Коллоидно-химические аспекты интенсификации массопереноса жидкостей с присадками из сополимеров акриламида

• Автор: Чичканов, Сергей Викторович
• Шифр специальности: 02.00.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 163 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЭФФЕКТ ТОМСА В МОДЕЛЬНЫХ И РЕАЛЬНЫХ

СИСТЕМАХ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 Общие сведения об эффекте Томса.

1.1.1 История открытия эффекта Томса

1.1.2 Гипотезы о механизме эффекта

1.1.3 Основные факторы, влияющие на величину эффекта Томса

1.2 Применение эффекта Томса в нефтепромысловом деле

1.3 Применение эффекта Томса в медицине.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ЛИТЕРАТУРНОМУ ОБЗОРУ

ГЛАВА 2 РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

2.1 Эффект Томса в водных средах
2.1.1 Влияние молекулярных параметров сополимеров акриламида на величину эффекта Томса
2.1.1.1 Бинарные присадки из сополимеров
2.1.2 Влияние ионной силы на величину эффекта Томса.
2.1.3 Влияние поверхностноактивных веществ на величину эффекта
Томса.
2.1.4 Влияние геометрических параметров ограничительного контура на
величину эффекта Томса в водных средах
2.2 Эффект Томса в прямых эмульсиях нефти
2.2.1 Влияние природы, концентрации и молекулярных параметров водорастворимых полимерных присадок на величину эффекта Томса в прямых эмульсиях нефти.
2.2.2 Влияние вязкости и размеров частиц дисперсной фазы на величину эффекта Томса в прямых эмульсиях нефти.
з
ГЛАВА З ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
3.1 Характеристика объектов исследования.
3.2 Методика получения образцов сополимеров акриламида различной молекулярной массы.
3.3 Получение образцов гидролизованного полиакриламида разной степени
гидролиза
3.4 Оценка величины эффекта Томса
3.5 Методики определения вязкости растворов и прямых эмульсий нефти.
3.6 Оценка критической концентрации мицеллообразования ПАВ.
3.7 Методика определения оптических плотностей бинарных смесей полимерполимер и полимерПАВ
3.8 Методика определения адсорбции полимера на частицах дисперсной фазы.
ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ЭТ эффект Томса
ВЭТ величина эффекта Томса, оцениваемая по параметру Т
ПЭТ приведнный эффект Томса
ВПЭТ величина приведнного эффекта Томса, оцениваемая по параметру у Яе число критерий Рейнольдса
А А акриламид
ПАА полиакриламид
СПАА сополимеры акриламида
Н неионогенный полиакриламид
А анионный сополимер акриламида
К катионный сополимер акриламида
ПОЭ полиоксиэтилен
НКМЦнатриевая соль карбоксиметилцеллюлозы
С концентрация сополимеров а содержание ионогенных звеньев в сополимерах
М молекулярная масса сополимеров
М средняя молекулярная масса сополимеров
Р параметр Шульца
2 полидисперсность сополимеров по составу
ПАВ поверхностноактивное вещество
Спав концентрация ПАВ
ККМ критическая концентрация мицеллобразования цуд удельная вязкость
ЛудС число вязкости
л предельное число вязкости
V кинематическая вязкость
ЭН эмульсия нефти
V,, кинематическая вязкость нефти
V, кинематическая вязкость нефтяной эмульсии
Г 2Ч0.
п среднеквадратичные размеры макромолекул
0 массовая доля
ДЭС двойной электрический слой
УЗД ультразвуковая деструкция
1 ионная сила
X величина светопропускания
0 оптическая плотность
X длина волны
ир. потенциальная энергия притяжения иотт. потенциальная энергия отталкивания
ДФ дисперсная фаза
Р коэффициент адсорбции на частицах дисперсной фазы Ч средние размеры частиц дисперсной фазы а поверхностное натяжение
Ь длина капилляра
диаметр капилляра
Р давление т масса
V скорость р плотность т время
1 температура
V объм.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Нетривиальным, интересным и в то же время недостаточно изученным явлением, связанным с успешным применением полимеров, является эффект Томса снижение гидравлического сопротивления турбулентных потоков жидкостей при введении малых доз высокомолекулярных полимеров порядка 3 КГ масс При введении полимерной добавки гидравлического сопротивления турбулентного потока снижается и, как следствие этого, происходит заметное увеличение расхода жидкости при постоянном давлении либо снижение давления перекачки при постоянном расходе жидкости. Это явление получило название эффекта Томса по имени учного, который первым приступил к систематическому изучению этого явления. ЭТ может проявляться как в водных, так и в органических средах и он приобретает особую значимость в тех областях промышленности, где возникает необходимость в скоростной транспортировке больших объмов жидкостей, например, в нефтедобывающей промышленности при перекачке воды, нефти и нефтяных эмульсий как прямых, так и обратных, нефтепродуктов, суспензий. Полупромышленные эксперименты свидетельствуют о перспективности использования полимерных присадок в трубопроводных централизованных системах скоростной транспортировки хладагентов. В этом случае дополнительными позитивными факторами являются повышение величины эффекта Томса и снижение теплообмена в трубопроводах при транспортировке охлажднных жидкостей 4. История открытия эффекта Томса интересна и нетривиальна. На одном из нефтеперерабатывающих предприятий США при перекачке нефти по трубопроводу в поток случайно попало небольшое количество гуара полимер растительного происхождения разновидность каучука 2. После этого обслуживающий персонал обратил внимание на то, что насосы, перекачивающие нефть, стали работать со сниженной нагрузкой. Обнаруженным явлением, естественно, заинтересовались. Прежде всего, были проанализированы все события, имеющие хотя бы какуюлибо косвенную аналогию. Выяснилось, что иногда в районах морей с большим скоплением планктона животного и растительного происхождения у кораблей и судов при неизменной мощности энергетической установки неожиданно возрастала скорость, а затем, по прошествии определнного времени, она становилась прежней. Аналогичная картина наблюдалась и в опытных бассейнах при испытаниях быстро движущихся моделей, когда через определнный промежуток времени при повторном испытании одной и той же модели е сопротивление значительно изменялось. Первым, кто всерьз взялся за изучение загадочного явления стал английский химик Б. А. Томе В. После всестороннего анализа серии экспериментов Томсом была установлена причина резкого возрастания скорости кораблей и судов в районах с большим содержанием планктона. Оказалось, что морские водоросли и микроорганизмы в процессе своей жизнедеятельности выделяют высокомолекулярные соединения биополимеры, которые даже при незначительном содержании их существенно снижают сопротивление быстро движущегося в воде тела. В цикле последующих работ выяснилось, что высокий эффект характерен не только для биополимеров, но и для полиакриламида ПАА, полиоксиэтилена ПОЭ и ряда других синтетических водорастворимых полимеров. Опытным путм было установлено, в частности, что сопротивление быстро движущегося тела в воде, содержащей низкие концентрации водорастворимых высокомолекулярных полимеров 0,2 и ниже, снижались более, чем на . В первую очередь этим явлением заинтересовались учные и инженеры, работающие в областях военной техники, связанных с гидродинамикой. Так, уже в году, по далеко не полным данным, исследованиями влияния полимерных добавок на турбулентный поток жидкости за рубежом занимались более крупных научных учреждений. Можно констатировать, что и до сегодняшнего дня не снижается, а скорее возрастает интерес исследователей к этому ещ во многом загадочному явлению. Больших успехов в изучении эффекта Томса достигли как отечественные научные коллективы под руководством Макогона, Кулика, Гнатива, Хабахпашевой, Калашникова, Покрывайло, Погребняка, так и зарубежных учных Селина, Хойта, Вирка, Бермана, Тиэдермана и др. Для общей оценки ЭТ весьма существенно и то, что он, как уже отмечалось, нашл широкое применение в более мирных целях нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, пожарном деле, медицине и др.