ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Влияние природы материала на парафинизацию поверхности из "Органические нефтяные отложения и их утилизация" В уравнении (2.16) природа поверхности, на которой формируются парафиновые отложения, учитывается членом выражающим долю соударений, приводящих к закреплению частиц дисперсной фазы, от общего числа соударений. Как видно, доля таких соударений будет определяться величиной Е, которую по аналогии с химической реакцией можно начвать энергией активации процесса парафинизации поверхности. Чем выше численные значения Е, тем меньше доля эффективных соударений, завершающихся закреплением частиц на поверхности подложки, и тем ниже интенсивность формирования отложений. [c.92] Процесс, протекающий при парафинизации, можно представить как конкурентное закрепление дисперсной частицы между двумя поверхностями. В диффузионном подслое в процессе броуновского движения дисперсные частицы соударяются как с поверхностью других дисперсных частиц, увеличивая в случае закрепления их размеры, так и с поверхностью подложки, образуя при закреплении новую твердую макрофазу. [c.92] При этом вероятность закрепления частицы на той или иной поверхности будет определяться соотношением количеств соударений, с одной стороны, и предпочтительностью качества поверхности для закрепления - с другой. Соотношение количеств соударений определяется лишь физико-химическим состоянием системы и не зависит от качества поверхности. Следовательно, вероятность закрепления частицы на одной из поверхностей будет определяться прежде всего результативностью соударения, определяемой природой поверхности. [c.92] Существует зависимость между поверхностной энергией и плотностью энергии когезии вещества Е 1. Как видно из рис. 2.7, эта зависимость в случае органических полимеров имеет прямолинейный характер. На рисунке критерием оценки поверхностной энергии является критическое поверхностное натяжение а, , численно равное поверхностному натяжению жидкости, полностью растекающейся по поверхности полимера. [c.94] О угол смачивания в данной тройной системе. [c.95] Как видно из уравнения 2.17, произведение а г - соз0, часто называемое энергией смачивания или адгезионным напряжением /56/, равно разности поверхностного натяжения твердого тела в газовой и жидкой средах. [c.95] Как видно, при агрегировании частиц дисперсной фазы работа адгезии превращается в работу аутогезии, т.е. в этом случае притягиваются поверхности с одинаковыми молекулярными полями. Этот результат согласуется с известным теоретическим положением, согласно которому ...если жидкость или твердое тело неполярные, т.е. взаимодействие осуществляется только дисперсионными силами, то их адгезия всегда постоянна, не зависит от полярности второго компонента и равна когезии неполярного вещества /60/. В рассматриваемом случае имеет место взаимодействие двух неполярных парафиновых частиц,притягивающихся дисперсионными силами. [c.97] Работа адгезии есть разность свободных энергий конечного и начального состояний. Известно, что между конечным и начальным состоянием системы имеется энергетический барьер. Работа, необходимая для перевода системы в конечное состояние, равна энергетическому барьеру, так как после максимума система самопроизвольно, уже с выделением энергии, переходит в конечное состояние. Разность энергетических состояний в начале и конце процесса есть тепловой эффект системы. В рассматриваемом случае энергетический барьер, который можно назвать энергией активации, будет составлять разность между правой и левой частями неравенства (2.27), которая равна разности работ адгезии на конкурирующих поверхностях, т.е. [c.98] Эта величина всегда положительна, т.к. отрицательные значения возможны лишь при os 0x2 os 0X1, что противоречит неравенству (2.27). Произведение ажв osG представляет собой энергию смачивания, что позволит признать энергию активации процесса парафинизации поверхности подложки равной разности энергий смачивания дисперсионной средой поверхностей дисперсионных частиц и подложки. Чем меньше эта разность, тем ниже энергия активации и тем больше вероятность парафинизации поверхности. [c.98] Влияние фильности поверхности на интенсивность ее запарафинирования было исследовано в работе /30/. Данные этой работы, полученные в промысловых условиях, представлены на рис.2.8. [c.99] Установленная связь сцепляемо-сти парафинов с фильностью поверхности дает возможность предсказать поведение материалов в условиях контакта с нефтью по его физико-химическим характеристикам. В работе /30/ продемонстрирована такая возможность на примерах диэлектрической проницаемости и краевого угла смачивания материала. [c.99] Работа адгезии при смачивании твердых тел обычно положительна, так как между телами любой природы всегда действуют силы притяжения. В зависимости от взаимодействия на межфазной границе значение может колебаться от 1 до 0. При экспериментальном сопоставлении олеофильности материалов в присутствии углеводородной жидкости, когда постоянная величина, os9, следовательно, и Za будут однозначно определяться поверхностной энергией материала. Поэтому более высокое значение Zj будет соответствовать большей олеофильности материала и в соответствии с уравнением (2.28) будет означать более высокую вероятность его парафинизации в условиях эксплуатации. [c.100] Следует отметить, что экспериментально определить истинное значение краевого угла смачивания достаточно трудно, а иногда и невозможно. Это связано с тем, что смачивание поверхности сильно зависит даже от следов загрязнений. Смачивание резко изменяется уже при образовании моно-молекулярного слоя, между тем установлено, что толщина граничного слоя воды, например на стекле, достигает 100А и с трудом удаляется даже при нагревании в вакууме при 400-500°С /56/. Больщинство веществ, в том числе металлы, хорошо окисляются даже при контакте с воздухом, и образующиеся окислы резко меняют смачиваемость. На смачивание влияет также шероховатость поверхности, усиливая соответствующую фильность последней. На краевой угол смачивания влияют условия образования поверхности. Так, краевой угол смачивания водой поверхности стеариновой кислоты составляет при охлаждении расплава кислоты в воздухе 85 , тогда как при охлаждении на стекле лишь 47°. На основании всех этих особенностей даже утверждается /43/, что прогноз парафиностойкости поверхности с позиций обычных методов оценки фильности невозможен. [c.101] указывающий как бы на независимость силы прилипания при высокой гладкости поверхности от природы материала кажется неожиданным, но он вполне объясним. Конечно, с увеличеш1ем неровности поверхности истинная сила прилипания, т.е. зависящая от природы материала специфическая адгезия на единицу поверхности, не меняется, а происходит лишь увеличение истинной поверхности контакта, приходящейся на единицу номинальной поверхности подложки. В результате с ростом шероховатости поверхности наблюдаемая работа адгезии, представляющая собой произведение истинной прилипаемости и истинной поверхности контакта, увеличивается, что сопровождается повышением интенсивности запарафинирования номинальной поверхности. [c.102] В этом случае поверхностный контакт между частицами и подложкой заменяется точечными контактами. При этом суммарная площадь точек контакта может оказаться существенно меньше номинальной площади и, как следствие, наблюдаемая работа адгезии окажется ниже ожидаемой, исходя из свойств материала поверхности. При дальнейшем снижении шероховатости из-за увеличения суммарной площади контактных точек наблюдаемая работа адгезии будет расти, приближаясь при стремлении этой суммы к номинальной шющади (абсолютная гладкость) к истинной работе адгезии, определяемой физико-химическими свойствами материала подложки. Такая картина в общем виде показана на рис.2.9. [c.103] Особый интерес вызывает влияние природы металла на процесс парафинизации. Систематические исследования, посвященные непосредственно выяснению этого вопроса, практически отсутствуют, имеющиеся отрывочные данные относятся, в основном, к различным сталям /41,43,44/. Более полно исследовано влияние поверхностных свойств металлов на процесс адгезии органических пленок. Этот исследовательский материал с определенным приближением можно использовать при анализе явлений, наблюдающихся при адгезии парафиновых частиц на поверхность металлов. [c.104] Считается, что металлы по своей молекулярной структуре гидро-фобны, и гидрофильность их поверхностям сообщает присутствие окислов и сорбированых газов /56/. Окисные пленки в естественных условиях содержатся практически на всех металлах, за исключением золота, платины и серебра. На железе окисные пленки имеют толщину 1,5-15 нм, иа алюминии- 5-20 нм. Удаление окислов шлифованием в присутствии воды приводит к увеличению краевого угла смачивания поверхности водой /62/ и, следовательно, к гидрофобизации поверхности. Металлы и их окислы относятся к веществам с высокой поверхностной энергией, превышающей 500 мДж/м , тогда как органические пластмассы и низкомолекулярные вещества, как правило, имеют более низкие значения этой величины, порядка 25-70 мДж/м /56/. [c.104] Отмечается, что практически нет покрытий, которые бы удовлетворительно удерживались на свинце. Такой ряд согласуется с изменением атомного объема металла и указывает, 1ГГ0 прочность адгезии тем выше, чем меньше атомный объем металла. [c.105] Вернуться к основной статье