В общем случае ссе, состоящая из ядра и сольватного слоя, находится в динамическом равновесии со средой. Неустойчивость сольватных слоев вокруг ссе возрастает из-за воздействия следующих факторов.
1. Отдельные компоненты нефтяной системы представляют собой набор гомологов, имеющие различное поверхностное натяжение в зависимости от строения и длины цепи. На периферии сольватного слоя концентрируются более подвижные гомологи с меньшим значением поверхностного натяжения, что облегчает процесс диспергирования при нагреве или действии механических напряжений.
2. Наличие в нефтяной системе естественных ПАВ, а также введенных в систему ПАВ другого происхождения приводит к их солюбилизации со ССЕ.
3. Обогащение сольватного слоя низкомолекулярным компонентом происходит из-за влияния искривления поверхности раздела фаз.
Зародыш новой фазы (ядро) с адсорбированными на его поверхности соединениями (сольватным слоем) называется первичной ССЕ.
При определенной концентрации первичных ССЕ в УДС, когда вероятность их столкновения достаточно высока, в системе образуются вторичные ССЕ. Условия формирования вторичных ССЕ заключаются в отсутствии стерических затруднений к сближению первичных ССЕ и выполнении следующего соотношения: кинетическая энергия молекул УДС должна быть меньше энергии парного взаимодействия молекул, входящих в состав сольватных слоев сближающихся первичных ССЕ.
При слиянии ядер небольших взаимодействующих первичных ССЕ образуются более крупная вторичная ССЕ с большим значением радиуса ядра и меньшей толщиной сольватной оболочки. Эти изменения обусловливают повышения температур фазовых переходов (застывания и кипения) УДС при прочих равных условиях. При диспергировании вторичных ССЕ образуются ССЕ с меньшим значением радиуса ядра и большим значением толщины сольватного слоя, что вызывает понижение температуры кипения и застывания УДС. Последний случай важен при практическом использовании УДС при низких температурах.
Таким образом, в реальных удс ссе могут находиться в начальной стадии фазообразования в виде первичных, а в дальнейшем и в виде вторичных структурных образований.
При фазообразовании, вследствие неоднородности полей, в исходной фазе обычно получаются как первичные, так и вторичные ССЕ различных размеров, различной степени дисперсности, т.е. образуется ряд полидисперсных ССЕ, поведение которых существенно отличается от монодисперсных. Полидисперсность ССЕ удобно характеризовать кривыми распределения, наглядно показывающими долю частиц φ определенного размера (рис.12).
|
Рис.12. Типичные кривые распределения дисперсных частиц в дисперсионной среде: 1 — система, наиболее приближающаяся к монодисперсной; 2 —полидисперсная система; 3, 4 — системы с преимущественно мелкими (3) и крупными (4) частицами.
|
Кривые распределения могут иметь один или два максимума, которые определяют наиболее вероятный радиус частиц — преимущественное содержание фракций частиц в полидисперсной УДС. Форма кривой распределения ССЕ в УДС имеет важное научное и практическое значение: чем меньше интервал кривой распределения и чем выше ее максимум, тем УДС ближе к монодисперсной.
На основании кривых распределения рассчитывают средние размеры частиц УДС. Внешними воздействиями (смешение нефтей различной природы, добавки поверхностноактивных или инактивных веществ, изменение веществ, изменение рН среды, влияние различных полей: тепловых, механических (акустических, электромагнитных, ультразвуковых), электрических, изменение скоростей нагревания и охлаждения и др.) представляется возможным в значительных пределах изменять средние размеры ССЕ в НДС.
Теперь некоторая информация об адсорбционно-сольватном слое.
Обобщая случаи адсорбции и абсорбции (твердое тело — газ, раствор — газ, твердое тело — раствор) следует сказать, что во всех случаях формируются адсорбционно-сольватные слои различной толщины (от моно- до полислоя). В одних случаях адсорбционно-сольватные слои образуются с внешней стороны (пузырек, ассоциат, кристаллит), в других — с внутренней (поры, трещины).
Общие закономерности, присущие адсорбционно-сольватным слоям ССЕ в УДС, изложены ниже.
1. Толщина адсорбционно-сольватного слоя h зависит от природы ядра, кривизны его поверхности и качества дисперсионной среды. В одной и той же дисперсионной среде при равных значениях размера ядра (r = const) h растет в ряду газ → жидкость → твердое тело. В такой же последовательности растет значение силового поля вокруг ядра ССЕ.
При изменении внешними воздействиями баланса сил в УДС представляется возможным в широких пределах (от h монослоя до h полислоя) регулировать геометрические размеры адсорбционно-сольватных слоев.
Изменение геометрических размеров адсорбционно-сольватного слоя влияет на его физико-химические свойства и в целом на свойства ССЕ и УДС. В связи с этим одни и те же соединения, находящиеся в адсорбционно-сольватном слое и дисперсионной среде, принципиально отличаются по своим физико-химическим свойствам.
Избирательный переход в результате внешних воздействий соединений из дисперсионной среды в адсорбционно-сольватный слой и, наоборот, приводит к перераспределению углеводородов между фазами, что имеет важное значение для практики.
Наличие и значение толщины адсорбционно-сольватных слоев вокруг ядер ССЕ влияет на температуру фазовых переходов в УДС (температуры кипения, застывания, кристаллизации и др.). Толщина адсорбционно-сольватных слоев измеряется различными методами.