Цель: Изучить влияния концентрации на скорость химических реакций.

Оборудование и реактивы: штатив с пробирками, гранулы алюминия, соляная кислота 1:5 и 1:10, спиртовка.

Ход работы:

В две пробирки положите гранулы алюминия. В одну налейте разбавленную соляную кислоту 1:5, а в другую разбавленную соляную кислоту 1:10. Напишите наблюдения и уравнение соответствующей реакции.

Сделайте выводы о проделанной работе.

Лабораторная работа № 8

Тема: «Зависимость скорости взаимодействия оксида меди (11) с серной кислотой от температуры».

Цель: Изучить влияния температуры на скорость химических реакций.

Оборудование и реактивы: штатив с пробирками, порошок оксида меди (11), серная кислота, спиртовая горелка.

Ход работы:

В две пробирки насыпьте порошок железа. В обе пробирки налейте по 2 мл разбавленной серной кислоты. Одну пробирку подогрейте, а другую оставьте для сравнения. Напишите уравнение происходящей реакции.

Сделайте выводы о проделанной работе.

Лабораторная работа № 9

Тема: «Реакция замещения меди железом в растворе медного купороса. Реакции, идущие с образованием осадка, газа или воды».

Цель: Закрепить знания о типах химических реакций и условиях их протекания.

Оборудование и реактивы: штатив с пробирками, серная кислота, гидроксид натрия порошок железа, раствор сульфата меди.

Ход работы:

1 – В пробирку налить раствор сульфата меди. К раствору сульфата меди добавить порошок железа. Записать наблюдения и уравнение реакции. Объяснить причину замещения меди железом.

2 – В пробирку налить раствор сульфата меди. К раствору сульфата меди добавить гидроксид натрия. Записать наблюдения и уравнение реакции.

3 – Налить в пробирку серную кислоту, добавить гидроксид калия. Записать наблюдения и уравнение реакции.

Сделайте выводы о проделанной работе.

Масла в воде — Справочник химика 21

    Различают два основных типа эмульсий—дисперсии масла в воде (м/в) и дисперсии воды в масле (в/м). Первые относятся к эмульсиям прямого типа, вторые — к эмульсиям обратного типа. [c.171]

    Существует определенная связь между химическим строением и свойствами поверхностно-активных веществ — эмульгаторов. Так, соли карбоновых кислот (растворимые в воде) со щелочными металлами, аммиаком или аминами обычно способствуют образованию эмульсий типа масло в воде, а их кальциевые, магниевые или алюминиевые соли — эмульсий типа вода в масле. Сложные эфиры жирных кислот с полиспиртами (гликолями) также способствуют образованию эмульсий типа вода в масле. [c.336]


    Различают эмульсии прямые (типа масло в воде ) с каплями неполярной жидкости, распределенными в сплошной полярной среде, и обратные (типа вода в масле ) с каплями полярной жидкости в неполярной среде. Кроме того, эмульсии делят на лиофильные и лиофобные. [c.144]

    При переходе различных по принципу действия эмульгаторов в кавитационный режим кавитация становится определяющим фактором. Это было доказано сопоставлением дисперсности эмульсий и акустических спектров мешалки, струйного смесителя и ультразвукового излучателя. Результаты эмульгирования трансформаторного масла в воде при 293 К без дополнительных эмульгаторов приведены в табл. 6.1. Спектры (рис. 6.5, а) снимались с использованием полосовых анализаторов, а кривые распределения (рис. 6.5, б) — по микрофотографиям. Введем в качестве первого параметра, характеризующего излучение, относительную ширину спектра  [c.123]

    В качестве типичной системы рассмотрим какую-нибудь систему из воды и неполярной (или малополярной) органической жидкости. Эту жидкость будем для краткости условно называть маслом. Чер ез М—В будем обозначать эмульсии масла в воде и через В—М эмульсии воды в масле. [c.537]

    Непрерывный переход от лиофобных к лиофильным системам, т. е. от грубодисперсных систем через полуколлоиды к истинным растворам может быть осуществлен различными путями. Лиофильные эмульсии, например, могут образоваться непосредственно из обычных лиофобных эмульсий типа масло в воде при введении поверхностно-активного компонента (мыла) в достаточно большом количестве. При этом межфазное натяжение становится меньше критического значения и самопроизвольное эмульгирование происходит в результате своеобразного обращения фаз наружная среда — вода поглощается масляной фазой, содержащей большое количество коллоидально растворенного мыла. [c.15]

    Наиболее распространены в природе и употребимы в технике эмульсии, образованные водой и какой-либо органической жидкостью. Если вода образует сплошную фазу, то эмульсию называют прямой, или эмульсией типа масло в воде , если вода является дисперсной фазой, то эмульсию называют обратной, или эмульсией типа вода в масле . [c.7]

    Асфальтовые продукты могут быть смешаны с водой для того, чтобы возможно было их применение без нагревания. Это эмульсии типа эмульсии масла в воде. Они разрушаются при нанесении и па каменную поверхность или на грунт так, что масло прилипает к камню, а вода испаряется. Кроме дорожной стабилизации и стабилизации почвы, они используются для пропитки бумаги и для заш иты воды [129] эмульсии обычно бывают мыльного, или ш,елочного типа, или нейтрального, или глинистого типа. Эмульсии первого типа обычно разрушаются при контакте, эмульсии же второго типа более устойчивы и, возможно, теряют воду лишь при испарении. Хорошие эмульсии должны быть стабильными во время хранения и при замерзании, с хорошей подвижностью и используются для проверки скорости разрушения [130— 132]. [c.554]


    Разделению подлежит 100 эмульсии масла в воде с содержанием масла I г/л, т. е. в 100 м этой эмульсии содержится 1О0 кг масла. Применение мембран этой фирмы позволяет получить фильтрат, в котором содержится масла меньше 10 мг/л, а в концентрате — около 60%. Таким образом, получается примерно 170 л концентрата и 99 830 л фильтрата — практически чистой воды. Концентрат может быть использован как сырье для получения так называемых вторичных рафинатов или сжигается. [c.282]

    Защитные дерматологические средства. Для защиты кожных покровов от вредных факторов производственной среды, а также механических повреждений используют спецодежду, спецобувь, защитные рукавицы и перчатки. К специальным средствам защиты кожи — дерматологическим средствам — относятся защитные пасты, мази и кремы. Их применяют для защиты кожи рук, реже—кожи лица. Их подразделяют на две основные группы. Первую группу составляют гидрофильные средства типа масло в воде , легко смачивающиеся водой и [c.175]

    По концентрации дисперсной фазы все эмульсии делят на разбавленные, концентрированные и высококонцентрированные. Под разбавленными понимают высокодисперсные эмульсии, содержащие до 0,1% дисперсной фазы по размеру частиц они близки к коллоидным растворам, т. е. диаметр глобул в таких эмульсиях около 10 см. Разбавленные эмульсии агрегативно устойчивы даже без введения эмульгаторов, по своим свойствам они больше похожи на лиофобные золи. Классическим примером разбавленной эмульсии может быть эмульсия машинного масла в воде, образующаяся при конденсации пара в процессе работы паровой машины. [c.21]

    Твины и Спаны не токсичны, что позволяет с успехом применять их в пищевой промышленности и в косметике. Спаны наиболее эффективны для получения эмульсий типа вода в масле (в/м) гидрофильный характер придает им остаток сорбитана. После оксиэтилирования гидрофильность этих продуктов увеличивается чем длиннее полиоксиэтиленовые цепи, тем выше растворимость в воде и меньше растворимость в масле. Твины образуют эмульсии типа масло в воде (м/в). [c.179]

    Первые исследователи свойств эмульсии считали, что поверхностное натяжение ст является очень важным фактором, определяющим стабильность и размер частиц. Приводились доводы, что большая величина а означает и большую энергию, затрачиваемую на образование новой поверхности и, следовательно, это неблагоприятствует образованию эмульсии. Поэтому стремились к уменьшению а тем или иным путем. Как установлено в настоящее время, работа, затрачиваемая на образование новой поверхности, представляет собой лишь часть общей энергии, потребляемой в процессе приготовления эмульсии. Несомненно, низкое значение поверхностного натяжения способствует диспергированию, но более важны те изменения, которые происходят в двойных электрических слоях , образующихся возле этих поверхностей. Двойной электрический слой обеспечивает устойчивость эмульсии, препятствуя коагуляции частиц, и показывает, будут ли образовываться эмульсии типа вода в масле (В/М) либо масло в воде (М/В). Изменение поверхностного натяжения — проявление тех изменений, которые происходят в природе самой поверхности. [c.19]

    В реальных условиях эксплуатации скважин двухфазная среда углеводород — электролит находится в виде эмульсии типа вода в масле или масло в воде. В слабо-обводненных скважинах встречается обычно эмульсия первого типа, в сильнообводненных скважинах — второго. Тип эмульсии определяют измерением ее удельной электропроводности. Эмульсия В/М имеет очень низкую электропроводность, поэтому, если электропроводность раствора настолько мала, что ее не удается измерить, эмульсию относят к типу вода в масле. Независимо от типа эмульсии коррозионным агентом всегда является водная фаза. Величина водонефтяного отношения для конкретного месторождения, при которой система нефть — вода становится неустойчивой, может быть использована в качестве специфического параметра для характеристики и -прогнозирования коррозии на нефтепромыслах [12]. [c.13]

    Весьма важной характеристикой эмульгатора служит его отношение к обеим жидкостям, образующим эмульсию. Вещества, растворимые в воде и нерастворимые в масле, являются хорошими эмульгаторами и стабилизируют эмульсии типа масло в воде. Это олеат натрия и другие соли жирных кислот и щелочных металлов. Наоборот вещества, хорошо растворимые в неполярных жидкостях типа масла и мало растворимые в воде, образуют устойчивые эмульсии типа вода в масле. Это соли жирных кислот и щелочноземельных и тяжелых металлов кальция, цинка, алюминия, магния, железа, хрома и др. Присутствие в углеводородной части молекулы двойных связей усиливает гидрофильные свойства эмульгаторов. В последнее время ценные эмульгаторы получают на основе щелочных солей сульфоновых кислот. [c.81]


    Используя исходный 0,1 М раствор ПАВ, получают эмульсию вазелинового масла в воде в соответствии с методикой, указанной в варианте 1 работы. [c.174]

    Коле и др. (1959) определили, что при быстром замерзании эмульсии масла в воде распределение шариков по размерам не увеличивалось до значения, полученного при медленном замерзании. Если эмульсии замерзали в интервале температур от —2 до —10° С, растущие на стенках сосуда кристаллы льда выталкивали шарики масла в центр. Однако при очень низкой температуре (—79° С) таких миграций масляных шариков не наблюдалось. [c.126]

    Оценка величины диэлектрической дисперсии, обусловленной поляризацией поверхности раздела. Для эмульсий неполярного масла в воде бр является величиной бесконечно малой по сравнению с е ,. Уравнение ( .184) и ( .186) из теории Вагнера в данном случае упростятся [c.347]

    Существуют два рода (типа) эмульсий эмульсии 1 рода, или гидрофильные эмульсии, типа масло в воде, здесь масло (какая-либо углеводородная жидкость) в виде капелек распределено в другой жидкости  [c.47]

    При эмульгировании образуются два типа эмульсий масло в воде и вода в масле . Эмульсия первого типа нестабильна и поддерживается только при турбулизации, а также с помощью естественных или искусственных эмульгаторов, детергентов или твердых частиц. Стабилизирующим действием обладает также ряд поверхностно-активных продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. Доминирующей является эмульсия вода в масле , стабилизируемая рядом соединений, присутствующих в нефтяных маслах (парафинами, металлоорганическими соединениями, серу-и кислородсодержащими веществами). На эмульгирование влияют также температура, соленость и pH воды, наличие ПАВ (продуктов фотохимических реакций и биоразложения). [c.76]

    Битумные эмульсии — дисперсные системы, которые состоят из битума, воды и эмульгатора, придающего системе устойчивость. Битум в такой системе может выступать как в качестве дисперсной фазы, так и в качестве дисперсионной среды. В первом случае имеет место так называемая эмульсия прямого типа (система масло в воде , М/В), во втором — обратная эмульсия (система вода в масле , В/М) Тип получаемой эмульсии определяется, главным образом, свойствами и количеством вводимого эмульгатора -.  [c.24]

    Сущность метода перекачки нефтей с водным раствором ПАВ заключается в том, что создается устойчивая в динамических условиях эмульсия прямого типа «масло в воде» и стенкам трубопровода придаются гидрофильные свойства. В результате этого эффективная вязкость смеси становится в несколько десятков раз меньше вязкости исходной нефти, стенки трубопровода оказываются смоченными водяным слоем, что способствует значительному снижению расхода на перекачку. [c.89]

    Из этой формулы видно, что скорость седиментации пропорциональна квадрату линейных размеров частиц, обратно пропорциональна коэффициенту вязкости дисперсионной среды и зависит, кроме того, от величины р—Ро- При р>Ро наблюдается седиментация, а при рэмульсии масла в воде) частицы всплывают наверх — происходит обратная седиментация. [c.59]

    Синтетический латекс представляет собой коллоидную дисперсию типа масло в воде. Частицы каучука (масляная фаза) в латексе имеют обычно размеры от нескольких десятков до сотен нанометров (редко менее 10 и более 1000 нм). Как всякая дисперсная система с развитой поверхностью раздела, латексы термодинамически нестабильны. Для сохранения коллоидных свойств системы в течение длительного времени поверхность раздела следует гид-рофилизовать, что достигается введением в систему дифильных поверхностно-активных веществ (ПАВ), например солей карбоновых кислот различной природы и строения. Адсорбированные на поверхности раздела гидратированные молекулы и ионы ПАВ образуют защитные слои. Эффективная толщина таких слоев, оцененная по данным вискозиметрических [4, 5], дилатометрических [6], термографических [7] измерений, изменяется от нескольких единиц до десятков нанометров в зависимости от природы и количества образующего их эмульгатора, а также от степени заполнения поверхности частиц адсорбированным эмульгатором (так называемой адсорбционной насыщенности). Адсорбционная насыщенность синтетических латексов обычно лежит в диапазоне от [c.587]

    Различие между эмульгаторами типа масло в воде и вода в масле можно объяснить тем, что обе поверхности адсорбированной пленки эмульгатора различным образом смачиваются водой и маслом. Стремление к сокращению больше у той поверхности, которая обладает большим поверхностным натяжением. Так как охватывающая поверхность больше, чем охватываемая, то при прочих равных условиях в шарике соберется та жидкость, которая хуже растворяет и слабее взаимодействует с веществом эмульгатора. [c.81]

    Рассмотренное здесь разделение эмульгаторов на типы в известной степени условно. Тип образующейся эмульсии зависит от соотношения количеств взятых для смешения жидкостей, от их индивидуальных свойств, от взаимных количеств эмульгаторов, а также от pH среды. Например, казеин способствует образованию устойчивой эмульсии типа масло в воде, если он добавляется смесь нефти и воды. Тот же казеин эмульгирует воду в олеиновом масле и, следовательно, образует эмульсии типа вода в масле. Если в качестве эмульгатора применять пальмитат натрия, то эмульсия бензола в воде становится устойчивой при pH 10, а при рН>10 устойчива эмульсия воды в бензоле. Кальциевые и нат- [c.81]

    Плотность присадки при 15 С 1080 кг/м вязкость при 99 °С яй9,0 мм с содержание фосфора 4,5%, серы 14%, молибдена (в виде МоОз) 10,6% масс. Присадка полностью растворима в масле в воде она не растворяется. При добавлении 1 % присадки MOLYVAN L к моторному маслу SAE 20W-40, относящемуся по классификации API к группе SE, износ поршневых колец автомобильного бензинового двигателя снизился на 20% одноврелген-но в 2 раза снизился расход масла. Аналогичный результат был получен при длительных (1000 ч) испытаниях V-образного автомобильного бензинового двигателя hevrolet 327 на масле SAE 30 [45]. [c.168]

    С. А. Недужему, отрыв капель масла в воду происходит тогда, когда захлопывается кавитационный пузырек в воде вблизи межфазной границы. В развитие этой идеи предполагается, что дробление дисперсной фазы происходит струями к центру захлопывающегося пузырька, однако количественная оценка отсутствует. Б. Г. Новицкий [18] объясняет процесс эмульгирования в звуковом поле флотационным действием кавитационных пузырьков, перемещающихся поступательно через границу раздела фаз и увлекающих на своей поверхности дисперсную фазу непосредственно эмульгирование обусловлено высокими градиентами скоростей микротечений около пузырьков. На приведенных кинограммах не указаны пространственно-временные масштабы, а выведенные уравнения получены при многочисленных произвольных допущениях. [c.122]

    Ралф, Керл и Тауелл опубликовали данные измерений частоты коалесценции в эмульсиях масло в воде и вода в масле в резервуарах с различными условиями перемешивания. Среднее время между 7 двумя коалесценцпями уменьшается с увеличением объемной доли дисперсной фазы и скорости вращения мешалки. Величина этого времени колеблется от 5 до 500 сек, на нее существенно влияет перенос вещества при химической реакции и воздействие [c.105]

    Известно, что концентрации электролитов, необходимые для того, чтобы вызвать коалесценцию, чрезвычайно малы. Концентрации электролитов ионов различной валентности, снижающие f-потенциал эмульсий масла в воде на 10 мВ имеют следуюище значения  [c.38]

    Условия коррозионного разрушения газонефтепромыслового оборудования отличаются особой спецификой, связанной с гетерогенностью, добываемой из скважины продукции. Соотношение углеводородной и водной фаз в. продукции может быть различным. При больших скоростях движения потока, обеспечивающих интенсивное перемешивание фаз, образуется эмульсионная система типа масло в воде или вода в масле. При отстое происходит разделение на две несмешнвающиеся фазы. Во всех случаях коррозионной средой является вода. Углеводородная фаза не обладает агрессивными свойствами бла- [c.10]

    Для того чтобы различать, какая из жидкостей эмульсии диспергирована, а какая является дисперсионной средой, принято полярную жидкость условно называть водой , а неполярную— маслом . В соответствии с этим эмульсин делят на два типа прямые — масло в воде (м/в) п обратные — вода в масле (в/м). Тип эмульсии определяют по свойствам диспсрсноииой среды. Например, прямые эмульсин (м/в) смешиваются с водой (с иоляриыми жидкостями), имеют большую электропроводность, плохо смачивают гидрофобную поверхность. Противоположными свойствами обладают обратные эмульсии (в/м). [c.186]

    В настоящее время резание металлов осуществляется с при-мeнe иeм масляных, водно-масляных и водных сред с добавками поверхностно-активных веществ, химически активных присадок и твердых высокодисперсных порошков. Наиболее широко применяют водно-масляные СОЖ (эмульсии типа масло в воде ), а так-ж6 водные растворы растворимых в воде масел с присадками (так [c.386]

    В некоторых специфических областях применения, таких, как горнодобывающая и сталелитейная промышленности, в отдельную группу вьщелились огнестойкие рабочие жидкости на водной основе (эмульсии масло в воде , вода в масле , водно-гликолевые смеси и др.) и жидкости, не содержащие воды (сложные эфиры фосфорной кислоты, олигоорганосилоксаны, фторированные углеводороды и др.). [c.209]

    Результаты испытаний показали, что способность к образованию прямой эмульсии, т. е. эмульсии типа «масло в воде», у про-ксанола-186 и ксилиталя С-15 проявляется значительно слабее, чем у препарата ОС-20 и дисолвана-4411. Поэтому проксанол-186 и ксилиталь С-15 как малоактивные эмульгаторы в дальнейшем не рассматривались. [c.106]

    В 1971 г. в США был запатентован метод перекачки высоковязких нефтей в виде эмульсии типа «масло в воде», который особенно эффективен при перекачке асфальтовых нефтей. Эмульсия содержит по объему от 50 до 70 % нефти и от 30 до 50 % воды. Если к нефти асфальтового основания добавляется водный раствор едкого натра, который реагирует с омыляющимися компонентами [c.118]


Эмульгатор для получения эмульсии типа «масло в воде» и «вода в масле»

Предлагаемое изобретение относится к эмульгаторам, применяемым при изготовлении эмульсий типа «вода в масле» или «масло в воде». Описан эмульгатор для получения эмульсии типа «масло в воде» и «вода в масле», включающий смесь натриевой соли сополимера акриловой и метакриловой кислоты, тиосульфата натрия, цитрата натрия, стеариновой кислоты, бензиламина, коламина, машинного масла, каустика и воды при следующем соотношении компонентов, мас.%: натриевая соль сополимера акриловой и метакриловой кислоты (при мольном соотношении мономеров (50:50) 2-4, тиосульфат натрия 3-9, цитрат натрия 4-8, стеариновая кислота 12-18, бензиламин 3-8, коламин 2-6, масло машинное 20-25, каустик 4-6, вода остальное. Технический результат — получение высокоэффективного эмульгатора для создания кровельных мастик. 6 пр.

 

Предлагаемое изобретение относится к эмульгаторам, применяемым при создании кровельных мастик различного состава с использованием сшивающихся полимерных материалов для увеличения гидроизоляции и адгезии к поверхностям из различных материалов. Предлагаемый способ позволяет получить высокоэффективный эмульгатор для создания кровельных мастик.

Известен эмульгатор для получения кислой битумной эмульсии, представляющий собой состав, включающий алкиламиновые производные, в частности пропилендиамин и колофан. Содержание эмульгатора в битуме 0.15-0.2%, предназначен для дорожных покрытий (ЕПВ №0861686, МКИ B01F 17/00, С08 193/00, 02.09.1998 г.).

Недостатком данного эмульгатора является невозможность его использования для создания кровельных мастик, т.к. невозможно создать надежную гидроизоляцию.

Известен твердый эмульгатор, в качестве которого используют мелкомолотую негашеную известь. Суспензию мелкомолотой негашеной извести получают в присутствии 10% воды, а перемешивание битума проводят в течение 10-25 мин (SU №1597374, МКИ C08I 95/00, 07.10.1990 г.).

Недостатком данного эмульгатора является трудность получения достаточно подвижной эмульсии из-за использования асбеста.

Известен эмульгатор, содержащий алифатические амины, аминированный лигнин, имидазолины, анионные полимерные диспергаторы, гидроксикарбоновые кислоты, сахариды, сахарные спирты и многоатомные спирты (US №5928418, МКИ С09D 195/00).

Недостатком данного эмульгатора является невозможность создания гидроизоляционной кровельной мастики.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения эмульгатора путем взаимодействия алкениленянтарного, например полиизобутиленянтарного, ангидрида с молекулярным весом 300-3000 с триэтаноламином или полиамином в среде индустриального масла (прототип).

Алкенилянтарный ангидрид и триэтаноламин используют в молекулярном соотношении 1:(1.05-2.0), а алкенилянтарный ангидрид и полиамин 1:(0.19-0.3) (RU №97110243/04, МКИ B01F 3/08, C06B 23/00, 27.05.1999 г.).

Данный маслорастворимый полимерный эмульгатор предназначен для создания эмульсионных СОЖ.

Недостатком данного эмульгатора является невозможность создания эмульсии типа вода в масле.

В основу настоящего изобретения положена задача создания эмульгатора для получения эмульсии типа «вода в масле» и «масло в воде» для возможности их использования в строительстве, в частности для изготовления гидроизоляционной мастики.

Поставленная задача решается тем, что в состав предлагаемого эмульгатора вместо алкенилянтарного ангидрида и полиамина входит смесь из натриевой соли сополимера акриловой и метакриловой кислоты, тиосульфата натрия, цитрата натрия, стеариновой кислоты, бензиламина, коламина, машинного масла, каустика и воды при следующем соотношении компонентов, мас.%:

натриевая соль сополимера акриловой и метакриловой кислоты
(при мольном соотношении мономеров 50:50) 2-4
тиосульфат натрия 3-9
цитрат натрия 4-8
стеариновая кислота 12-18
бензиламин 3-8
коламин 2-6
масло машинное 20-25
каустик 4-6
вода остальное.

Рабочие растворы могут иметь следующие концентрации, мас.%: 0.15-0.2. Натриевая соль сополимера акриловой и метакриловой кислот представляет собой полимер формулы:

CaHbOcSdKeNaf,

где а от 1215 до 1418; b от 1025 до 1218; с от 804 до 906; d от 1 до 5; е от 1 до 6; f от 378 до 450, с содержанием фрагментов по К от 0.21 до 1.35% мол. формулы:

С содержанием фрагментов по Na от 75.62 до 81.43% мол. формулы:

С содержанием по остатку от 9.08 до 15.03% мол. формулы:

Тиосульфат натрия

Цитрат натрия ТУ 2499-005-00343227-2002

Стеариновая кислота

Бензиламин

Коламин

Масло машинное

Каустик

Вода питьевая ГОСТ 2874-73

Анализ отобранных в процессе поиска известных решений показал, что в науке нет объекта, аналогичного по заявляемой совокупности признаков и наличию вышеуказанных свойств, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного объекта критерию «новизна» и «изобретательский уровень».

Для доказательства соответствия заявляемого изобретения критерию «промышленная применимость» приводим примеры конкретного выполнения.

Пример 1 (по прототипу)

Маслорастворимый полимерный эмульгатор получают при перемешивании полиизобутиленянтарного ангидрида с триэтаноламином или полиамином в среде индустриального масла и нагревании в токе инертного газа с выделением образующейся воды и фильтрованием от примесей.

Из полученного таким образом полимера готовили рабочие растворы с массовой концентрацией 0.15-0.2.

Рабочие растворы использовали для изготовления кровельной мастики состава (ч):

битум 100
тиосульфат натрия 1.5
эмульгатор 2.4
индустриальное масло 65
цитрат натрия 6
стеариновая кислота 15
коламин 9
вода 82.

Адгезия к материалу кровли и гидроизоляция неудовлетворительные.

Пример 2 (предлагаемый)

В условиях примера 1, но при использовании для приготовления эмульгатора следующих компонентов в мас.%:

натриевая соль сополимера акриловой и метакриловой кислот
(при массовом соотношении мономеров 50:50) 1
тиосульфат натрия 3
цитрат натрия 4
стеариновая кислота 12
бензиламин 3
коламин 2
масло машинное 20
каустик 4
вода остальное.

Эмульгатор готовят путем растворения стеариновой кислоты в машинном масле, а тиосульфат натрия, цитрат натрия, бензиламин, коламин, натриевую соль сополимера акриловой и метакриловой кислот и каустика в воде и смешивают горячие растворы в специальном смесителе с высокоэффективной мешалкой.

Из полученной эмульсии готовят рабочий раствор с концентрацией 0.15 мас.%.

Адгезия к материалу кровли и гидроизоляция удовлетворительные.

Пример 3

В условиях примера 2, но при использовании для приготовления эмульгатора следующих компонентов в мас.%:

натриевая соль сополимера акриловой и метакриловой кислот
(при массовом отношении 50:50) 1.1
тиосульфат натрия 4.5
цитрат натрия 5.8
стеариновая кислота 13.5
бензиламин 4.9
коламин 3 5
масло машинное 22.5
каустик 4.5
вода остальное.

Из полученной эмульсии готовят рабочий раствор с концентрацией 0.15 мас.%. Адгезия к материалу кровли и гидроизоляция удовлетворительные.

Пример 4

В условиях примера 2, но при использовании для приготовления эмульгатора следующих компонентов в мас.%:

натриевая соль сополимера акриловой и метакриловой кислоты
(при массовом соотношении мономеров 50:50) 1.5
тиосульфат натрия 5.5
цитрат натрия 6.2
стеариновая кислота 14.2
бензиламин 5.2
коламин 4.2
масло машинное 23.5
каустик 5.2
вода остальное.

Из полученной эмульсии готовят рабочий раствор с концентрацией 0.15 мас.%. Адгезия к материалу кровли и гидроизоляция удовлетворительные.

Пример 5

В условиях примера 2, но при использовании для приготовления эмульгатора следующих компонентов в мас.%:

натриевая соль сополимера акриловой и метакриловой кислоты
(при массовом соотношении мономеров 50:50) 1.8
тиосульфат натрия 8.5
цитрат натрия 7.5
стеариновая кислота 17.5
бензиламин 7.5
коламин 5.5
масло машинное 24.5
каустик 5.5
вода остальное.

Из полученной эмульсии готовили рабочий раствор с концентрацией 0.2 мас.%. Адгезия к материалу кровли и гидроизоляция хорошие.

Пример 6

В условиях примера 2, но при использовании для приготовления эмульгатора следующих компонентов в мас.%:

натриевая соль сополимера акриловой и метакриловой кислоты
(при массовом соотношении мономеров 50:50) 2.0
тиосульфат натрия 9.0
цитрат натрия 8.0
стеариновая кислота 18.0
бензиламин 8.0
коламин 6.0
масло машинное 25.0
каустик 6.0
вода остальное.

Из полученной эмульсии готовили рабочий раствор с концентрацией 0.2 мас.%.

Адгезия к материалу кровли и гидроизоляция хорошие.

Эмульгатор для получения эмульсии типа «масло в воде» и «вода в масле», включающий смесь натриевой соли сополимера акриловой и метакриловой кислоты, тиосульфата натрия, цитрата натрия, стеариновой кислоты, бензиламина, коламина, машинного масла, каустика и воды при следующем соотношении компонентов, мас.%:

натриевая соль сополимера акриловой и метакриловой кислоты
(при мольном соотношении мономеров (50:50) 2-4
тиосульфат натрия 3-9
цитрат натрия 4-8
стеариновая кислота 12-18
бензиламин 3-8
коламин 2-6
масло машинное 20-25
каустик 4-6
вода остальное

Модифицированные нефтеполимерные смолы в образовании и стабилизации водомасляных эмульсий Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

7. Думский Ю.В., Чередникова Г.Ф., Думский С.Ю., Попов Ю.В., Бутов ГМ. Новые возможности использования нефтеполимерных смол в лакокрасочных материалах // Известия Волгоград. гос. техн. ун-та. — 2007. — № 5. — С. 108-111.

8. Вайсбергер А., Проскауэр Д. Органические растворители. -М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1958. — 584 с

9. Ляпков А.А., Ионова Е.И., Сутягин В.М., Никонова Н.А. Кинетические закономерности катионной полимеризации 9-ви-нилкарбазола под действием тетрахлорида титана. // Известия Томского политехнического университета. — 2008. — Т. 313. -№ 3. — С. 59-65.

10. Кузнецов Н.Н., Ионова Е.И., Ляпков А.А., Бондалетов В.Г, Мананкова А.А. Полимеризация дициклопентадиена под действием каталитических систем на основе TiCl, // Химическая промышленность. — 2009. — Т. 86. — № 7. — C. 367-378

11. Ляпков А.А., Бондалетов В.Г., Ионова Е.И., Евдокимов А.В., Толмачева В.Я. Закономерности соолигомеризации дицикло-пентадиеновой фракции в присутствии тетрахлорида титана и диэтилалюминийхлорида // Известия вузов. Химия и химическая технология. — 2009. — Т 52. — № 1. — C. 97-100.

Поступила 01.03.2010г.

УДК 665.7.038

МОДИФИЦИРОВАННЫЕ НЕФТЕПОЛИМЕРНЫЕ СМОЛЫ В ОБРАЗОВАНИИ И СТАБИЛИЗАЦИИ ВОДОМАСЛЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ

А.А. Троян, В.Г. Бондалетов, З.Т. Дмитриева*

Томский политехнический университет *Институт химии нефти СО РАН, г. Томск E-mail: [email protected]

Исследованы динамическая вязкость, структурно-механические свойства и вязкотекучая стабильность водомасляных эмульсий на основе отработанных моторных масел в присутствии небольших добавок модифицированных нефтеполимерных смол. Озонированные и малеинизированные ароматические и циклоалифатические нефтеполимерные смолы воздействуют на межфаз-ную структуру эмульсий как буферы.

Ключевые слова:

Нефтеполимерные смолы, озонирование, малеинизация, использованное масло, водомасляные эмульсии, динамическая вязкость, напряжение сдвига.

Key words:

Polymeric petroleum resins, ozonization, maleinization, waste, water-in-oil emulsions, dynamic viscosity, shift tension.

Введение

Водомасляные эмульсии широко используют в технологиях увеличения нефтеотдачи пластов, например, при обработке высокообводненных коллекторов [1], нагнетательных и добывающих скважин [2, 3], а также в процессах газодобычи [4] и для временной изоляции проницаемости в призабойной зоне пластов. В последние годы структурированные эмульсии используют в технологиях гидравлического разрыва малопроницаемых газо- и нефтенесущих пластов. Структурная и механическая устойчивость эмульсий обеспечивается (формируется) содержанием в их составе дорогостоящих поверхностно-активных веществ (ПАВ). Однако специальные ПАВ для получения эмульсий можно заменить отработанными нефтепродуктами, в частности использованными моторными маслами. Известно, что смазочные жидкости (масла) разного назначения содержат поверхностно-активные присадки (соли алкилкарбоновых и алкил-сульфоновых кислот). Кроме того, в процессе эксплуатации масел образуются и накапливаются в большом количестве смолистые вещества, которые

дополнительно к присадкам являются эффективными ПАВ [5]. Одним из основных поставщиков отработанных масел в России является топливноэнергетический комплекс — около 427 тыс. т в год [6]. Согласно экономическим расчетам утилизация отработанных масел в нефтедобывающей отрасли рациональнее, чем их регенерация.30 (пробег двигателя 8000…10000 км) с вязкостью — 73 с (по ВЗ-4, ГОСТ 9070-75, сопло 2 мм).

Нефтеполимерные смолы синтезировали полимеризацией стирольной (СФ) и дициклопента-диеновой (ДФ) фракций жидких продуктов пиролиза прямогонного бензина в присутствии каталитической системы Т1С14-(С2Н5)3А в мольном соотношении 1:0,33, концентрации ТЮ4 — 0,03 моль/л, температуре процесса 80 °С и продолжительности 3 ч [7]. После отгонки непрореагировавших углеводородов получили НПССФ и НПСДФ соответственно. Озонированием 10 %-го раствора НПССФ и НПСДФ в ксилоле озоно-кислородной смесью (расход О2-О3 — 38,5 л-ч-1, концентрация О3 — 2 об. %) в реакторе барботажного типа при температуре 5 °С и продолжительности процесса 20 и 60 мин получали озонированные НПС (О20НПССФ, О20НПСДФ, О60НПССФ) [8]. Взаимодействием НПССФ и НПСДФ с 10 и 20 мас. % малеинового ангидрида (МА) в расплаве при температуре 180 °С в течение 4 ч получали малеинизированные НПС (НПССФМ10 и НПССФМ20). Озонированием малеинизированных НПС по вышеприведенной методике получали комбинированно модифицированные НПС (О60НПССФМ10 и О60НПССФМ20). Физико-химические характеристики модифицированных НПС приведены в табл. 1.

Таблица 1. Физико-химические характеристики модифицированных НПС

Характеристика © и? i= ш О © и i= ш О © и i= ш о 2 © и 1= 2 © и 1=

Активный кислород, % 0,18 0,37 1,1 — —

Общий кислород, % 2,31 7,73 13,8 4,8 9,1

Бромное число, г Вг2/100 г 93,8 50,5 35,0 55,7 51,2

Молекулярная масса, у. е. 510 730 810 670 710

Температура размягчения по КиШ, °С 94 90 125 93 102

Содержание введенного МА, % — — — 9,8 18,6

Водомасляные эмульсии получали смешиванием отработанного моторного масла с водой в массовом соотношении масло : вода от 95 : 5 до 50 : 50 и последующей гомогенизацией в электромеханическом смесителе в течение 60 мин при 20 °С. Контактирование фаз эмульсия-смола осуществляли на установке с платформой горизонтального колебания. Полученные эмульсии с разным содержанием воды и НПС характеризовали временем их истечения, которое измеряли на вискозиметре ВЗ-246. Реологические характеристики (динамическую вязкость, напряжение сдвиговой деформации) эмульсий определяли на ротационном вискозиметре РЕОТЕСТ-2 с помощью измерительного устройства, состоящего из соосных цилиндров,

при температурах от 20 до 90 °С в интервале скоростей сдвига от 1,5 до 1312 с-1. Напряжение сдвига, приложенное к деформируемой жидкости, рассчитывали по уравнению:

т = z-a,

где т — напряжение сдвига, Па; z — константа цилиндра; a — значение, считанное с шкалы индикаторного прибора.

Из напряжения сдвига и заданной скорости деформации вычисляли динамическую вязкость:

7 = (т-у) -100 %,

где 7 — вязкость, Па-с; у — скорость деформации, с-1.

Спектры ЯМР 1Н стандартного и отработанного масел получены на спектрометре «AVANCE AV300» фирмы «Bruker» при рабочей частоте 300 МГц и температуре 25 °С с внутренним эталоном гексаме-тилдисилоксаном. Структурно-групповое распределение протонов (СГР 1Н) в спектрах образцов исходного и отработанного масел определено по методике [9].

Обсуждение результатов

Заметное отличие в спектре ЯМР 1Н отработанного масла в сравнении со спектром стандартного масла заключается в увеличении содержания протонов ароматических (НА) углеводородов, и также протонов, находящихся при ароматическом ядре и карбонильной группе (На) и уменьшении содержания протонов метильных групп (Ну), нафтеновых (Н), а содержание протонов парафино-нафтено-вых (Нд) углеводородов остается на уровне стандартного масла, табл. 2.

Таблица 2. Распределение содержания протонов в ЯМР Н спектрах, %

Тип СГР ‘Н Исходное масло Отработанное масло

На 1,1 2,5

На 59,0 58,6

Нд 3,7 5,3

НУ 22,2 18,6

Н 14,0 7,6

Характер изменения структурно-группового распределения ЯМР 1Н спектра отработанного масла соответствует процессу окисления углеводородной основы, прежде всего, окислению парафиновых углеводородов с последующей окислительной деструкцией и поликонденсацией окисленных соединений и накоплением смол в масле. Действительно, динамическая вязкость использованного масла примерно в два раза выше вязкости стандартного масла, рис. 1.

Результаты исследования использованного масла дают основание предполагать, что оно может быть использовано в качестве дисперсионной среды для получения водомасляных эмульсий.

г, Па

Рис. 1. Зависимость динамической вязкости масляных проб от напряжения сдвиговой деформации. Масло: 1) стандартное Ю’М-30; 2) отработанное

Использованное (отработанное) масло как дисперсионная среда способно межфазно удерживать до 40 мас. % воды. При содержании 45 мас. % воды практически сразу наступает расслоение фаз. Время истечения отработанного масла, пропорциональное его кинематической вязкости, составляет 73 с. Содержание в масле 5 и 10 мас. % воды практически не изменяет вязкость эмульсий в сравнении с маслом. Вязкость эмульсий начинает нарастать при содержании воды от 20 до 40 мас. %, рис. 2. После содержания в эмульсии 25 мас. % воды происходит резкое повышение вязкости эмульсии до 35 %-го содержания воды. Динамическая вязкость эмульсий в зависимости от содержания в них воды изменяется симбатно времени их истечения, рис. 2.

т——1——1——1——1——1——1——г

О 10 20 30 40

Содержание воды, %

Рис. 2. Изменение времени истечения (1) и динамической вязкости (2) эмульсии в зависимости от содержания воды

Изменение кинематической и динамической вязкости эмульсий в зависимости от содержания в них воды носит нелинейный характер. Эмульсии с содержанием воды 30 и 35 мас. % текут с наиболее высокими и постоянными значениями сдвигового напряжения в широком интервале скоростей деформации, от 400 до 1312 с-1. Это свидетельствует о том, что при механическом нагружении скорость релаксации надмолекулярной структуры этих эмульсий превышает скорость их разрушения.

Для описания структурно-механических свойств эмульсий исследованы зависимости сдвигового напряжения (т, Па) от скорости деформации (у, с-1) с точки зрения соответствия этих зависимостей степенному уравнению Оствальда [10]: т = к-у»,

где п — показатель неньютоновского поведения жидкости; к — коэффициент, характеризующий структурированность жидкости.

Для ньютоновской жидкости коэффициент п равен 1 и более. Коэффициент. ы п и к (табл. 3) определили из зависимостей т(у) для эмульсий:

1пт = 1п к + п 1п у.

Таблица 3. Коэффициенты вязкоупругого течения эмульсий в зависимости от состава при 20 °С

Содержание воды, % ц, Па-с Коэффициент

к п

20 2,17 1,10 0,03

25 2,17 0,82 0,20

30 3,26 1,54 0,10

35 3,26 1,49 0,11

40 4,35 1,19 0,09

Эмульсии при содержании в них воды от 20 до 40 мас.ми и О60НПССФМ20 она уменьшается, но после двух часов контактирования фаз — увеличивается (зависимости 1, 3, 4, 6). Вязкость эмульсии в присутствии О60НПССФ (зависимость 1) в интервале от 1 до 2,5 ч контактирования фаз уменьшается до 84 с, почти приближаясь к вязкости масла (73 с), а после второго часа контактирования вязкость стремительно нарастает до уровня вязкости остальных составов эмульсий. Эмульсии в присутствии О60НПССФМ10 и О20НПССФ (зависимости 3 и 4) ведут себя обычным образом. Обращает на себя внимание зависимость вязкости для системы эмульсия — О60НПССФМ20 (зависимость 6), она имеет S-образную форму. Обычно такая форма зависимости отражает высокоупорядоченную надмолекулярную структуру жидкости. О20НПСДФ за первый час контактирования немного снижает вязкость эмульсии, а затем линейно повышает ее (зависимость 2). Спустя три часа контактирования фаз вязкость всех эмульсий достигает почти одинакового значения, превышающего вязкость исходной эмульсии. Характерной особенностью влияния НПС на свойства эмульсии является то, что экстремальное изменение ее вязкости соответствует двум часам контактирования фаз. После двухчасовой механической (динамической) обработки смолосодержащих эмульсий (зависимости 1-7), они были оставлены в покое на 15…17 ч. После покоя перед последующей механической обработкой были определены времена истечения эмульсий, значения которых практически совпали с величинами, измеренными сразу после второго часа контактирования (рис. 3).

НПСсФМ20 более всех смол увеличивает вязкость эмульсии без экстремального характера ее изменения. О60НПССФ, напротив, более всех смол понижает вязкость после двух часов контактирования. Следует отметить, что добавки НПС в количестве

1 мас. % в тех же условиях контактирования фаз не изменяют вязкость исходного использованного масла. Характер изменения вязкости эмульсии с содержанием 20 мас. % воды в присутствии НПС разного состава и в зависимости от продолжительности контактирования соответствует фазовому переходу в начале через ослабление связи между водой и маслом (изменение фазовой структуры эмульсии), потом к сольватации, соответствующей восстановлению и стабилизации эмульсии.

Все исследованные НПС в составе эмульсии с содержанием 35 мас. % воды, в отличие от эмульсии (20 мас. %), изменяют ее вязкость симбатно и колебательно в зависимости от продолжительности контактирования фаз (рис. 4).

Время контакта, мин

Рис. 4. Изменение времени истечения эмульсии (содержание воды 35 мас %) в зависимости от состава НПС и времени контактирования фаз: 1) О60НПСсфМ10, 2) НПССФМ20; 3) ОНПСсф; 4) НПСсфмю, 5) О20НПСДФ, б) 06оНПСсфм2о; 7) 0-2оНПСсф

Время истечения смолосодержащих эмульсий, измеренное через каждый час в течение пяти часов их механической обработки, изменяется волнообразно (синусоидально) с двумя максимумами на кривых в области 1…2 и 3…5 ч и минимумом в интервале 2…3 ч. Смолы: О20НПССФ, О60НПССФМ20, О20НПСДФ и НПССФМ10 (зависимости 7, 6, 5, 4, соответственно) в первом максимуме резко увеличивают вязкость (время истечения 237…243 с) в сравнении с вязкостью исходной эмульсии (время истечения 197 с) и также резко снижают ее после второго часа контактирования, переводя зависимости через минимум во второй максимум с пониженными значениями вязкости (с затуханием). Смолы: О60НПССФМ10, НПСсфм20 и 060НПСсф (зависимости 1,

2 и 3, соответственно), наоборот, увеличивают вязкость эмульсий при переходе из первого максимума во второй. Вязкость эмульсий, соответствующая минимуму на спектре, в присутствии всех НПС никогда не понижается до вязкости исходной эмульсии. Это соответствует тому, что система масло-во-да-НПС не разрушается до индивидуальных компонентов, а остается (пребывает) в состоянии переходного комплекса, обеспечивающего равновесие процесса сольватация-десольватация.

Выводы

1. Показано, что модифицированные озоном и малеиновым ангидридом ароматические и циклоалифатические нефтеполимерные смолы увеличивают и стабилизируют вязкость водомасляных эмульсий в динамических условиях при содержании в них воды до 40 мас. %. Нефтеполимерные смолы производят воздействие на межфазную структуру эмульсии как буферы.

2. Механизм изменения вязкости эмульсий в присутствии нефтеполимерных смол носит колебательный характер, указывающий на существо -вание динамического равновесия процесса сольватация — десольватация.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Казакова Л.В., Южанинов П.М., Миков А.И., Кашбиев Г.Г Опыт применения потокоотклоняющих гидрофобных эмульсионных составов для увеличения нефтеотдачи высокообвод-ненных коллекторов // Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа: Мат. 2-й научно-практ. конф. — Томск, 2001. — С. 16.

2. Фридман Г.Б., Собанова О.Б., Федорова И.Л. Результаты использования композиций пав на водной и углеводородной основе для обработки нагнетательных и добывающих скважин // Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа: Мат. 2-й научно-практ. конф. — Томск, 2001. — С. 18.

3. Крючков В. И., Романов ГВ., Насыбуллин А.А Разработка технологии воздействия на нефтяные залежи эмульсионными-кол-лоидными системами (ЭКС) // Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа: Мат. II научно-практ. конф. — Томск, 2001. — С. 73.

4. Water-in-oil microemulsion useful for oil field or gas field applications and methods for using the same: рat. 1198536 EP № 1198536/05; заявл. 24.04.2002; опубл. 28.12.2005. — 14 с.

5. Дмитриева З.Т, Огородников В.Д., Аметов В.А., Саркисов Ю.С., Былина И.В., Бондалетов В.Г. К вопросу о старении моторных масел // Нефтепереработка и нефтехимия. — 2003. -№ 5. — С. 23-26.

6. Школьников В.М., Гордукалов А.А., Юзефович В.И., Петросова М.Р. Рынок отработанных смазочных материалов в России // Новые технологии в переработке и утилизации отработанных масел и смазочных материалов: Мат. Междунар. научно-практ. конф. — М., 2003. — С. 12.

7. Способ получения нефтеполимерных смол: пат. 2079514 Рос. Федерация. № 2079514/97; заявл. 29.11.94; опубл. 10.04.97. Бюл. № 14. — 4 с.

8. Бондалетов В.Г., Бондалетова Л.И., Троян А.А. Озонирование алифатических нефтеполимерных смол // Известия вузов. Химия и хим. технология. — 2003. — Т. 46. — № 2. — С. 43-45.

9. Огородников В.Д. ЯМР-спектроскопия как метод исследования химического состава нефтей // Инструментальные методы исследования нефти. — Новосибирск: Наука, 1987. — С. 49-67.

10. Мухтарова С.Л., Кривощепов А.Ф., Ким В.Е. Применимость реологических моделей течения к стеарат-стабилизированным эмульсиям // Коллоидный журнал. — 2004. — Т. 66. — № 1. -С. 126-129.

Поступила 11.03.2010 г.

УДК 541.64:66.095.261.4

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОЛИГОМЕРИЗАЦИИ ФРАКЦИИ Сд ПИРОЛИЗА БЕНЗИНА

Е.И. Ионова, А.А. Ляпков, В.Г. Бондалетов, Е.В. Васильева, О.С. Гайдукова, Н.В. Извекова, А.П. Зайцева, Н.С. Шипилова

Томский политехнический университет E-mail: [email protected]

Рассмотрены процессы со- и терполимеризации основных непредельных компонентов фракций 130…200 оСжидких продуктов пиролиза прямогонного бензина в толуоле как модели олигомеризации фракции С9 под влиянием каталитической системы TiCl4 — Al(C2H5)2Cl. Установлены относительные реакционные способности стирола, a-метилстирола, индена, винилтолуолов и дициклопентадиена, составляющие 80. ..85 % от общего количества мономеров. На основании данных адиабатической термометрии, а также ИК- и H ЯМР-спектроскопии установлена возможность получения поли(олиго)мерных продуктов, в основном соответствующих промышленным нефтеполимерным смолам, получаемым из фракции С9.

Ключевые слова:

Каталитическая олигомеризация, (со)терполимеризация, жидкие продукты пиролиза, нефтеполимерные смолы, дициклопентадиен, стирол, a-метилстирол, винилтолуол, инден, фракция С9, тетрахлорид титана, диэтилалюминийхлорид, адиабатическая установка, термометрический метод, константы скорости, тепловые эффекты, моделирование.

Key words:

Catalytic olygomerization, (co)terpolymerization, liquid products of pyrolysis, petropolymeric resins, bicyclopentadiene, styrene, a-methyl styrene, vinyl toluene, indene, fraction C9, titanium tetrachloride, diethylaluminum chloride, adiabatic reactor, a thermometric method, rates constants, thermal effects, modeling.

Введение

Решение проблемы утилизации побочных продуктов производств низших олефинов (этилена и пропилена), получаемых путем пиролиза различного углеводородного сырья, является важной инженерно-экономической задачей при организации эффективного производства. В настоящее время одним из таких решений является получение олигомерных продуктов (так называемых нефтеполимерных смол) совместно с индивидуальными ароматическими углеводородами и/или нефтяным сольвен-

том. В зависимости от строения непредельных углеводородов, преобладающих в жидких продуктах пиролиза, получают алифатические, ароматические, циклоалифатические и сополимерные смолы. Нефтеполимерные смолы нашли широкое применение в качестве компонентов пленкообразующих материалов, заменителей растительных масел в лакокрасочной промышленности, проклеивающих компонентов в целлюлозно-бумажной промышленности, а также в качестве мягчителей резин в резинотехнической и шинной промышленности [1].

приготовление смеси масла и воды

Апрель 2014

Прочитав эту статью, вы поймете:

  • основы эмульсии;
  • , как составители рецептур выбирают, какой эмульгатор использовать для конкретной эмульсии;
  • , как эмульгаторы используются в пищевых продуктах, нутрицевтиках, товарах личной и домашней гигиены, промышленных смазках, экологических технологиях, биотопливе и других областях.

Несмешиваемость масла и воды послужила вдохновением для пословицы «Нефть и вода не смешиваются» и других выражений, отражающих общую несовместимость двух сущностей, таких как «Мой коллега и я подобны маслу и воде.«Тем не менее, в наших домах есть многочисленные примеры продуктов, в которых масло смешиваются: майонез, молоко, заправки для салатов, лосьон для рук и кондиционер для волос, и это лишь некоторые из них. Эти примеры представляют собой эмульсии, которые представляют собой стабильные смеси крошечных капелек одной несмешивающейся жидкости в другой, что стало возможным благодаря химическим веществам, называемым эмульгаторами.

Как работают эмульсии и эмульгаторы

Простые эмульсии представляют собой масляную суспензию в водной фазе (мас. / Мас.) Или водную суспензию в масле (мас. / Мас.).Молоко является примером эмульсии масло / вода, в которой жирная фаза или сливки образуют крошечные капли в обезжиренном молоке или водной фазе. Напротив, маргарин представляет собой эмульсию без масла, содержащую капли воды или обезжиренного молока в смеси растительных масел и жира. В обоих случаях необходимы эмульгаторы для предотвращения слипания взвешенных капель и разрушения эмульсии.

Любой, кто приготовил простую заправку для салата из масла и уксуса, знает, что достаточно встряхнуть или взбить, чтобы приготовить временную эмульсию.Однако в отсутствие эмульгаторов эта нестабильная эмульсия распадается в течение нескольких минут, и масло образует слой поверх уксуса. На протяжении веков повара добавляли натуральные эмульгаторы, такие как яичный желток, горчица или мед, чтобы предотвратить это расслоение. Сегодня доступно большое количество натуральных и синтетических эмульгаторов для различных областей, в которых они получают выгоду, включая продукты питания, нутрицевтики, бытовую и личную гигиену, биотопливо, очистку окружающей среды и промышленные смазочные материалы.

Эмульгаторы

работают, образуя физические барьеры, препятствующие слипанию капель. Тип поверхностно-активного вещества (см. Врезку), эмульгаторы содержат как гидрофильную (водолюбивую или полярную) головную группу, так и гидрофобный (маслолюбивый или неполярный) хвост. Таким образом, эмульгаторы привлекают как полярные, так и неполярные соединения. При добавлении к эмульсии масло / вода эмульгаторы окружают каплю масла своими неполярными хвостами, заходящими в масло, а их группы полярных головок обращены к воде (рис.1). Для эмульсии типа «вода в масле» ориентация эмульгатора обратная: неполярные хвосты выходят наружу в масляную фазу, в то время как группы полярных головок указывают в каплю воды. Таким образом, эмульгаторы снижают межфазное натяжение между масляной и водной фазами, стабилизируя капли и предотвращая их слипание.

Эмульгаторы

могут быть катионными (положительно заряженная полярная головная группа), анионными (отрицательно заряженная головная группа) или неионными (незаряженная головная группа). Когда заряженные эмульгаторы покрывают капли в эмульсии масло / вода, положительные или отрицательные заряды на внешней стороне капель масла электростатически отталкиваются друг от друга, помогая держать капли разделенными.Неионные эмульгаторы обычно имеют большие объемные группы головок, которые направлены в сторону от капли масла. Эти полярные головные группы сталкиваются и запутываются с головными группами на других каплях воды, стерически препятствуя соединению капель. Тип используемого эмульгатора зависит от области применения: катионные эмульгаторы обычно используются в растворах с низким или нейтральным pH, а анионные эмульгаторы — в щелочных растворах. Неионные эмульгаторы можно использовать отдельно или в сочетании с заряженными эмульгаторами для повышения стабильности эмульсии.

Как правильно выбрать эмульгатор

Как разработчики продуктов выбирают, какой эмульгатор использовать для той или иной эмульсии? Может помочь расчет гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ) эмульгатора или комбинации эмульгаторов. В идеальной эмульсии эмульгатор одинаково притягивается к водной и масляной фазам. Если весы наклонены в любом направлении, эмульгатор может потерять контакт с фазой, к которой он менее притягивается, что приведет к разрушению эмульсии.

Различные эмульгаторы имеют разные значения ГЛБ, что позволяет прогнозировать их способность стабилизировать различные виды эмульсий (рис. 2). Шкала HLB находится в диапазоне от 0 до 20, где 10 соответствует эмульгатору, который одинаково притягивается к воде и маслу. Эмульгаторы со значением HLB более 10 более гидрофильны и, следовательно, лучше стабилизируют эмульсии типа масло / вода. Напротив, эмульгаторы со значением HLB менее 10 являются более гидрофобными и, следовательно, лучше подходят для эмульсий типа «вода в масле».

Кроме того, разные масла имеют разные требования к HLB.Например, эмульсии растительного масла нуждаются в эмульгаторе с ГЛБ 7–8, тогда как необходимое значение ГЛБ для образования стабильной эмульсии касторового масла составляет 14. Согласовав значение ГЛБ эмульгатора со значением ГЛБ масла, разработчики рецептур могут значительно увеличить их шансы на получение стабильной эмульсии.

По словам Джорджа Смита, технического директора по Северной и Южной Америке компании Huntsman Performance Products в Вудлендсе, штат Техас, США, комбинация эмульгаторов обычно работает лучше, чем любой отдельный эмульгатор.«Например, если вы пытаетесь приготовить эмульсию минерального масла, HLB для минерального масла составляет 10», — говорит он. «Итак, вы выберете пару эмульгаторов, один с HLB выше 10, а другой с HLB ниже 10. Когда вы их объедините, среднее значение будет около 10».

Система HLB, которая работает в основном с неионными эмульгаторами, существует с 1954 года. В 1970-х годах была представлена ​​система гидрофильно-липофильных различий (HLD). Система HLD работает как с ионными, так и с неионными поверхностно-активными веществами, и она может лучше учитывать подробные характеристики конкретной эмульсии, такие как соленость, тип нефти, концентрация поверхностно-активного вещества и температура.

Уравнение HLD включает в себя термины для концентрации соли, «маслянистости» масла (эффективного числа алкановых атомов углерода) и характеристической кривизны (Cc) эмульгатора. Значение Cc эмульгатора отражает, предпочитает ли эмульгатор изгибаться вокруг капли масла в воде (отрицательный Cc) или изгибаться вокруг капли воды в эмульсии в / м (положительный Cc). Например, очень гидрофильный эмульгатор, лаурелсульфат натрия, имеет Cc, равный –2,3, тогда как очень гидрофобный эмульгатор, диоктилсульфосукцинат натрия, имеет Cc, равное 2.6. Cc для комбинаций эмульгаторов является средневзвешенным значением для каждого эмульгатора. Шкала HLD центрируется на 0, что соответствует оптимальной эмульсии. Существуют онлайн-калькуляторы для оптимизации HLD для конкретной эмульсии (например, www.stevenabbott.co.uk/HLD-NAC.html).

Макро- и микроэмульсии

Разработчики рецептур все чаще заинтересованы в создании микроэмульсий, которые обладают большей стабильностью, чем обычные макроэмульсии. Как следует из названия, микроэмульсии имеют меньший размер капель, чем обычные эмульсии, что делает их более прозрачными, чем непрозрачными.В отличие от макроэмульсий, микроэмульсии термодинамически стабильны. «Через некоторое время макроэмульсия распадется на водную и масляную фазы», ​​- говорит Дэвид Сабатини, заместитель директора Института прикладных исследований поверхностно-активных веществ при Университете Оклахомы, Норман, США. «Но время не является фактором того, как долго микроэмульсия будет оставаться в своем текущем состоянии». Кроме того, если изменение температуры вызывает разрушение эмульсии, микроэмульсия самопроизвольно восстанавливается, когда температура возвращается к исходному значению.В отличие от макроэмульсии для повторного появления требуется подводимая энергия.

Микроэмульсии производятся иначе, чем макроэмульсии. Макроэмульсии требуют интенсивного перемешивания. Поскольку микроэмульсии являются термодинамически стабильной конечной точкой, к которой естественным образом движется система, они, как правило, не требуют интенсивного перемешивания. Однако разработчики рецептур часто используют легкое перемешивание, чтобы равномерно распределить компоненты и ускорить процесс образования микроэмульсии.

По сравнению с макроэмульсиями, для микроэмульсий требуется больше поверхностно-активного вещества.«Стабильность во времени указывает на микроэмульсии, но потребность в поверхностно-активных веществах может указывать в пользу макроэмульсий», — говорит Сабатини. «Может оказаться, что 3 или 6 месяцев — это достаточный срок для вашего заявления, и время не может быть фактором в этой ситуации». Например, по его словам, пищевые продукты часто портятся до того, как разрушится макроэмульсия.

Благодаря своей замечательной стабильности, микроэмульсии находят применение в различных областях, таких как средства личной гигиены, химикаты на нефтяных месторождениях и медицина.«Концепции макроэмульсии существуют на протяжении веков, но передовые концепции микроэмульсий существуют только два-три десятилетия назад», — говорит Сабатини. «Интерес к микроэмульсиям растет, потому что мы только начинаем понимать их возможности».

Продукты питания

Многие популярные продукты питания представляют собой эмульсии, включая майонез, заправки для салатов, соусы, такие как голландский, шоколад и мороженое. Лецитин, смесь природных фосфолипидов, широко используется в пищевой промышленности для создания эмульсий типа масло / вода.Во всем мире большая часть коммерческого лецитина производится из соевого масла. Яичный желток, традиционный эмульгатор для майонеза и соусов, также содержит лецитин. Другими распространенными эмульгаторами в пищевых продуктах являются белки, сложные эфиры жирных кислот, стеароиллактилат натрия, а также моно- и диглицериды.

Создание пищевых эмульсий может быть сложной задачей, потому что «продукты питания представляют собой сложные системы, в которых взаимодействует множество различных ингредиентов», — говорит Джон Неддерсен, старший научный сотрудник по жирам, маслам и эмульгаторам в компании DuPont Nutrition and Health, базирующейся в New Century, штат Канзас, США.«Хотя такие рекомендации, как шкала HLB, могут помочь, большую часть времени требуется опыт и эксперименты, чтобы найти оптимальный выбор эмульгаторов и норм использования». Неддерсен отмечает, что переработка может стать еще одной проблемой при работе с пищевыми эмульсиями. «Компания может использовать одну формулу в нескольких местах и ​​видеть разные результаты на разных заводах», — говорит он. Эти различия могут возникать из-за, казалось бы, незначительных изменений в условиях растений.

DuPont продает широкий ассортимент эмульгаторов, в том числе линию Panodan ® DATEM (сложный эфир диацетилвинной кислоты и моноглицеридов) специально для хлебобулочных изделий и линию Cremodan ® для мороженого и других замороженных десертов.В качестве альтернативы лецитину в шоколаде и других кондитерских изделиях DuPont предлагает Grindsted ® CITREM, эфир лимонной кислоты. Этот эмульгатор может заменить соевый лецитин, который недавно подвергся критике, особенно в Европе, потому что большинство соевых культур, выращиваемых на экспорт (особенно в США, Бразилии и Аргентине), генетически модифицированы. Негенетически модифицированная соя стоит дорого и в дефиците. Таким образом, CITREM может оказаться привлекательной альтернативой для кондитеров, которые хотят избегать ингредиентов, изготовленных из генетически модифицированной сои.

Устойчивые источники пальмового масла также стали проблемой для клиентов, поскольку появились сообщения о том, что развитие плантаций пальмового масла вредит окружающей среде и угрожает исчезающим видам дикой природы в Малайзии и Индонезии, откуда происходит большая часть пальмового масла. В результате DuPont представила линейку эмульгаторов на основе пальмовых и непальмовых масел из экологически чистых источников. К 2015 году DuPont обязалась поставлять 100% пальмового масла с плантаций, сертифицированных Круглым столом по экологически безопасному использованию пальмового масла (RSPO).

Эмульсии с пониженным содержанием жира — еще одна актуальная тема для пищевой промышленности. Когда жир удаляется из пищи, чтобы сделать ее обезжиренной или обезжиренной, часто страдают вкус, внешний вид и текстура. Д. Джулиан МакКлементс, профессор физико-химии Массачусетского университета в Амхерсте, США, говорит, что есть несколько способов, с помощью которых эмульсии или эмульгаторы могут помочь снизить содержание жира в продуктах питания. Например, исследователи могут структурировать эмульсии вода-в-масле-в-воде (в / м / в). «Вы можете удалить часть жира из капель и заменить его водой», — говорит он.

Другой подход, называемый гетероагрегацией, заключается в смешивании капель масла, покрытых эмульгаторами противоположного заряда. «Мы смешиваем положительную и отрицательную капли вместе, и они образуют гелевую сеть», — говорит МакКлементс. «Полученная эмульсия имеет очень высокую вязкость и низкое содержание жира и имитирует некоторые характеристики продукта с высоким содержанием жира».

Биологически активные добавки

Исследователи изучают эмульсии как средства доставки витаминов, добавок и других нутрицевтиков.Лаборатория МакКлементса использовала эмульсии для инкапсуляции витамина Е, каротиноидов, омега-3 жирных кислот, куркумина, кофермента Q 10 и других биоактивных соединений. В конце концов, он хотел бы включить такие нутрицевтики в функциональные продукты.

«Одна из наших целей — повысить стабильность активных соединений, которые инкапсулированы в эмульсиях в пищевых частицах», — говорит МакКлементс. «Мы также хотели бы контролировать их судьбу в желудочно-кишечном тракте после того, как они переварились.”

В дополнение к обычным эмульсиям лаборатория McClements производит более сложные эмульсии, такие как наноэмульсии, твердые липидные наночастицы, наполненные частицы гидрогеля (рис. 3) и многослойные эмульсии. Различные типы эмульсий могут иметь разные применения. «Некоторые из них могут защищать компоненты от химического разложения, некоторые могут доставлять соединения в толстую кишку, а некоторые могут контролировать выделение аромата», — говорит МакКлементс. «Таким образом, у вас должна быть своя система доставки для каждого приложения.”

Многослойные эмульсии состоят из капель масла, покрытых эмульгатором, плюс один или несколько слоев биополимера, диспергированных в водном растворе. Эмульгатор обычно электрически заряжен, а полимерный слой (слои) имеет противоположные заряды, которые притягивают их к поверхности капли масла.

Согласно МакКлементсу, многослойные эмульсии имеют тенденцию иметь лучшую физическую стабильность, чем однослойные эмульсии из-за колебаний pH, ионной силы, температуры, замораживания и оттаивания, а также обезвоживания.Кроме того, исследователи могут создавать многослойные эмульсии, чтобы контролировать их распад в желудочно-кишечном тракте. «Вы можете сделать их так, чтобы они переваривались очень быстро, как обычная эмульсия, или вы можете сделать их так, чтобы они пошли дальше по желудочно-кишечному тракту», — говорит он. «Последнее может быть полезно, если вы хотите доставить что-то в толстую кишку или пытаетесь контролировать чувство насыщения, отправляя непереваренные соединения дальше по желудочно-кишечному тракту».

Личная гигиена

Большинство средств личной гигиены, включая лосьоны, кремы, шампуни и кондиционеры, являются эмульсиями.Обычные эмульгаторы для продуктов личной гигиены включают этоксилированные спирты, карбоксилаты, изетионат натрия, моностеарат глицерина, цетиловый спирт, стеариловый спирт и силиконовые эмульгаторы, такие как диметиконы.

«Сейчас тенденция заключается в том, что большинство людей хотели бы использовать эмульгатор, основанный на растительном сырье, а не на нефтехимических продуктах», — говорит Смит. Синтетические эмульгаторы, такие как этоксилированные спирты и их аналоги природного происхождения, имеют идентичные структуры, характеристики и биоразложение.«Цена колеблется в зависимости от цены на косточковое пальмовое масло в Малайзии и цены на этилен в Северной Америке», — говорит Смит. «На данный момент я думаю, что у нефтехимии есть преимущество, но она меняется каждые два-три года».

Хуан Матеу, технический директор JEEN International в Фэрфилде, Нью-Джерси, США, говорит, что в последние годы произошел отход от синтетических этоксилированных спиртов из-за опасений по поводу остаточного 1,4-диоксана, предполагаемого канцерогена, который -продукт при их изготовлении.Глюкозиды природного происхождения были предложены в качестве замены для некоторых приложений. Однако «пока рано говорить о возможности замены этоксилированных спиртов», — говорит Матеу. «Есть некоторые эмульсии, которые можно приготовить с глюкозидами, но по большей части весь мир все еще использует этоксилаты».

В 2009 году JEEN International запустила свою линию эмульгаторов холодного процесса Jeesperse, которая позволяет разработчикам рецептур создавать эмульсии, содержащие воскообразные вещества, при температуре окружающей среды (25–30 ° C).Многие распространенные эмульгаторы в продуктах личной гигиены, такие как цетиловый спирт и моностеарат глицерина, представляют собой воски с относительно высокими температурами плавления (до 165 ° C). До Jeesperse производителям приходилось нагревать эмульгаторы в масляной фазе, чтобы расплавить их, а затем добавлять расплавленный эмульгатор в водную фазу и охлаждать эмульсию с контролируемой скоростью до комнатной температуры. Напротив, Jeesperse позволяет приготовить эмульсию в одном котле при комнатной температуре, что приводит к значительной экономии денег и времени.

Секретные ингредиенты продуктов Jeesperse — это полиэлектролиты, такие как полиакрилат натрия. Полиэлектролиты — это полярные молекулы, которые могут вызывать полярность неполярных восков, позволяя им растворяться в холодной воде (полярный растворитель). Матеу говорит, что в лаборатории он может приготовить эмульсию холодным способом примерно за 20 минут, в отличие от нескольких часов смешивания, нагревания и охлаждения при обычном процессе. «С эстетической точки зрения продукт такой же — на ощупь он такой же и выглядит одинаково — так почему бы и нет?» он говорит.

Короткое видео, демонстрирующее холодный процесс приготовления лосьона с эмульгатором Jeesperse.

Уход на дому

Многие бытовые чистящие средства и моющие средства для стирки содержат поверхностно-активные вещества, которые эмульгируют маслянистые частицы грязи, чтобы их можно было разбавить и смыть. Этоксилированные спирты — распространенный ингредиент моющих средств для стирки. Многие моющие средства содержат смесь неионных и анионных эмульгаторов для удаления пятен с текстильных изделий.

По словам Сабатини, удаление с тканей триглицеридов, таких как жиры, жир бекона и растительные масла, является особенно сложной задачей.Его лаборатория показала, что расширенные поверхностно-активные вещества, которые представляют собой поверхностно-активные вещества с группами промежуточной полярности (например, оксид полипропилена и оксид полиэтилена), вставленные между гидрофильной головкой и гидрофобным хвостом, эффективны при удалении этих типов масляных пятен.

Промышленные смазочные материалы

Жидкости для металлообработки и другие промышленные смазочные материалы обычно представляют собой эмульсии масла в воде. Эмульгаторы позволяют мастерам по металлу использовать как смазывающие свойства масел, так и охлаждающую способность воды.Анионные и неионные эмульгаторы часто используются вместе в жидкостях для металлообработки. Катионные эмульгаторы используются редко, поскольку они нестабильны в щелочных растворах (pH 8–9,5), необходимых для жидкостей для металлообработки.

Экологические технологии

Эмульсии и микроэмульсии применялись в экологических технологиях, таких как восстановление недр и производство биотоплива. Например, при разливе нефти или газа нефть застревает в порах почвы и горных пород. Лаборатория Сабатини разработала микроэмульсии, не содержащие спирта, которые помогают удалять нефтяные загрязнения из недр экологически чистым способом.«Масло задерживается в порах из-за межфазного натяжения между водой и маслом», — говорит Сабатини. «Если мы сможем снизить это межфазное натяжение с помощью эмульгаторов, мы сможем увеличить скорость очистки от загрязнений».

В 1997 году Сабатини и несколько его коллег основали компанию Surbec Environmental, LLC для внедрения этой технологии. С тех пор Surbec помог с экологической очисткой нескольких объектов в Соединенных Штатах и ​​за рубежом. Примеры включают заправочную станцию ​​с негерметичным подземным резервуаром и военный объект, загрязненный авиационным топливом.

Сабатини также применил свои исследования эмульсий для более эффективного производства биотоплива. Биодизельное топливо — это растительное масло, такое как соевое масло, которое было химически модифицировано в результате реакции переэтерификации для снижения его вязкости. «Что касается горения, вам не нужно модифицировать растительное масло. Вы можете использовать растительное масло в дизельном двигателе, и оно будет хорошо работать без каких-либо модификаций », — говорит Сабатини. «Просто у растительного масла проблемы с вязкостью, особенно при более низких температурах.”

Как оказалось, микроэмульгирование растительных масел может снизить вязкость без необходимости проведения реакции переэтерификации. Это сэкономит время и позволит использовать больше сырья в качестве топлива. Однако Сабатини отмечает, что исследования все еще находятся на начальной стадии.

Хотя люди создавали эмульсии сотни, если не тысячи лет, мы только сейчас начинаем ценить их разнообразное применение во многих областях. Сложные эмульсии, такие как микроэмульсии и многослойные эмульсии, обещают еще больше расширить спектр применений, особенно в новых областях, таких как производство функциональных продуктов питания и биодизельное топливо.Вот если бы мы могли найти эмульгатор для этого трудного сотрудника.

Лаура Кэссидей — внештатный писатель и редактор из Хадсона, Колорадо, США. Имеет докторскую степень. по биохимии из Высшей школы Мэйо, с которыми можно связаться по адресу laur[email protected] .

Боковая панель

В чем разница?
Термины поверхностно-активное вещество, эмульгатор и детергент часто используются как синонимы, но между ними есть различия.

Поверхностно-активное вещество — самый широкий термин: как эмульгаторы, так и детергенты являются поверхностно-активными веществами.Поверхностно-активные вещества или поверхностно-активные вещества представляют собой соединения, которые снижают поверхностное натяжение между двумя жидкостями или между жидкостью и твердым телом. Поверхностно-активные вещества являются амфифильными, что означает, что они содержат гидрофильные (водолюбивые) группы голов и гидрофобные (ненавидящие воду или маслолюбивые) хвосты. Поверхностно-активные вещества адсорбируются на границе раздела между маслом и водой, тем самым снижая поверхностное натяжение.

Эмульгатор — поверхностно-активное вещество, стабилизирующее эмульсии. Эмульгаторы покрывают капли внутри эмульсии и предотвращают их слияние или слипание.

Моющее средство — это поверхностно-активное вещество, обладающее очищающими свойствами в разбавленных растворах.

Также иногда путают термины эмульсия, суспензия и пена.

Эмульсия представляет собой смесь двух или более жидкостей с эмульгатором или без него, которые обычно не смешиваются. Одна из жидкостей, «дисперсная фаза», образует капли в другой жидкости, «непрерывной фазе».

Суспензия представляет собой твердое вещество, диспергированное в жидкости.Частицы достаточно большие для осаждения.

Пена — это вещество, в котором пузырьки газа взвешены в жидкости.

Боковая панель

Основные моменты технической сессии суспензии, эмульсии и пены
Вы можете узнать о последних разработках в области суспензий, эмульсий и пен, посетив совместную техническую сессию по этим темам на предстоящей ежегодной конференции и выставке AOCS 2014 в Сан-Антонио , Техас, США. Заседание, которое состоится в среду, 7 мая, с 13: 55–5.м., будет включать широкий спектр технических тем — от производства продуктов с пониженным содержанием жира путем контролируемой агрегации липидных капель до рецептуры смесей липопептидных биосурфактантов для диспергирования разливов нефти в морской воде.

Сессия совместно спонсируется подразделениями AOCS по технологии пищевых продуктов (EAT) и поверхностно-активными веществами и моющими средствами (S&D) и внесена в список в программе как EAT 5.0 и S&D 5.1. Полный список презентаций.

Причины образования эмульсии в моторном масле.Это как минимум интересно. Что делать, если на крышке горловины нефтепереработки в конце белой эмульсии на дизеле

появилась эмульсия

В процессе диагностики поверхности начать с проверки уровня в системе охлаждения. Для этого нужно открутить крышку расширительного бачка на немного остывшем или холодном агрегате. Снижение уровня охлаждающей жидкости без явных причин может указывать на неисправности в области головки блока, проблемы с прокладкой ГБЦ или самого блока цилиндров.

  • Самая частая причина попадания влаги в масло — разрушение или дефект прокладки. Другими словами, в масле есть охлаждающая жидкость, представляющая собой смесь химического концентрата и воды.

Герметичность прокладки обычно нарушается как в результате естественного износа этого элемента, так и после перегрева мотора. В том случае, если раньше имел место перегрев и прокладка не менялась, то за состоянием масла нужно следить отдельно.

Естественный износ прокладки происходит из-за того, что элемент испытывает значительные температурные нагрузки, постоянно работает в условиях повышенного давления. Как правило, прокладка выходит из строя на пробегах от 100 тыс. Км. и больше. С перфорированной прокладкой двигатель работает неравномерно, от тосола уходит.

Для устранения неисправности, возникшей после естественного износа, достаточно снять GBC и заменить прокладку. Если мотор перегрелся, то может потребоваться.

  • После перегрева двигатель цилиндр двигателя часто «линяет».«Это означает, что геометрия, выставленные плоскости BC и GBC не совпадают, невозможно добиться нормального прилегания даже после замены прокладки. В такой ситуации двигатель требует более серьезного ремонта или даже замены GBC.

Выхлопные газы при проблемах с прокладкой могут попасть в систему охлаждения, в результате чего после откручивания крышки радиатора или расширительного бачка можно увидеть дым и просверливание охлаждающей жидкости разной степени интенсивности.

  • Появление трещин в блоке цилиндров или головке блока также может возникать как в результате перегрева или температурных накладок, так и в результате износа, повреждения или.

В последнем случае частой причиной является использование проточной или дистиллированной воды вместо антифриза, заливка охлаждающей жидкости низкого качества, большое количество воды по отношению к концентрату или неправильно разбавленный концентрат тосола или антифриз.

Также отметим, что трещины или деформация ГБЦ могут возникнуть, если двигатель сразу утонет в сильные морозы, которые до этого работали на пределе.Например, к таким последствиям иногда приводит резкая остановка подогреваемого агрегата после движения по трассе на максимальных оборотах. Увеличение количества микротрещин в блоке и головке также может быть следствием аварий, агрессивной эксплуатации транспортного средства, преодоления серьезных препятствий и т. Д.

  • Не исключать во внутренней полости картера двигателя возможность активного скопления конденсата. Это происходит, когда погодные или другие условия способствуют значительным перепадам температур.Во время таких падений в картер двигателя через сапун и систему вентиляции картера попадает наружный воздух.

В некоторых случаях влага из воздуха в больших количествах может конденсироваться на стенках, после чего она попадает в масло и на ковшике и крышке образуется эмульсия. Для решения проблемы рекомендуется решить проблему, перед которой двигатель рекомендуется дополнительно промыть специальными промывочными составами.

  • Сильный износ ЦПГ в сочетании с воздействием антифриза на цилиндры также может вызвать образование эмульсии.В этом случае охлаждающая жидкость не только попадает в цилиндры, но и протекает через поршневые кольца в картере.

В результате масло разжижается, уровень охлаждающей жидкости падает, а уровень масла повышается. В этом случае явно заметна эмульсия и потеря ее защитных и других свойств.

Добавляем, что если ЦПГ в порядке, то антифриз в картер не попадет. В то же время сильный кластер теплоносителя часто приводит к гидравлическому человеку.Еще обычна ситуация, когда двигатель запускается с небольшими течи, но после сильного запуска.

То в конце

Как видно, основная причина образования эмульсии на щупе и крышке маслосъемной горловины — системы охлаждения рабочей жидкости. В такой ситуации рекомендуется прекратить работу двигателя и немедленно провести ремонт.

Для определения микротрещин и других несложных повреждений проверьте герметичность GBC или BC в специальной ванне.Этот метод предполагает подачу воздуха под давлением и дает возможность обнаружить даже самые мелкие дефекты.

После диагностики вы можете точно убедиться в серьезности проблемы, а также в возможности или невозможности. В любом случае перед проверкой не следует ее проверять, чтобы принять решение о необходимости замены поврежденных элементов.

Напоследок добавим, что если в холодное время года на крышке маслозаливной горловины без каких-либо других причин заметна белая эмульсия, при этом количество эмульсии очень незначительное и не тухнет антифриз, то для начала будет хватит просто поменять моторное масло.

Также возможно несколько сократить и последующий межсервисный интервал. С наступлением тепла проблема может исчезнуть сама собой, так как автомобиль не будет подвергаться значительным перепадам температур, а лишняя влага будет выводиться из двигателя вместе с заменой смазки.

Читайте также

Почему попадание антифриза в моторное масло является серьезной неисправностью. Какие последствия для ДВС могут возникнуть после езды на смеси охлаждающей жидкости и масла.

  • Вспенивание моторного масла В двигателе: в каких случаях и чем это опасно для двигателя. Основные причины неисправности, диагностика.
  • Мастера, профессионально обслуживающие автомобили, советуют менять масло каждые 10 тысяч километров пробега. Однако даже при соблюдении этих рекомендаций автовладельцы видят, что двигатель Эмульсии находится в двигателе. По консистенции он похож на майонез. Этот состав приводит как опытных автовладельцев, так и новичков в настоящий шок.Только он может иметь разные цвета. Что это такое и чем опасна эмульсия? Ответы на эти вопросы рассмотрим в нашей сегодняшней статье.

    Эмульсия — что это и откуда?

    Смазочная продукция для автомобильных двигателей, которую можно купить в любых автомагазинах, производится на углеводородной основе. В процессе горения горючей смеси образуются продукты горения. Бензины могут содержать воду, спирт, кислоту, перекись. Затем эти вещества при работе мотора смешиваются с маслом.Как итог — в двигателе эмульсия. Он появляется на крышке горловины отсека или на щупе для проверки уровня смазки.

    Многих интересуют причины образования эмульсии на крышке и на дипломе. Это можно просто объяснить. Из-за большого количества мелких пузырьков эмульсия становится белой. Это говорит о том, что масло очень грязное. Также щуп и крышка — это самые холодные элементы двигателя. Поэтому на этих элементах отлично накапливается жир.

    Эмульсия двигателя: причины

    Опытные автовладельцы и люди, обслуживающие автомобили, говорят, что причин образования эмульсии очень много. Часто эти белые смеси могут образовываться при попадании охлаждающей жидкости в кривошипно. Это можно наблюдать, если

    Кроме того, если в моторном масле образовалась эмульсия, стоит проверить GBC и блок. В этих деталях возможны трещины. Еще одна из причин, по которой охлаждающая жидкость будет попадать в картер, — деформированные элементы GBC.Зимой эмульсия появляется из-за конденсата.

    Также «майонез» в моторе может появиться при отсутствии системы вентиляции газа или ее недостаточности. Температура картерных газов достаточно высокая. В их состав входит вода в большом количестве. Затем эта вода выпадает конденсатом на верхнем агрегате. И как результат — появляется эмульсия.

    Чтобы выяснить точную причину появления такого устрашающего «майонеза», необходима серьезная диагностика двигателя. Стоимость таких услуг значительно ниже стоимости капитального ремонта двигателя.Причины определить довольно сложно.

    Но, как показывает практика, причина кроется в проколотой прокладке GBC. Поэтому антифриз или тосол могут беспрепятственно проникать в смазочные каналы. Там он смешается с моторным маслом. Надо сказать, что если смазать систему, то последняя сразу потеряет все характеристики. Специалисты рекомендуют заменить масло и охлаждающую жидкость. Это актуально для любых энергоблоков вне зависимости от вида топлива и конструкции.

    «Майонез» появляется в двигателе любого автомобиля, если владелец пренебрегает правилами и не обслуживает машину, или если есть какие-либо серьезные повреждения.Часто с появлением эмульсии сталкиваются осенью, а зимой — при первых заморозках и просто температура понижается. Но не стоит сразу же забивать во все колокола — не каждый раз нужна диагностика двигателя. Цена на него в разных городах России колеблется от 800 р. и выше. Часто причина всему — обычный конденсат, который образовался из-за разницы температур горячего двигателя и уличного воздуха.

    Когда двигатель достаточно прогреется, вся влага из масла уйдет.Однако деталь будет накапливаться, и в итоге на шее появится эмульсия. Этому заболеванию подвержены многие модели автомобилей. В том числе и «Газели».

    Эффекты

    Когда конденсат, вода, охлаждающая жидкость попадают в моторное масло, в двигателе образуется эмульсия. Последствия — смазка очень быстро потеряет свои смазочные свойства и характеристики. Зимой масло иногда даже кристаллизуется, что не влияет на работу силового агрегата. Слабая масляная пленка приводит к интенсивному износу практически каждой детали.

    В таких ситуациях и тогда владелец машины узнает, сколько она стоит (от 20 тысяч рублей). Поэтому, если вам удалось заметить эмульсию, следует найти причины и немедленно их устранить.

    Конденсат

    С этой проблемой сталкиваются владельцы машин, хранящие их в гараже. Также эмульсию видели те автомобилисты, чья машина стоит во дворе. Если машина каждый день проводит на улице, то в дождливые месяцы в Картере будет пара влаги.Затем они будут конденсироваться в трубах и масляных магистралях. Сразу в моторе может упасть до нескольких граммов конденсата. Этого достаточно, чтобы в двигателе появилась эмульсия.

    Пузырьки будут хорошо заметны не только на крышке заливной горловины, но и на щупе. Зимой автовладельцы часто будут наблюдать эффект «майонеза». Если автомобиль эксплуатируется постоянно и интенсивно, но на небольших расстояниях, двигатель банально не успевает прогреться до рабочей температуры.Это еще одна причина появления конденсата. Лечить проблему можно более длительными пробежками или прогреванием до рабочей температуры.

    Проблемы в газовой системе Carter

    Если система вентиляции засорена и не полностью выполняет свои функции, то газы и пары вместе с ними будут стремиться к выходу из масляного щупа или любых других мест в двигателе. Поэтому нет ничего удивительного, что в двигателе эмульсия попадает именно на крышку горловины. Остается радоваться, ведь смазка в данном случае чистая.Если починить и замена масла не понадобится.

    Охлаждающая жидкость

    Это наиболее частый источник проблем.

    При прохождении охлаждающей жидкости через поврежденную прокладку ГБЦ Тосол под высоким давлением попадает в масляные каналы. В системе смазки давление намного ниже.

    Методы диагностики

    Для проверки слива масла из теплого мотора в емкость. В нагретом масле даже неопытный автовладелец сможет увидеть следы охлаждающей жидкости.Если тоосол содержит много воды, большая часть жидкости попадает на дно картера. Тогда этот инопланетянин будет поглощен нефтяником. Если эмульсия желтого цвета, то от работы машины лучше быть. Смесь забьет смазочные каналы. Это приведет к выходу из строя поршневых колец. Может выйти из строя клапан двигателя.

    Трещины в ГБЦ и привкус

    Если на крышке горловины появилась эмульсия, то часто причины этого явления в нарушении целостности прокладки ГБЦ.Поломка происходит из-за перегрева или в результате износа. Но это можно увидеть только на старых двигателях, за которыми следуют. Главный признак того, что прокладка сломана — нестабильная работа двигателя. Это видно по танку.

    Также есть трещины в ЦБК и блоке двигателя. Причина — замерзание охлаждающей жидкости, чаще — некачественная тоосола. Необходимо постоянно проверять показания датчика температуры охлаждающей жидкости. Не наливайте в расширительный бачок или в радиатор обычную воду.Он останется внутри системы, даже если слить всю охлаждающую жидкость. Тогда вода замерзнет. В результате в каналах образуются трещины. Кроме того, зимой двигатель может деформироваться из-за водяного обледенения.

    Вода в картере

    Устранить эту проблему можно только при полной замене масла. Также лучше выполнить и промывку мотора специализированными жидкостями. Ситуация, когда вода просачивается в баллон, встречается очень редко. Это может случиться только на двигателях с неисправными кольцами.Возможно, виноват клапан износа двигателя.

    Вывод

    Итак, мы выяснили, где в моторе появляется эмульсия. Если автовладелец не желает знать, сколько стоит капремонт двигателя (от 20 тысяч рублей), необходимо регулярно обслуживать мотор. Не игнорируйте этот симптом.

    О хорошем состоянии автомобиля можно судить по множеству признаков, иногда косвенно, иногда явно свидетельствующих о возникновении того или иного дефекта. Водителю следует внимательно относиться ко всему необычному, происходящему с его автомобилем.Например, при проверке смазки в двигателе перед поездкой вы обнаружили на масляном щупе белую эмульсию (пену). Чем это чревато автомобилем?

    У пробника белая эмульсия — в чем причины?

    Сразу стоит отметить, что это, возможно, уже признак неисправности. Как правило, белая эмульсия, обнаруживаемая при проверке уровня смазки, появляется при попадании охлаждающей жидкости в картер. Это может произойти, например, из-за:

    Пробойная прокладка между GBC и самим блоком;
    — появление трещин в ГБЦ или блоке;
    — деформация ГБЦ;
    — попадание воды в цилиндры двигателя, а затем в картер двигателя;
    — образование конденсата в картере.

    Иногда довольно сложно определить, из-за чего на щупе появляется белая эмульсия при контроле уровня смазки. Однако последствия будут достаточно неприятными. Свойства масла ухудшаются, что затрудняет работу двигателя и приводит к возможной загромождению. Эвльсия на зонде

    Чаще пена на щупе появляется после попадания в систему смазки охлаждающей жидкости. Это должно быть подтверждено уровнем этих двух жидкостей.Если по отметкам при проверке уровень последнего в картере вырос, а тоосола в баке наоборот стало меньше, то можно предположить, что эмульсия появилась по вышеуказанной причине. Необходимо поискать место проникновения охлаждающей жидкости, а после устранения неисправности еще и заменить масло. Прежде чем устранять причины появления машины, лучше двигатель не использовать и двигатель не заводится.

    А что еще я могу сказать по этому поводу?

    Причиной данного явления также могут быть условия эксплуатации.Очень часто пена на щупе появляется зимой или в холодную погоду. Это связано с тем, что при охлаждении нагретого автомобиля образуется конденсат. Когда двигатель горячий, то попадающие в масло пары влаги испаряются, а затем конденсируются на крышке, например, как показано на фото. Эульсия в масле

    Часто такой конденсат помимо крышки также появляется на масляном щупе. Еще одной причиной образования такой гадости может быть плохое масло. При использовании хорошего, не «бледного» продукта этого не происходит.

    Утешением может служить то, что проявляется только зимой и исчезает при потеплении. Обычно прямой опасности это явление для мотора не представляет, принятия экстренных мер не требует. Однако необходимо внимательно следить за уровнями смазки и антифриза, вполне возможно, что gBC только предвестник поломки колодок.

    Подведем итоги

    Довольно неприятная вещь — появление на щупе белой пены. Чаще всего это результат системы смазки двигателя охлаждающей жидкости из-за пробоя прокладки между GBC и самим блоком.

    В итоге обычно именно его, как и масло, нужно менять. Если его уровень не повысился, пены совсем немного, да и Тосола меньше не стало, но кроме того на крышке горловины маслозаливного отверстия появилась эмульсия, вполне возможно, что причина этого было некачественное масло или в него попал конденсат влаги. В общем, при появлении такой проблемы можно управлять автомобилем, но здесь каждый решает, как это делать.

    Но если закрыть глаза и сделать вид, что ничего не происходит, то через какое-то время наверняка придется делать капремонт Движка.

    Вещество белого цвета Наличие желтой метки на щупе под крышкой горловины масляного бака указывает на наличие в моторном масле посторонней жидкости. Но где именно в двигателе появляется эмульсия и почему это происходит в основном на морозе? Рассмотрим основные причины и методы диагностики неисправностей.

    ПРИЧИНЫ

    Эмульсии образованы двумя неудачными жидкостями. В большинстве случаев одной из фаз эмульсии является вода. Другими словами, когда моторное масло и вода смешиваются в двигателе, в поддоне, на крышке маслозаливной горловины, вы обнаружите бело-желтую засветку.Причины появления эмульсии в двигателе только 2:

    • нахождение в масле охлаждающей жидкости, частью которого является вода. Утечка антифриза проявляется не только эмульсией, но и уменьшением количества охлаждающей жидкости в баке, повышением уровня масла в поддоне;

    Ни в коем случае не продолжайте эксплуатацию автомобиля, если вы обнаружили на масляном щупе эмульсию. В таком состоянии масло теряет смазывающую способность. Не менее опасно попадание моторного масла в систему охлаждения, из-за чего велика вероятность перегрева двигателя.

    • Образование конденсата на крышке горловины маслобака в зимнее время года.

    Белый налет на покрытой шее

    Многие водители пугаются, увидев белую эмульсию на внутренней стороне крышки. Но в большинстве случаев их опасения необоснованны, так как неисправность возникает из-за особенностей двигателя в морозное время года.

    Попадание влаги в систему вентиляции картерных газов — естественный процесс.Но при эксплуатации авто в теплое время года она успевает испариться. С наступлением морозов влага активно конденсируется на всех охлаждаемых поверхностях. При работе двигателя эта влага полностью испаряется с поверхности нагретых деталей. Но так как крышка маслобойки на морозе не всегда успевает прогреться, на ее внутренней части скапливается конденсат. Капли воды, смешиваясь с масляными парами, образуют желтую эмульсию.

    Иными словами, основная причина эмульсии на крышке — короткие пробеги автомобиля, во время которых не успевают прогреться все детали двигателя.Именно поэтому такой налет обладатели чаще всего замечают зимой, поздней осенью и ранней весной. Если вы обнаружили эмульсию на крышке горловины маслобака, но при этом масло находится в нормальном состоянии, волноваться не стоит. Достаточно протереть крышку и периодически наблюдать за состоянием масла в двигателе.

    Чтобы уменьшить количество эмульсии, периодически преодолевают на автомобиле большее расстояние, чем несколько километров от дома до работы и обратно. При этом крайне желательно радоваться двигателю на холостом ходу

    .

    Как антифриз может попасть в масло?

    Как определить, почему антифриз попадает в масло?

    Довольно редко смешивание охлаждающей жидкости с маслом происходит в одностороннем порядке.Более вероятно, что, обнаружив эмульсию на щупе и под крышкой клапана, вы обнаружите следы масла в расширительном бачке.

    В поисках причины образования эмульсии в двигателе рекомендуем пройти наименьшее сопротивление, начиная проверку с легкодоступных агрегатов. Если на автомобиле установлен маслообменник, осмотрите его корпус на предмет утечек антифриза, масляных пятен. Эти симптомы могут служить косвенным признаком того, что причина неисправности в кулере.

    Обнаружив на масляном щупе белую эмульсию и подтекание антифриза на начальном этапе проблемы, можно ограничиться промывкой двигателя путем N-кратной замены масла. Для таких целей можно использовать даже дешевые продукты на минеральной основе. Но даже важно знать, как не купить подделку.

    Если весь заливной объем моторного масла превратился в эмульсию, без полной разборки двигателя не обойтись. Одновременно необходимо продуть каналы смазки каналов коленчатого вала, масленки поршневой группы.Эмульсия может забить каналы, что приведет к печальным последствиям масляного голодания.

    BC дефект, головка блока и прокладка

    После снятия GBC внимательно осмотрите прокладку и плоскости промывки. На старой прокладке обычно хорошо видны зоны ослабления, которые становятся причиной смешивания масла и антифриза.

    Если прокладка не вызывает нареканий, скорее всего, в GBC или BC образовалась микротрещина. В статье о замене блока цилиндров мы рассказали, как с помощью керосина можно проверить БК в домашних условиях.По возможности рекомендуем воспользоваться помощью профессионалов. Как показывает практика, только проверка на опрессовочном стенде позволяет достоверно определить факт протечки гильз, каналов циркуляции масла, охлаждающей жидкости.

    Особенности ГБЦ ВАЗ

    В конструкции головных блоков цилиндров, устанавливаемых на двигателях ВАЗ 2101, 2102, 2103, 2104, 2105, 2106, 2107, имеются алюминиевые заглушки. В редких случаях эти пробки разрушаются, открывая доступ антифризу к GBC. Поэтому следует помнить владельцев указанных моделей автомобиля по нехарактерной для большинства машин причине, из-за которой на масляном щупе и внутри двигателя появляется эмульсия.

    Проводя осмотр и диагностику двигателя, многие автовладельцы сталкиваются с наличием беловатого налета на крышке маслосъемной горловины и невозможностью определения уровня масла.

    Почему появляется эмульсия в масле: причины и последствия

    Эмульсия выглядит как мелкая белая пена, образуется при добавлении воды или другой жидкости в моторное масло при последующем активном перемешивании. В некоторых случаях такой налет не опасен и не стоит беспокоиться из-за его наличия.Но так бывает не всегда, эмульсия в моторном масле тоже может указывать на появление серьезных проблем с силовой установкой и необходимость ремонта.

    Присутствие воды в масле в целом считается недопустимым, так как это влияет на показатели производительности и. Но в конструкцию любого двигателя входит сапун, обеспечивающий поддержание заданного давления в картере. Фактически он связывает внутреннее пространство электростанции с атмосферой. Так через него внутрь блока цилиндров поступает воздух из окружающей среды, в котором обязательно присутствует влага — частицы воды.

    Летом разница температур невелика, поэтому большая часть воды остается в газообразном состоянии и после выводится вместе с картерными газами. Зимой перепад температур значительный, поэтому влага конденсируется в жидкость, оседает на внутренних поверхностях двигателя, где смешивается с моторным маслом. Отсюда и снимается белая эмульсия на крышке маслоперерабатывающего горлышка.

    Поэтому наличие на этом горле небольшого белка или пробника уровня масла зимой это норма, и в этом нет ничего плохого.

    Видео: Эмульсия под крышки клапанов !!!

    А вот появление летом на крышке маслосъемной горловины желтой эмульсии или ее количество значительно — это говорит о проблемах с двигателем. То же касается и следов эмульсии на датчике моторного масла. В исправном пенном двигателе она не проявляется даже зимой, а при обнаружении — неисправности в моторе.

    Дополнительные признаки неисправности

    Как уже отмечалось, эмульсия представляет собой смесь воды и масла в виде пены.Обильное количество белой или желтоватой пены на крышке и щупе сигнализирует о том, что жидкость просачивается в картер двигателя, и она присутствует только в нем. Следовательно, место утечки должно быть в первую очередь в этих частях двигателя, где рядом проходят смазочный и охлаждающий каналы.

    Обратите внимание, что появление течи охлаждающей жидкости (охлаждающей жидкости) внутри двигателя может сопровождаться еще одной особенностью:

    1. Постоянное снижение уровня охлаждающей жидкости в расширительном бачке и необходимость периодического бачка.
    2. Масляная пленка в расширительном бачке.
    3. Уровень моторного масла выше нормы.
    4. Обильный белый дым из выхлопной трубы.
    5. Перебои в работе двигателя.

    Все это указывает на наличие антифриза в масляных каналах. Если вы не предпримете никаких действий и продолжите работу автомобиля, двигатель из-за отсутствия нормальной смазки будет поврежден, и потребуется дорогостоящий капитальный ремонт для восстановления рабочих характеристик или полная замена двигателя.

    Где искать причину утечки антифриза?

    Утечка может произойти из-за:

    • головка блока;
    • прокладки GBC;
    • трещин в цилиндре;
    • трещин в головном блоке.

    Старт от головки блока. Этот компонент двигателя сделан из цветных металлов, и его установка сильно притягивается болтами к блоку цилиндров.

    В результате расширения металла из-за перегрева головка изгибается. В некоторых местах появляются промежутки между GBC и блоком, через которые технические жидкости попадают в каналы других систем. То есть охлаждающая жидкость просто через щели попадает в масляные каналы и перемешивается до смазочного материала.

    Эта неисправность не очень сложная и полностью устраняется. Но для этого нужно разобрать головку, отшлифуя ее поверхность, прилегающую к блоку, заменив прокладку и смазку. При замене необходимо промыть двигатель и систему смазки с заменой «старого» масла с примесями антифриза.

    А вот блокировка головки блока становится причиной образования эмульсии не так уж и часто. Более частая проблема — поломка прокладки GBC.

    Это происходит по той же причине. Но если голова перекатывается только при длительном воздействии высоких температур, то для повреждения кладки хватит и кратковременного перегрева. А так как через прокладку проходят прокладка и каналы охлаждения, то перемычки между ними разрушаются. Учтите, что не всегда поломка происходит только между каналами. Повреждение может также соединять каналы с цилиндром или вести двигатель.

    Хотя поломка прокладки GBC и самая частая причина появления белой эмульсии в моторном масле, но она также считается легко устранимой.Для этого достаточно просто заменить поврежденную прокладку на новую, а также заменить моторное масло и промыть двигатель. Опытный автомобилист способен провести ремонт в течение 4-5 часов.

    Трещины в цилиндре хоть и случаются редко, но тоже могут стать причиной образования эмульсии. Обычно это связано с дефектами металлической конструкции втулки.

    Видео: На крышке горловины масляная эмульсия

    Имеющиеся дефекты со временем могут привести к появлению трещин в стенке цилиндра, а так как он охлаждается, жидкость начинает просачиваться в камеры сгорания.Большая часть жидкости покидает двигатель через выхлопную трубу, но она также попадает в заливочное пространство, следовательно, улавливается эмульсия.

    Ремонт двигателя с такой поломкой возможен только в том случае, если гильзы в нем съемные и их можно заменить. Но на некоторых силовых установках Цилиндры не подлежат разборке, и в этом случае замене подлежит весь блок.

    Еще одна серьезная проблема, следствием которой является образование эмульсии в моторном масле, — трещины в головке и блоке.Они могут образоваться от перегрева, внутреннего дефекта металла, ударных нагрузок.

    Такие повреждения выявить очень сложно, особенно в блоке, так как каналы смазки и охлаждения проходят внутри него, и они не всегда возможны или разносят их.

    Глаз такого урона тоже не получится. поэтому компонент Двигатель с трещиной просто заменяется.

    Чтобы не делать внеплановый ремонт двигателя из-за появления эмульсии моторного масла, достаточно своевременно провести техническое обслуживание, особенно касаясь замены технических жидкостей, а также не допустить перегрева двигателя.А для этого следует во время движения постоянно следить за температурным режимом.

    Если появилась проблема с эмульсией в моторном масле, начинать поиск лучше с самого простого — прокладки цилиндра. При этом после разборки головы при замене следует проверить ее на наличие коробления. Сделать это очень просто даже в гаражных условиях. Для этого нужно положить поверхность головы, прилегающую к блоку, на чистое стекло. Прекрасно будет видна этническая принадлежность, образовавшаяся в результате потепления.

    Обычно в голове и причина ее закладки и лежит. Трещины в рукавах, колодке и GBC встречаются очень редко.

    Рекомендации по использованию эмульсий вода-в-масле

    Когда масло используется в качестве основной жидкости и 40% воды добавляется (эмульгируется) в масло, это описывается как эмульсия типа вода в масле. Эти типы огнестойких гидравлических жидкостей часто называют обратными эмульсиями, то есть крошечные капли воды взвешиваются в масле.Этот тип жидкости будет иметь лучшие смазывающие свойства, чем жидкость, состоящая на 95 процентов из воды и на 5 процентов из минерального масла с присадками, но не будет такой огнестойкой.

    Поддержание содержания воды в этих жидкостях имеет решающее значение. Как правило, процентное содержание воды должно оставаться в пределах от 35 до 45 процентов, поскольку эти жидкости начинают терять свои огнестойкие свойства при уровне воды менее 35 процентов. Если содержание воды превышает 45 процентов, противоизносные характеристики жидкости будут снижены.Поэтому чрезвычайно важно контролировать процентное содержание воды в эмульсии на регулярной (ежедневной) основе. По возможности используйте дистиллированную или деионизированную воду, чтобы избежать попадания вредных примесей, которые могут вызвать проблемы с эмульсией.

    Рабочие температуры системы не должны превышать 50 градусов C (122 градусов F), чтобы снизить вероятность испарения воды. В некоторых приложениях могут потребоваться теплообменники. Низкие температуры могут привести к разрушению эмульсии.

    Вообще говоря, большинство обратных эмульсий совместимы со стандартным материалом гидравлического уплотнения и содержат противоизносные присадки, а также ингибиторы коррозии и ржавчины.

    Пенообразование и аэрация могут быть более серьезными проблемами с эмульсиями типа вода в масле, чем с нефтяными маслами. По этой причине могут потребоваться резервуары большего размера с соответствующими вентиляционными отверстиями и перегородками. Отвод обратной линии должен располагаться как можно дальше от впуска насоса, а возвращаемая жидкость должна выпускаться ниже минимального уровня жидкости, ожидаемого во время работы.

    Используйте неокрашенные резервуары, так как инвертированные эмульсии могут оказывать растворяющее действие на краски и эмали, которые покрывают внутреннюю часть некоторых гидравлических резервуаров.

    Эти жидкости демонстрируют временное снижение вязкости при воздействии высоких скоростей сдвига, которые присутствуют в большинстве гидравлических насосов. В результате производятся обратные эмульсии с уровнем вязкости несколько выше, чем у нефтяных масел, используемых в аналогичных гидравлических системах.

    Из-за своего более высокого удельного веса обратные эмульсии удерживают твердые частицы во взвешенном состоянии намного легче, чем нефтяное масло.Следовательно, стандартные методы фильтрации, используемые для нефтяных гидравлических масел, могут быть неудовлетворительными при использовании эмульсий вода-в-масле. Следует использовать абсорбирующие фильтры глубинного типа, изготовленные из неорганической среды или металла, а не бумажные или деревянные фильтры абсорбирующего типа. С другой стороны, не следует использовать фильтры-адсорбенты, такие как уголь или земля Фуллера.

    Смазочные материалы | Бесплатный полнотекстовый | Важность эмульгирования в калибровке инфракрасных спектроскопов для анализа загрязнения воды в отработанном или находящемся в эксплуатации моторном масле

    1.Введение

    Обычно вода плохо смешивается с нефтью в любом значительном количестве из-за полярной природы воды и неполярной природы углеводородов; притяжение между молекулами воды и масла намного меньше, чем притяжение между двумя молекулами воды [1]. Однако базовые моторные масла дополняются присадками. В частности, моющие добавки взаимодействуют и эмульгируют воду. Диалкилдитиофосфаты цинка (ZDDP), которые добавляются из-за их противоизносных свойств, также известны как повышающие точку насыщения водой моторного масла [2].Загрязнение водой обычных моторных масел может присутствовать в трех различных состояниях: свободная вода, растворенная в масле или эмульсия [3]. Вода может существовать в растворенном состоянии (растворимой форме) без визуальных указаний до тех пор, пока она не достигнет точки насыщения в зависимости от температуры, присадок к маслу и возраста масла [3]. Присутствие воды в растворенном состоянии связано с небольшой гигроскопичностью моторного масла [4] и, как правило, не считается критически опасным для большинства компонентов [5].Эмульсии вода / масло могут существовать от 100 до 1000 частей на миллион в зависимости от присутствующих добавок, а капли воды / масла в эмульсии могут варьироваться от наноэмульсий (менее 100 нм) до микроэмульсий (10 мкм) [6,7]. Свободная вода состоит из капель воды, не диспергированных и не смешанных с маслом, и уступает только эмульсиям в том, что они вредны для смазываемых компонентов, но легче отделяется от масла, чем эмульсия [5]. Перемешивание, тепло и давление, вызванные циркуляцией масла в двигателе, со временем приведут к эмульгированию загрязненной воды.Хотя свободная вода может присутствовать на дне масляного картера двигателя, обычные процедуры отбора проб намеренно избегают отбора проб в этой области [8]. В результате вода в образце моторного масла в основном существует в растворенном или эмульгированном состоянии с концентрацией растворенной воды от 50 ppm до тех пор, пока она не достигнет точки насыщения моторного масла, при которой может происходить образование капель или мицелл [9]. Были предприняты попытки измерить загрязнение моторного масла водой с использованием различных методов.В 1965 году исследователи сообщили о возможности использования инфракрасного спектрофотометра для определения содержания воды в моторном масле путем соотнесения процента воды в масле с поглощением на см в полосе 2,9 мкм на основе дифференциального инфракрасного анализа [10]. Спектроскопия в среднем инфракрасном диапазоне в режиме ослабленного полного отражения была успешно использована для соотнесения полосы поглощения воды (3100–3700 см, –1 ) с содержанием воды до 2,6% в образцах судовых смазочных масел с использованием частичной регрессии методом наименьших квадратов [11].С помощью спектроскопии в ближнем инфракрасном диапазоне водная полоса была легко видна из-за изменений дипольных моментов под воздействием света, а водород, будучи наименее массивным из атомов, испытывает самые большие колебания, как видно на связи O – H [12]. Регрессия по интервалу частичных наименьших квадратов (iPLS), примененная к результатам FT-IR для воды в масле, показала, что интервал 3598–3732 см –1 дал лучший прогноз загрязнения воды [13]. Фотоакустическая спектроскопия при 2,93 мкм успешно использовалась для обнаружения воды в масле с пределами обнаружения лучше, чем FT-IR [14].Микроакустический датчик использовался для водно-масляных эмульсий и обнаружил, что присутствие воды в моторном масле вызывает общее небольшое снижение вязкости масла до 2% при концентрации воды 20% [15]. Анализ FT-IR использовался для сравнения свойств нового и отработанного моторного масла с целью определения возможности восстановления отработанного масла в качестве диспергатора в жидком топливе на основе водоугольной суспензии [16]. Терагерцовая спектроскопия во временной области использовалась для различения относительно низких концентраций воды (0%, 1%, 2% об. / Об.) В обычном масле для дизельных двигателей со статистически значимыми различиями между уровнями воды [17].Кроме того, спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) использовалась для различных исследований, включая изучение разложения моторного масла [18], анализ содержания воды в скорлупе куриных яиц [19], обнаружение масляного загрязнения в воде [20] и т. Д. Уменьшение стоимости и размера, устройства ЯМР могут заменить более распространенные методы обнаружения. Существует ряд коммерчески доступных методов для определения содержания воды в моторном масле. Одним из них является испытание на кракле, при котором образец масла нагревают чуть выше 100 ° C, чтобы наблюдать и прислушиваться к кипению воды [2].Другие коммерчески доступные методы включают стехиометрический тест путем смешивания образца с гидридом кальция в сосуде под давлением [9,21,22], метод кулонометрического титрования по Карлу Фишеру (ASTM D6304, West Conshohocken, PA, USA) для измерения окисления серы. диоксида йода и воды [9,21,22], тестеры относительной влажности, которые не могут измерять свободную или эмульгированную воду [9,21], и анализ FT-IR, который может измерять растворенную, свободную и эмульгированную воду и хорошо коррелирует с Karl Метод Фишера [9,22,23].ASTM International (ASTM) установила стандарты практики FT-IR для тестирования загрязнения воды в отработанном или находящемся в эксплуатации моторном масле [24]. Эмульгирование воды / масла требует времени из-за сильной когезии молекул воды и ограниченного смешивания, которое они имеют с немного полярный конец некоторых присадок к маслу. Это, в свою очередь, влияет на обнаруживаемость влажности с помощью FT-IR. Кроме того, процесс деэмульгирования может происходить в течение очень длительного периода, поскольку некоторые инкапсулированные молекулы воды менее кинетически стабильны, чем другие.Анализ времени, необходимого эмульгаторам для реакции на границе раздела вода / масло в маслах, используемых в фармацевтической, пищевой и косметической промышленности, был проведен для улучшения выбора эмульгаторов для этих отраслей [25]. Кроме того, в ряде исследований в нефтяной промышленности изучается противоположный эффект, стабильность эмульсий вода / масло и скорость деэмульгирования [26,27,28,29,30,31,32]. Получение полной эмульсии воды в масле может иметь решающее значение для точных и воспроизводимых FT-IR измерений воды в масле.ASTM E2412–10 [25] не включал согласованных спецификаций по смешиванию образца перед анализом FT-IR. В основной части стандарта указано, что образцы следует встряхивать или взбалтывать для получения репрезентативной пробы, в то время как второе приложение определяет перемешивание, обработку ультразвуком или механическое встряхивание в течение не менее 15 минут [25]. Исследователи по-разному подошли к водно-масляной эмульсии. Некоторые исследователи указали смешивание образцов для получения эмульсии [4,17], а другие не указали. Другие исследователи свели к минимуму смешивание, чтобы получить водно-масляные эмульсии с дополнительными моющими добавками [13].Различия в эмульсии воды в масле могут повлиять на результаты FT-IR. Попытка отобрать пробу свободной воды непосредственно со дна или даже при попадании в нефтяной столб не гарантирует сильной корреляции с фактической концентрацией воды в нефти. Эмульгированная вода / масло лучше всего отражает состояние загрязненного водой образца масла, взятого из двигателя. Достаточно стабильный эмульгированный образец с мицеллами, поглощающими инфракрасное излучение, помогает уменьшить вариабельность измерений, вызванную рассеянием инфракрасного света более крупными каплями воды [33].

    Нет исследований, направленных на понимание временной задержки свежезагрязненного масла до образования полной эмульсии при создании калибровочных образцов для точного измерения FT-IR. Мы исследовали способность методов FT-IR различать восемь уровней (0%, 0,1%, 0,2%, 0,5%, 1%, 2%, 5% и 10% об. / Об.) Загрязнения водой свежего дизельного моторного масла. и определить, изменяется ли эта способность со временем из-за скорости взаимодействия вода / масло.

    4. Выводы

    FT-IR анализ использовался для обнаружения загрязнения водой моторного масла, поскольку он может обнаруживать растворенную воду, свободную воду и водно-масляные эмульсии.Однако, как предполагает это исследование, образец должен быть полностью эмульгирован при создании калибровочного стандарта. При использовании этого метода роторного перемешивания время отбора проб (после загрязнения) может играть решающую роль в надежном обнаружении из-за гидрофобности моторного масла; однако относительно стабильная эмульсия может быть получена для калибровочного стандарта без ненужного изменения матрицы образца дополнительными детергентами или поверхностно-активными веществами. Стабильная эмульсия по самой своей природе обеспечивает надежно однородный гомогенный образец для количественной оценки с помощью FT-IR анализа, однако, как продемонстрировано в этом исследовании, полное эмульгирование всей свободной воды в образце может занять время.При очень высоких концентрациях воды характерный признак воды можно увидеть в ИК-спектрах через день после смешивания, но он плохо коррелирует с фактической концентрацией воды. Свободные водные загрязнения, более плотные, чем нефть, после смешивания быстро опускаются на дно, избегая пробоотборных зондов. Со временем эта свободная вода может взаимодействовать с маслом и типичными моющими присадками в современном моторном масле как с полярными, так и с неполярными концами, образуя стабильную эмульсию. Смешивание этой эмульсии вызывает миграцию воды внутри нефтяного столба и теперь не только с меньшей вероятностью ускользнет от отбора проб, но и обеспечивает более точное представление концентрации воды.Достижение этого эмульгированного состояния с помощью калибровочного стандарта должно быть более репрезентативным для реальных проб масла в процессе эксплуатации, которые лаборатория обычно получает для испытаний. Стабильная эмульсия снижает рассеяние, является надежным предсказателем концентрации в водно-масляной эмульсии, а небольшие мицеллы, окруженные маслом, не оказывают значительного влияния на окна водорастворимого KBr, которые обеспечивают отличное пропускание ИК-излучения.

    На основании результатов дисперсионного анализа и линейной регрессии, неделя 14 после контаминации дает наилучшие результаты с точки зрения способности различать уровни контаминации.Предел количественного определения загрязнения воды улучшается по логарифмической шкале с течением времени после первоначального загрязнения и дает улучшение на порядок с первого дня до недели 9. Эта информация может привести к улучшению протоколов анализа FT-IR для определения уровня загрязнения воды в моторном масле с большей надежностью и точностью. Рекомендуются дальнейшие исследования для изучения методов смешивания, используемых для индуцирования эмульгирования, перед тестированием, поскольку международные стандарты ASTM могут неадекватно решить эту проблему.

    Основы стабильности эмульсии | Processing Magazine

    Эмульсии можно найти во всех аспектах повседневной жизни. Разработка и переработка эмульсий распространены во многих отраслях промышленности. Производитель, который использует смазку для инструментов для производства деталей авиационного двигателя, или кто-то, кто наносит косметический крем, являются типичными примерами использования эмульсии.

    Использование коллоидных мельниц и поточных миксеров — популярный способ приготовления и обработки эмульсий. В этой статье будут обсуждаться основные темы, которые помогут в успешной разработке и окончательной оценке стабильных эмульсий, включая определение соответствующих терминов, правильный состав продукта, рекомендуемые методы премикса, оптимизацию технологического оборудования и методы оценки качества готового продукта. .

    Основные определения

    Логично начать с рабочего определения эмульсии. Возможно множество таких определений, но самое основное определяет эмульсию как стабильную смесь двух несмешивающихся жидкостей, одна из которых равномерно диспергирована в другой в виде небольших капель или частиц. Хотя это определение кажется простым, его полный объем станет очевидным.

    Поскольку эмульсия состоит из двух различных жидкостей, важно различать их.Это достигается путем обозначения жидкости, которая существует в форме маленьких капель, как дисперсной фазы или внутренней фазы. Жидкость, присутствующая в качестве окружающей среды, является внешней фазой или непрерывной фазой.

    На основании этих различий возможны два основных типа эмульсий. Их называют эмульсиями типа «масло в воде» (М / В) и «вода в масле» (В / М). В первом случае внутренняя фаза представляет собой масло или смешивающуюся с маслом жидкость, а внешняя фаза представляет собой воду или смешивающуюся с водой жидкость.В последнем случае внутренняя фаза представляет собой водоподобную жидкость, а внешняя фаза — маслоподобная жидкость.

    Большинство людей хотя бы в некоторой степени знакомы с концепцией поверхностного натяжения, при которой жидкость в контейнере действует так, как если бы у нее была кожа. Молекулы на поверхности испытывают силы, которые стремятся связать их с основной массой жидкости и предотвратить их утечку в воздух. Это причина того, что стакан воды можно аккуратно наполнить так, чтобы поверхность выпирала над верхней частью стакана, не проливаясь.

    Как это понятие применимо к эмульсиям? Рассмотрим поверхность капель, составляющих внутреннюю фазу. Эта поверхность, которая представляет собой границу между двумя фазами, называется границей раздела. Молекулы обеих фаз на этой границе раздела также испытывают силы, которые имеют тенденцию связывать их с их собственным видом и затрудняют разбиение одной капли на несколько более мелких капель. Эти силы приводят к межфазному натяжению между двумя фазами. Работа с этим интерфейсом занимает большую часть статьи.

    Очевидно, поскольку межфазное натяжение является мерой сил, пытающихся сохранить две фазы разделенными, цель приготовления эмульсий должна заключаться в снижении межфазного натяжения, чтобы способствовать более тесному смешиванию двух фаз. Это достигается двумя основными способами: уменьшением вязкости внутренней фазы и использованием химических добавок. Самый простой способ добиться снижения вязкости — нагреть продукт, потому что большинство жидкостей при нагревании становятся менее вязкими.Уменьшение вязкости обычно сопровождается уменьшением межфазного натяжения, что позволяет получить хорошую форму эмульсии.

    Стабильная эмульсия двух несмешивающихся жидкостей встречается редко, и обычно требуется какая-то химическая помощь. Обычно используется химическое вещество, которое активно на границе раздела между двумя фазами. Такая добавка называется эмульгатором или поверхностно-активным веществом (это означает поверхностно-активный агент). Коммерческое приготовление большинства эмульсий включает применение как химического эмульгатора, так и механического устройства, такого как коллоидная мельница или поточный смеситель, для получения дисперсной фазы с размером капель, достаточно маленьким, чтобы получить готовый продукт с желаемым качеством. характеристики.

    Точное техническое объяснение механизма, с помощью которого действуют эмульгаторы, выходит за рамки этого обсуждения, но более подробные сведения помогут. Можно представить себе молекулу эмульгатора, имеющую длинный хвост на одном конце и круглую головку на противоположном конце. Хвост будет неполярным (электрически нейтральным) и, следовательно, гидрофобным (растворимым в масле). Голова будет полярной (электрически заряженной) и, следовательно, гидрофильной (водорастворимой).

    Используя эмульсию масло в воде в качестве примера, молекулы эмульгатора будут перемещаться к границе раздела между фазами и ориентироваться таким образом, что гидрофобные концы будут погружены в поверхность капель масла внутренней фазы, в то время как гидрофильные концы будут связаны с молекулами воды в непрерывной фазе на границе раздела.Фактически, эмульгатор образует межфазную пленку толщиной в одну молекулу. Визуально частицы дисперсной фазы напоминают подушечки для иголок (см. Рисунок 1). Конечно, ориентация молекул эмульгатора будет инвертирована для эмульсии вода / масло, но в остальном концепция идентична.

    Рис. 1. Граница раздела эмульсии масло-в-воде

    Такое расположение молекул способствует образованию и стабильности эмульсии двумя способами. Во-первых, капли внутренней фазы, поскольку они окружены электрически заряженными гидрофильными концами молекул эмульгатора, не могут слиться с образованием более крупных капель.Фактически, они ведут себя как электрически заряженные частицы, а частицы с одинаковым зарядом отталкиваются друг от друга. Во-вторых, дробление этих капель будет происходить легче, поскольку межфазное натяжение будет значительно снижено из-за присутствия молекул эмульгатора на границе раздела.

    Физические свойства

    Понимая, что такое эмульсии и как они образуются, можно детализировать некоторые из их наиболее важных физических свойств. Для упрощения, в этой статье будет рассмотрена только эмульсия масла в воде со сферическими каплями масла, но выводы в равной степени применимы и к типу воды в масле.Эти объекты будут представлены:

    • Средний размер частиц
    • Гранулометрический состав
    • Вязкость внутренней фазы
    • Вязкость в непрерывной фазе
    • Уровень эмульгатора
    • Концентрация масляной фазы
    • Непрерывная фаза pH
    • Оптические свойства эмульсии

    Невозможно избежать критического вопроса стабильности эмульсии. Наиболее очевидной физической характеристикой эмульсии является размер масляных капель.Эти капли должны быть больше 0,1 микрометра (мкм), чтобы их нельзя было классифицировать как коллоидную суспензию.

    На практике большинство коммерческих эмульсий имеют частицы в диапазоне от примерно 0,2 мкм до 100 мкм в диаметре. Из-за влияния силы тяжести и разницы в плотности между двумя жидкостями капли масла поднимутся к верху контейнера со скоростью, пропорциональной их диаметру. Следовательно, в интересах качества эмульсии размер масляных капель должен быть уменьшен до тех пор, пока не будет достигнута желаемая степень стабильности продукта.Кроме того, уменьшение размера капель за пределами этой точки не будет иметь практического воздействия и будет пустой тратой энергии, необходимой для достижения этого.

    Тот факт, что был упомянут диапазон размеров частиц, означает, что не все капли масла имеют одинаковый размер. Данная эмульсия не может быть охарактеризована указанием единственного размера частиц. Вместо этого необходимо определить средний размер частиц, а также информацию о гранулометрическом составе. Средний размер частиц можно определить разными способами, но поскольку общий объем дисперсной фазы (V) и общая площадь межфазной поверхности (S) являются такими важными переменными в теории эмульсии, часто используется определение, которое включает эти значения.Таким параметром является средний объемный диаметр поверхности (d против ), и он рассчитывается с использованием стандартных формул для объема и площади поверхности сферы, как показано в уравнении ниже:

    Решение для d дает результат d = 6 V / S, и это определение dvs. В оставшейся части этого обсуждения предполагается, что термин «средний размер частиц» относится к этому значению.

    К вопросу о распределении обычно подходят, включая графическое представление кривой распределения частиц по размерам вместе со средним диаметром частиц.На рис. 2 показан пример типичной кривой распределения частиц по размерам с логарифмически-нормальным распределением, где n — количество капель с диаметром x, а N — общее количество капель всех размеров в образце эмульсии.

    Рассматриваемые концентрации важны, потому что они влияют на тип и стабильность конечной эмульсии. В общем, фаза, которая присутствует в большей концентрации, будет иметь тенденцию быть непрерывной фазой. Например, эмульсия с 40% масла будет иметь тенденцию к образованию эмульсии масло / вода.Если уровень масла увеличить до 60 процентов, это будет способствовать образованию эмульсии воды в масле. Это связано с тем, что становится все труднее упаковывать капли масла в непосредственной близости без их объединения по мере увеличения их концентрации. В этой ситуации легче образовывать капли воды и диспергировать их в масле.

    Фактически, если бы масло медленно добавлялось к 40-процентной эмульсии O / W при хорошем перемешивании, эмульсия постепенно становилась все более и более вязкой, а затем внезапно снова становилась довольно жидкой.После того, как эта точка будет достигнута, более тщательное изучение покажет, что это эмульсия типа W / O. Этот процесс известен как инверсия, а конечный продукт иногда называют обращенной эмульсией.

    Эти параметры полезны в качестве общих рекомендаций, но при тщательном выборе типа эмульгатора и строгом контроле размера частиц, чтобы они не становились слишком маленькими, возможны эмульсии с очень высокой концентрацией внутренней фазы. Типичным примером является майонез, представляющий собой эмульсию масло / вода, содержащую 80 процентов масла.Это ситуация, в которой естественные физические свойства системы были преодолены с большими усилиями. Мы рассмотрим такие примеры.

    Другой важной переменной в коммерческих приложениях является максимальный размер частиц. При лабораторных испытаниях образцов продукта частицы меньше определенного размера отделяются настолько медленно, что становятся приемлемыми, в то время как частицы большего размера просто недостаточно стабильны. Средний размер частиц не имел бы особого значения, если бы хвост кривой распределения не выходил за пределы этого критического значения диаметра.

    Концентрация дисперсной фазы и эмульгатора может влиять на стабильность эмульсии. Во-первых, необходимо сделать несколько оговорок в отношении терминологии. Концентрация дисперсной фазы может быть выражена в процентах по массе или объему от всей эмульсии. Эмульгатор выражается в процентах от общей массы эмульсии или только одной фазы. Все эти методы широко используются, и при любом упоминании концентраций следует уделять им особое внимание.В этой статье обе концентрации означают массовые проценты от общей эмульсии.

    Наконец, концентрация эмульгатора накладывает практический предел возможного среднего размера частиц. Чтобы понять почему, вспомните, что эмульгатор образует мономолекулярный слой на границе раздела между двумя фазами. Если вся поверхность каждой из капель масла «покрыта» эмульгатором, эмульсия будет стабильной. Однако, если для выполнения этой функции недостаточно эмульгатора, капли масла будут сливаться вместе, образуя более крупные капли, пока снова не будет достигнута точка полного покрытия.Это явление называется коалесценцией. Если учесть, что общая площадь поверхности капелек масла пропорциональна квадрату среднего диаметра частиц, простое уменьшение вдвое среднего размера частиц приведет к учету концентрации эмульгатора, необходимой для поддержания стабильности эмульсии.

    В некоторых случаях хорошая эмульсия может быть получена с умеренным уровнем приложенной механической энергии, но плохая эмульсия получается, если уровень энергии увеличивается. Увеличение приложенной энергии вызывает дополнительное уменьшение размера частиц, но без корректировки концентрации эмульгатора более мелкие частицы нестабильны.Это называется перегрузкой эмульсии. Технологическое оборудование, такое как поточные смесители, которые предлагают управление зонами сдвига (несколько настраиваемых зон с высоким усилием сдвига) и управление порядком смешивания (адаптируемые камеры смешивания для подачи технологического материала в различные положения в зоне сдвига), обеспечивает важные преимущества для разработка и переработка товарных эмульсий.

    Тот факт, что уменьшение вязкости дисперсной фазы усиливает образование эмульсии, уже упоминался, но каких эффектов можно ожидать от изменений вязкости непрерывной фазы? Используя те же аргументы, что и раньше, уменьшение вязкости должно приводить к более легкому образованию эмульсии из-за пониженного межфазного натяжения.Хотя это правда, необходимо учитывать еще один фактор. Увеличение вязкости непрерывной фазы значительно улучшит стабильность эмульсии за счет замедления неизбежного подъема капель масла к верху. В большинстве случаев этот более стабильный готовый продукт является первостепенной задачей, и решение получить это преимущество за счет преодоления более высокого межфазного натяжения на этапе механической обработки с радостью принимается.

    Рисунок 2. Кривая логнормального распределения

    Стабильность эмульсии

    Необходимо рассмотреть три различные категории стабильности эмульсии:

    • Будет ли окончательный тип эмульсии оставаться как «масло в воде» или он будет преобразовываться в эмульсию по мере старения?
    • Самая серьезная нестабильность — это полное разделение эмульсии на слой чистого масла, находящийся поверх слоя чистой воды.Это деэмульгирование или разрушение эмульсии, очевидно, было бы катастрофой.
    • Самая распространенная форма нестабильности — это сливки. Часто ошибочно полагают, что это связано с образованием масляного слоя поверх эмульсии. Однако это разделение исходной эмульсии на две эмульсии. Тот, что в верхней части контейнера, имеет гораздо более высокую внутреннюю концентрацию фазы, чем исходная эмульсия. Тот, что находится на дне контейнера, имеет гораздо более низкую внутреннюю концентрацию фазы, чем это было изначально.

    Частично решена проблема стабильности в зависимости от типа эмульсии. Напомним, что концентрация дисперсной фазы играет важную роль. Чтобы свести к минимуму вероятность постепенной инверсии, концентрацию масла следует поддерживать как можно ниже уровня, при котором происходит полная инверсия, насколько это практически возможно. Выбор конкретного эмульгатора имеет решающее значение. Обычно фаза, в которой эмульгатор имеет большую растворимость, обычно является внешней фазой. Если кто-то желает приготовить эмульсию типа «масло в воде», выбранный эмульгатор должен иметь несколько большую растворимость в воде, чем в масле.

    Эти вариации растворимости эмульгатора определяются относительными размерами гидрофильных и гидрофобных концов молекулы. Интересный феномен, связанный с этой темой, может возникнуть, если будет сделан неправильный выбор формулировки. В результате может образоваться двойная эмульсия. В этом случае это будет эмульсия типа вода-в-масле-в-воде. Наблюдение под микроскопом покажет ожидаемые капли масла, эмульгированные в воде, но капли воды также будут эмульгированы в каждую из этих капель масла.Подобная ситуация может возникнуть, если две фазы присутствуют примерно в равных объемах, а эмульгатор имеет почти равную растворимость в масле и воде.

    Полное разрушение эмульсии обычно происходит в два этапа. Во-первых, капли дисперсной фазы образуют агрегаты, и капли прикрепляются друг к другу, не теряя своей индивидуальности. Этот процесс, называемый флокуляцией, дестабилизирует эмульсию, поскольку крупные агрегаты отделяются быстрее, чем более мелкие отдельные капли.Однако процесс обычно обратим при перемешивании и / или добавлении подходящего поверхностно-активного вещества. С другой стороны, коалесценция, вторая стадия деэмульгирования, гораздо серьезнее. Это необратимый процесс, при котором несколько капель внутренней фазы сливаются в одну большую каплю.

    Сливки — наиболее часто встречающийся тип нестабильности эмульсии. Это происходит, когда неумолимая работа гравитационных сил заставляет две жидкости разной плотности расслаиваться.Этот эффект можно замедлить методами, описанными в этой статье, но его нельзя остановить. Следовательно, реальное беспокойство должно быть вызвано скоростью вспенивания. Известно, что вспенивание произойдет, но его нужно замедлить до приемлемой скорости.

    Типы

    Прежде чем обсуждать обработку и оценку эмульсии, необходимо определить типы эмульгаторов. Поверхностно-активные эмульгаторы, которыми в первую очередь занимается большинство переработчиков, можно подразделить на анионные, катионные, неионные и амфотерные.Эти термины относятся к электрическому заряду, который эмульгатор передает частицам дисперсной фазы:

    • Анионный = отрицательный заряд
    • Катионный = положительный заряд
    • Неионный = электрически нейтральный
    • Амфотерный = pH-зависимый заряд

    Влияние на стабильность эмульсии некоторых важных внешних факторов зависит от электрических характеристик, создаваемых эмульгатором. Например, анионные типы эффективны при высоких уровнях pH, в то время как катионные типы эффективны при низких уровнях pH.Неионные типы относительно нечувствительны к pH эмульсии.

    Точно так же стабильность эмульсий, образованных электрически заряженными молекулами поверхностно-активного вещества, гораздо более вероятно будет нарушена добавлением электролитов к готовому продукту. Это причина того, что добавление незначительного количества соли часто разрушает некоторые эмульсии. Если ожидается контакт с электролитами, следует использовать эмульгатор неионного типа.

    Методы обработки

    Для создания эмульсии ингредиенты сначала объединяются для образования неочищенной эмульсии премикса.Этот премикс можно создать несколькими способами:

    • Эмульгатор растворяют в непрерывной фазе, а затем медленно добавляют внутреннюю фазу при хорошем перемешивании (наиболее распространенный метод).
    • Эмульгатор можно растворить во внутренней фазе перед медленным добавлением этой смеси в непрерывную фазу при перемешивании.
    • Эмульгатор можно растворить во внутренней фазе перед медленным добавлением непрерывной фазы для образования премикса. Это означает, что обычно достигаются наилучшие результаты, но для этого требуется много времени и энергичное перемешивание, поскольку оно включает в себя проведение предварительной эмульсии воды в масле через стадию инверсии для образования в конечном итоге желаемого типа масла в воде.
    • Другой метод — использование метода управления порядком смешивания, специально разработанного Bematek. Этот метод позволяет вводить компоненты продукта непосредственно в поток продукта на различных этапах в многоступенчатой ​​смесительной камере.

    Если на заключительном этапе используется механическое режущее устройство, такое как коллоидная мельница или поточный смеситель, первый метод предварительного смешивания обычно дает хорошие результаты.

    Следует отдельно упомянуть один из часто используемых вариантов премикса.Многие эмульсии типа «масло в воде» стабилизируются простыми мылами. В этих ситуациях наилучшие результаты достигаются путем растворения жирнокислотной части мыла в масляной фазе и щелочной части мыла в водной фазе. Затем при перемешивании в воду добавляют масло. Получающееся образование мыла непосредственно на границе раздела при объединении двух фаз приводит к превосходному премиксу. Обратите внимание, что поточный смеситель с возможностью управления порядком смешивания может выполнять метод простого мыла в непрерывной однопроходной системе вместо использования резервуара для предварительного смешивания.

    Получив правильно составленный и стабильный премикс, коллоидная мельница или поточный миксер могут завершить работу. Зона интенсивных гидравлических сдвиговых сил внутри коллоидной мельницы или поточной смесительной головки разбивает капли внутренней фазы на части и создает частицы небольшого размера, который обычно требуется. Если используется достаточное количество эмульгатора для огромного увеличения площади поверхности, создаваемой этим процессом, конечный продукт должен демонстрировать повышенную стабильность.

    После приготовления эмульсии важно найти способ измерить ее качество, чтобы можно было поддерживать некоторую степень консистенции от одной партии к другой.

    Контроль качества

    Благодаря физическим свойствам эмульсий доступна информация для проверки результатов с помощью надежного процесса контроля качества (QC). Самый простой способ — положить эмульсию на полку и наблюдать за ее образованием с течением времени. Минимальный приемлемый срок хранения может быть указан в спецификации контроля качества. К сожалению, цена такой простоты заключается в том, что плохая партия может быть обнаружена только после того, как продукт будет доставлен покупателю. Чтобы преодолеть это, процесс вспенивания можно ускорить путем нагревания эмульсии или ее центрифугирования.Затем эти результаты должны быть соотнесены с соответствующей статической скоростью вспенивания при комнатной температуре. Все эти измерения скорости вспенивания просты, но неточны.

    Скорость вспенивания эмульсии напрямую зависит от размера капель дисперсной фазы. Следовательно, измерение размера капель косвенно дает желаемую информацию о стабильности. Эти методы включают:

    • Оптический микроскоп для наблюдения за максимальным размером частиц
    • Измерение процента пропускаемого света (эмульсия становится более прозрачной при уменьшении размера частиц)
    • Измерения светорассеяния для построения подробных кривых распределения частиц по размерам

    Эти методы быстрые и точные.После установления зависимости между размером частиц и сроком хранения можно сделать точные прогнозы скорости вспенивания на основе анализа размера частиц.

    Другой полезный метод — измерение вязкости. Многие эмульсии претерпевают значительное увеличение вязкости при уменьшении размера капель. Таким образом, величина этого увеличения будет хорошим показателем качества эмульсии. По этой причине измерение вязкости, полученное с помощью такого устройства, как вискозиметр Брукфилда, может обеспечить превосходный эталон контроля качества в таких случаях.В конкретных случаях используются многие другие техники. Например, от косметических эмульсий часто требуется, чтобы они выдерживали несколько циклов замораживания / оттаивания и были стабильными при повышенных температурах, прежде чем они будут сочтены приемлемыми.

    Заключение

    В этой статье рассматриваются только самые основные концепции этой сложной и обширной темы. Доступно множество книг, в которых подробно рассматриваются эти и многие другие темы.

    Стивен Ф. Масуччи — технический директор Bematek.Он участвует в разработке, масштабировании, обработке и тестировании эмульсий и дисперсий с 1973 года.

    Крис Литтл — старший менеджер компании Bematek. Обладая 25-летним опытом работы на предприятиях и в обрабатывающей промышленности, он считается экспертом в улучшении процессов и надежности оборудования.

    Bematek

    www.bematek.com

    Emulsion Technology — Alt Enviro Tech — Помогая спасти планету

    Обзор эмульсии

    При сжигании ископаемого топлива в двигателях с воспламенением от сжатия, имеющих столь важное значение для мировой экономики, возникают выбросы как NOx, так и твердых частиц.К счастью, есть технология, уменьшающая и то и другое. Эта технология также может повысить топливную эффективность и, таким образом, снизить выбросы парниковых газов. Технология, которая может обеспечить эту «тройную корону» экологических и экономических выгод, — это технология эмульгирования топлива (EFT).

    Эмульсия — это смесь двух несмешивающихся жидкостей. Например, эмульсия с масляной фазой содержит капли воды — дисперсную фазу — равномерно распределенную в жидком топливе — непрерывную фазу. Эмульсия приобретает характеристики непрерывной фазы.Следовательно, эмульсии с масляной фазой проявляют характеристики жидкого топлива, а не воды.

    Эмульсии нестабильны по своей природе. Со временем они разделятся на устойчивые состояния материалов с дисперсной и непрерывной фазами. Для поддержания состава эмульсии поверхностно-активные вещества или «поверхностно-активные вещества» включаются в производство масляной эмульсии. В эмульсии с масляной фазой эти поверхностно-активные вещества покрывают капли воды, распределенные по непрерывной масляной фазе, и предотвращают сближение и коалесценцию капель воды.

    Собственная эмульсионная технология APT

    Запатентованная технология

    APT создает стабильные смеси эмульгированного топлива, которые содержат различное процентное содержание воды. Эмульсионная технология может применяться для связывания различных базовых топлив с водой, создавая широкий спектр экологически чистых продуктов, которые уменьшают загрязнение как оксидами азота (NOx), так и твердыми частицами (PM), образующимися в процессе сгорания.

    APT предоставляет свою технологию благодаря уникальному и глубокому пониманию критических компонентов производства эмульгированного топлива, а также сжигания эмульгированного топлива.

    Производство компонентов эмульгированного топлива

    APT разработала технологии и протоколы для производства высокостабильных и экономичных топливных эмульсий. Производство этих эмульсий включает использование пакетов химических добавок, механического процесса смешивания и технических «ноу-хау». Благодаря точному сочетанию и применению этих компонентов образуются топливные эмульсии, которые являются прочными и стабильными и способны выдерживать огромное количество тепла и давления, которым топливо подвергается перед сгоранием в дизельном двигателе, печи или котле.Уникальные характеристики горения эмульгированного топлива проявляются только в том случае, если топливо остается эмульсией в точке сгорания. Технологии APT позволяют производить стабильное эмульгированное топливо стабильного качества и стандартов.

    Важнейшие компоненты, необходимые для производства эмульгированного топлива APT:

    APT Присадки Добавки

    APT — это семейство запатентованных жидких составов, которые химически связывают воду и нефтепродукты с образованием стабильных эмульсий.Добавки APT обычно составляют от 0,5% до примерно 2% готового топлива. APT разработала отдельные комбинации присадок для дизельных эмульсий, топливных эмульсий, эмульгированного биодизельного топлива и остаточных нефтяных эмульсий.

    Добавки

    APT производятся в соответствии со стандартами APT авторитетными поставщиками химических веществ с международными предприятиями, которые могут соответствовать строгим требованиям APT. Состав APT-добавок в некоторых случаях защищен патентами, а в других является коммерческой тайной.

    Добавки

    APT — это относительно недорогие жидкости, которые легко транспортировать, хранить и применять. Как правило, они имеют очень длительный срок хранения (в некоторых случаях до года).

    APT-смесители

    Смесительные установки, необходимые для производства эмульсий дизельного топлива, эмульсий мазута, эмульгированного биодизельного топлива и эмульсий остаточного масла, сильно различаются по конструкции и применению. Общей чертой этих устройств является то, что они относительно недороги, просты в изготовлении и работают с минимальными требованиями к обслуживанию и ремонту.

    APT Blending Units производятся в соответствии со стандартами APT авторитетными инжиниринговыми компаниями с международными операциями, которые могут соответствовать строгим требованиям APT. Блоки смешения APT в некоторых случаях защищены патентами и коммерческой тайной.

    Установки смешивания

    APT, как правило, представляют собой автоматизированные, автономные установки, которые состоят из серии смесителей, двигателей, насосов, счетчиков и инжекторов, в которых обрабатывается вода, базовое топливо и присадка APT.

    При производстве эмульгированных топливных продуктов компьютер APT Blending Unit измеряет, отслеживает и контролирует различные рабочие параметры, включая температуру, давление, скорость потока и параметры двигателя.Если какой-либо из параметров отклоняется от заданных рабочих пределов, оператор получает уведомление о тревоге. Если изменения не будут внесены в течение установленного периода, установка автоматически прекратит производство. Для обеспечения стабильного качества продукции оператор имеет ограниченный доступ к рабочим параметрам. Уполномоченный персонал APT (управляемый посредством аутентификации по паролю) может при необходимости вносить изменения в рабочие параметры. Кроме того, система управления обеспечивает удаленный доступ APT для оценки прошлых операций, диагностики любых проблем и внесения изменений при необходимости.

    Блоки смешивания

    APT могут быть увеличены или уменьшены в зависимости от потребностей клиентов; однако «обычные» смесительные установки APT для производства эмульгированного топлива производят:

      • Дизельные эмульсии — 14 баррелей (600 галлонов, 2200 литров или 2 тонны) в час;
      • Топливные эмульсии — 428 баррелей (18 000 галлонов, 68 000 литров или 58 тонн) в час; и
    • Остаточные нефтяные эмульсии — 189 баррелей (7 900 галлонов, 30 000 литров или 26 тонн) в час.

    Ноу-хау APT

    APT Technology была и остается пионером в области технологии эмульгированного топлива. За последнее десятилетие APT многое узнала о свойствах, характеристиках горения и требованиях к обращению с эмульгированным топливом.

    Технология APT включает в себя многочисленные протоколы и стандарты контроля качества для своей продукции, начиная от сырья, производства, хранения, доставки и использования. Большая часть этого ноу-хау была получена в результате обширных испытаний продукции в дизельных двигателях, турбинах внутреннего сгорания, печах и паровых котлах.Многие из этих испытаний проводились в коммерческих условиях на объектах заказчиков, в независимых лабораториях, внутри компании и в полевых условиях.

    Горение эмульсий Эмульгированное топливо

    APT представляет собой смесь традиционных жидких топлив, таких как дизельное топливо, нафта, мазут или биодизель, и воды. Вода присутствует в виде капель микроскопических размеров, распределенных по всему базовому топливу. Этот тип эмульсии известен как эмульсия масляной фазы. В результате готовая эмульсия имеет многие физические характеристики своего базового топлива (см. Рисунок 1).

    В случае топлива с водной фазой, которое имеет более высокое содержание воды, такого как ROE, верно обратное, и базовое топливо находится во взвешенном состоянии в виде микроскопических капель в воде. В результате готовая эмульсия может иметь характеристики обработки, подобные воде.

    Эмульгированные топлива

    APT производятся из базовых топлив и воды путем химического связывания добавок APT и пропускания всех трех жидкостей через узел смешивания APT.

    Рисунок 1: Схема, иллюстрирующая масляную эмульсию

    Капля

    h3O, эмульгированная с нефтяным сырьем.

    Каждая молекула h3O окружена нефтью, образуя эмульгированные капли.

    Почему вода работает после сгорания

    Хотя многие знакомы с фразой «нефть и вода не смешиваются», большинство не понимает, что при сгорании любого углеводорода образуется значительное количество воды в виде пара в результате реакции водорода в топливо и кислород в воздухе. Фактически, в зависимости от типа топлива, масса воды, образующаяся при сгорании, может быть больше, чем масса источника топлива.Другими словами, технология эмульгированного топлива APT только изменяет последовательность, в которой вода вводится в процесс горения, а не вводит воду в качестве нового соединения.

    Реакция горения метана иллюстрирует это. Химически процесс горения состоит из реакции между метаном и кислородом в воздухе. Эта химическая реакция приводит к образованию углекислого газа (CO2), воды (h3O) и большого количества энергии. Следующая реакция метана (относительная молекулярная масса 16) дает две молекулы воды при полном сгорании с общей относительной массой 36 (молекулярная масса воды равна 18).

    CH 4 + 2O 2 > CO 2 + 2H 2 O

    Этот пример представляет собой упрощенную иллюстрацию, поскольку обычно присутствуют другие элементы, такие как азот в воздухе и другие составляющие топлива.

    Почему вода работает до сгорания Запатентованная технология

    APT создает стабильные смеси эмульгированного топлива, которые содержат различное процентное содержание воды.Эмульсионная технология может применяться для связывания различных базовых топлив с водой, создавая широкий спектр экологически чистых продуктов, которые уменьшают загрязнение NOx и PM, образующееся в процессе сгорания.

    Эмульсионная технология не нова — и работает 1 . Он лучше распыляет топливо за счет испарения воды, обеспечивая более холодное и более полное сгорание (см. Рисунок 2 ниже). В эмульсиях на основе дизельного топлива или биодизеля субмикронные частицы воды улавливаются нефтью в результате процесса смешивания с большим усилием сдвига, в котором используется добавка для молекулярного связывания воды и нефти в стабильную эмульсию.Эмульсии — единственная топливная технология, которая одновременно снижает выбросы NOx и твердых частиц (PM).

    Термический NOx снижается из-за гасящего эффекта воды, а PM уменьшается из-за кинетических изменений при сгорании.

    Рисунок 2: Эмульсии как механизм снижения выбросов

    Именно содержание воды и стабильность эмульгированного топлива APT обеспечивают их уникальные характеристики сгорания. Например, когда базовое топливо распыляется в камеру сгорания (будь то дизельный двигатель, паровой котел или печь), оно распыляется на капли размером от 20 до 100 микрон.Поскольку гореть может только поверхность каждой капли топлива, контактирующая с воздухом, более крупные капли жидкого топлива не сгорают полностью, в результате чего несгоревший углерод собирается на поверхностях камеры сгорания или улетучивается в виде твердых частиц в выхлопных газах. Это снижает общий тепловой КПД и увеличивает вредные выбросы (см. Рисунок 3 ниже).

    Рисунок 3: Сжигание базового топлива

    В отличие от базового топлива, когда капли эмульгированного топлива распыляются в камеру сгорания, они распыляются во второй раз в результате бурного превращения содержащейся в них воды в пар.Это преобразование воды в пар разбивает нефть, окружающую воду, на гораздо более мелкие капли (см. Рисунок 4 ниже).

    Рисунок 4: Сжигание эмульгированного топлива

    Капельки меньшего размера имеют гораздо большую площадь поверхности, что значительно повышает эффективность сгорания. Эта уникальная характеристика горения эмульгированного топлива обычно называется «вторичным распылением». Вторичный эффект преобразования воды в пар заключается в том, что пиковые температуры сгорания снижаются, что приводит к образованию значительно меньшего количества выбросов NOx, образующих смог.Изменения кинетики сгорания также значительно сокращают выбросы твердых частиц в результате неполного сгорания.

    APT участвует в активной программе исследований и разработок, чтобы расширить свой портфель экологических решений — разрабатывая передовые технологии для удовлетворения реалий все более строгих экологических норм, давления с целью снижения углеродоемкости топлива в свете глобального изменения климата и истощения запасов нефти. Ресурсы.

    APT изучает другие технологии, связанные с окружающей средой, которые позволяют ученым APT использовать свои знания в области химии, механики и горения.Например, в рамках своих химических исследований APT изучает применение своей эмульсионной технологии в нефтехимической промышленности, где временные эмульсии могут использоваться для ускорения химических реакций, таких как окисление. В рамках механических исследований APT изучает возможности физических модификаций и улучшений двигателей и котлов, чтобы лучше реагировать на другие альтернативные виды топлива, такие как биотопливо. В рамках исследований горения APT изучает, как свое понимание уникальных горючих свойств эмульсий можно применить к новым поколениям топливных присадок.Наконец, APT также использует свою уникальную и талантливую команду ученых для оценки других потенциальных технологий, которые могут стать доступными в рамках лицензионных соглашений.

    Разрабатываемые или рассматриваемые технологии включают: окислительное обессеривание светлых нефтепродуктов, выработку водорода на солнечной энергии и преобразование в метан, новое поколение аккумуляторов с увеличенным сроком службы и переработку отработанного моторного масла.

    Примечание:

    1) Общество инженеров автомобильной промышленности опубликовало сотни отчетов о технической валидации.

    мазутных эмульсий — Alt Enviro Tech — помощь в спасении планеты

    Обзор

    Мазут — низкосортное топливо, в основном используемое в промышленных котлах и других системах прямого отопления (см. Рисунок 1).Он также используется в качестве основного топлива в морских установках и больших дизельных двигателях.

    Рисунок 1: Производство мазутной эмульсии

    HFO обычно смешивает остаток, оставшийся от процесса переработки сырой нефти, с дизельным топливом или газойлем. Те остатки, которые при температуре окружающей среды являются твердыми, иногда называют асфальтом, гудроном, остаточным маслом или «остатками колонны». При смешивании с дизельным топливом или газойлем («резаки») образуется жидкость, которая при температуре окружающей среды указывает на наличие патоки.Учитывая его высокую температуру кипения и смолистую консистенцию, HFO обычно требует нагревания, прежде чем его можно будет перемещать по трубам или подавать в котел или другой нагревательный сосуд для сжигания. Точно так же HFO обычно следует хранить в нагретом состоянии.

    HFO является одним из наименее дорогих видов топлива на основе рафинированного масла и, как правило, может использоваться только на объектах, которые имеют возможность предварительного нагрева. Температура сгорания HFO обычно очень высока и приводит к появлению вредных выбросов, особенно NOx и PM.Кроме того, HFO не сгорает чисто, оставляя значительные количества углеродного остатка, который загрязняет камеры сгорания и снижает эффективность печи и котла. Периодическое удаление этого загрязнения дорого и требует много времени.

    Топливные эмульсии APT Технология

    APT позволяет «разбавлять» HFO водой с образованием стабильной топливной эмульсии (FOE), которая имеет следующие эксплуатационные преимущества:

    • Предлагает повышение эффективности для больших промышленных котлов
    • Одновременно снижает выбросы NOx и PM
    • Лучшее сгорание и более высокий КПД
    • Снижает затраты на техническое обслуживание и время простоя за счет «более чистых» характеристик сгорания FOE.

    Эмульсии тяжелого нефтяного топлива APT являются прямым заменителем тяжелого нефтяного топлива, которое иногда называют мазутом №6, бункерным или остаточным маслом.Содержание воды в масле тяжелого топлива APT может варьироваться от 8% до 30% в зависимости от области применения и потребностей клиента.

    Мазутные эмульсии

    — это продукты, разработанные для котлов и больших тихоходных двигателей внутреннего сгорания. FOE может использоваться в коммунальных, промышленных и коммерческих котлах, а также в судовых двигателях. Содержание воды может составлять от 8% до 30%, а содержание добавок — от 0,05% до 2,0%. Топливо FOE может быть адаптировано для улучшения различных условий эксплуатации котла.Адаптация топлива в основном достигается за счет изменения содержания воды. Хотя FOE может содержать различное количество воды, обычно FOE можно разделить на 2 типа топлива; Низкое содержание воды и высокое содержание воды.

    Низкое содержание воды FOE

    FOE с низким содержанием воды представляет собой эмульсию HFO с содержанием воды от 8% до 12%. Это масляная фаза-эмульсия, т.е. микроскопические капли воды взвешены в основе HFO. Вторичное распыление основы HFO в результате мгновенного превращения содержания воды в пар дает гораздо большую площадь поверхности, что улучшает сгорание.

    Высокое содержание воды FOE

    FOE с высоким содержанием воды — это эмульсия HFO с относительно высоким содержанием воды (от 15% до 30%). В отличие от FOE, это эмульсия типа масло в воде. Вода улучшает сгорание за счет вторичного распыления содержащегося в ней масла, аналогичного FOE. Однако его более высокое содержание воды значительно снижает пиковые температуры сгорания, что приводит к резкому снижению выбросов NOx.

    Хотя FOE с высоким содержанием воды дороже, чем HFO (вода не имеет значения в BTU), это продукт, который, помимо преимуществ, предлагаемых FOE, значительно снижает выбросы NOx в основном для больших котлов.Таким образом, в среднесрочной перспективе Соединенные Штаты и Европа будут особенно привлекательными для операторов генерирующих активов с двойным обогревом, то есть электростанций, которым разрешено сжигать природный газ или нефть.

    Преимущества FOE

    FOE — это продукт, который удовлетворяет текущие рыночные потребности в промышленном и коммерческом сегментах рынка и имеет потенциал роста, поскольку сокращение выбросов становится обязательным для промышленных и коммерческих котлов. Основными преимуществами FOE являются эксплуатационные улучшения и снижение затрат на техническое обслуживание, а также второстепенные преимущества для окружающей среды.

    Операционные преимущества

    Большинство проблем, связанных с накоплением золы и шлака в котлах, является результатом неполного сгорания углерода. Несгоревший углерод липкий и связывает золу с поверхностями котла. Если несгоревшая комбинация углерода и золы «варится», она образует материал жидкого типа. Когда этот материал соприкасается с более холодной поверхностью, такой как труба котла, жидкий материал затвердевает, образуя шлак на поверхности трубы. Этот шлак препятствует теплопередаче и приводит к снижению эффективности.Благодаря «более чистым» характеристикам сгорания FOE может снизить эту неэффективность со степенью улучшения в зависимости от конфигурации котла. Испытания показали, что котлы, использующие конвекционную теплопередачу, а не лучистую теплопередачу, больше выиграют от использования FOE.

    Экологические преимущества

    Вторичные преимущества FOE с более низким содержанием воды связаны с окружающей средой. Более полное выгорание углерода снижает непрозрачность (дымность) и выброс твердых частиц из дымовой трубы.Кроме того, вторичное распыление позволяет котлам работать с меньшим избытком O2, что, следовательно, снижает выбросы NOx. NOx образуется, когда азот (N2) соединяется с кислородом в присутствии тепла. Снижение потребности в кислороде напрямую приводит к снижению выбросов NOx.

    Непрозрачность дымовой трубы и выброс твердых частиц являются серьезной проблемой для операторов котлов. FOE снижает количество выбросов твердых частиц и, улучшая эффективность сгорания, снижает непрозрачность.

    Автор: alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *