Научная статья на тему 'Влияние водорастворимых присадок на свойства перекачиваемой воды'

Влияние водорастворимых присадок на свойства перекачиваемой воды Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
61
20
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЭМУЛЬСИЯ / ТУРБУЛЕНТНЫЙ ПОТОК / ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ / EMULSION TURBULENT FLOW / FLUID RESISTANCE

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Кожемяко Я. А., Квасникова Т. А., Хуснуллин Р. Р., Байбекова Л. Р., Шарифуллин А. В.

Изучены закономерности влияния водорастворимых присадок на свойства перекачиваемой воды, изменения пропускной способности данного состава в зависимости от вязкости и диаметра трубопровода. Предложен механизм действия присадок и образование транспортируемого эмульсионного потока.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Кожемяко Я. А., Квасникова Т. А., Хуснуллин Р. Р., Байбекова Л. Р., Шарифуллин А. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The regularities of the influence of water-soluble additives on the properties of the pumped water, change the bandwidth of the composition depending on the viscosity and the diameter of the pipeline. A mechanism of action of additives and emulsion formation of the transported stream.

Текст научной работы на тему «Влияние водорастворимых присадок на свойства перекачиваемой воды»

УДК 66.026.2

Я. А. Кожемяко, Т. А. Квасникова, Р. Р. Хуснуллин,

Л. Р. Байбекова, А. В. Шарифуллин, В. Н. Шарифуллин

ВЛИЯНИЕ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПРИСАДОК НА СВОЙСТВА ПЕРЕКАЧИВАЕМОЙ ВОДЫ

Ключевые слова: эмульсия, турбулентный поток, гидравлическое сопротивление.

Изучены закономерности влияния водорастворимых присадок на свойства перекачиваемой воды, изменения пропускной способности данного состава в зависимости от вязкости и диаметра трубопровода. Предложен механизм действия присадок и образование транспортируемого эмульсионного потока.

Keywords: emulsion turbulentflow, the fluid resistance.

The regularities of the influence of water-soluble additives on the properties of the pumped water, change the bandwidth of the composition depending on the viscosity and the diameter of the pipeline. A mechanism of action of additives and emulsion formation of the transported stream.

Введение

Эффективность действия присадок в потоках жидкостей по снижению гидравлического сопротивления в основном обусловлена, в том числе и коллоидно-химическими свойствами,

сопровождающаяся изменением поверхностной энергии. Поэтому с позиции влияния поверхностных сил на величину эффекта Томса изучено поверхностное натяжение применяемых присадок.

Действие присадок при перекачке воды (однофазная жидкость) направлены на границу раздела фаз «жидкость - твердое тело» (стенка трубы).

Методы определения межфазных взаимодействий реагентов на границе «жидкость-твердое тело» является сложным и неточным. Однако, по мнению ряда исследователей, закономерности процессов, происходящих на границе раздела твердое тело-жидкость ближе по существу к процессам, происходящим на границе раздела жидкость-газ [1]. Таким образом, определив изотермы поверхностного натяжения на границе «вода-воздух», а так же, смачивающую способность по высоте поднятия жидкости в вертикальном капилляре можно оценить поверхностную активность водных растворов на границе раздела «жидкость-твердое тело» и подтвердить предполагаемую теорию действия присадок [2].

Обсуждение результатов

Определение поверхностного натяжения на границе жидкость-газ (вода-воздух) осуществлялось на аппарате, разработанном Ребиндером и представленном на рис. 1. Опыты проводились при температуре 25°С, так как эксперименты с перекачкой жидкости осуществлялись при данной температуре.

Для сравнения по значениям поверхностного натяжения исследуемых присадок приведены графические зависимости

водорастворимых ПАВ.

Рис. 1 - Схема установки по определению эффекта Томса: 1 - емкость, 2 - насос, 3 -манометры, 4 - расходомер, 5 - змеевик, 6 -электросчетчик

Анализируя графические зависимости поверхностного натяжения и концентраций присадок, представленные на рисунке 2, сразу можно сделать вывод о том, что применяемые присадки обладают поверхностно-активными свойствами. Следующее что можно выделить, в верхней части графических зависимостей (рис. 2) расположены присадки с меньшей молекулярной массой, а в нижней - с большей молекулярной массой, т.е. чем выше молекулярная масса, тем больше поверхностная энергия. Также графические зависимости носят такой же характер, как и ПАВ.

Результаты показывают, что изучаемые водорастворимые присадки обладают поверхностной активностью (рис. 2). При этом для высокомолекулярных полимеров поверхностная активность ниже, чем у НПАВ. Начальная эффективность высокомолекулярных полимеров в большей степени связана с их прямолинейной длинной структурой, которые при разрушении не восстанавливаются. Низкомолекулярные присадки, наоборот, способны к образованию восстанавливающих мицеллярных структур [3].

Рис. 2 - Изотермы поверхностного натяжения на границе «воздух-водный раствор» для присадок при 1=25°С, где: 1 - вода, 2 - ТНФ, 3 - уротропин, 4 - МЭА, 5 - ОЭДФК, 6-КМЦ, 7 - ПАА, 8 - Реапон-4В, 9 - Сульфанол

Сравнивая действия реагентов при перекачке в системе (рис. 3) и их поверхностную активность (рис. 2) оптимальной концентрацией, где наблюдается наиболее больший эффект Томса, составляет 10-15 мг/л. При этом данные поверхностной активности подтверждаются данными по эффекту Томса.

/ 1

У * /

г у

/ \

1

1 - ) --л

/

/ -ж \ ч

/ \ ■х *

0 10000 20000 30000 40000 30000

Критерий Рсйнмпдся

Рис. 3 - Влияние интенсивности турбулентности на величину эффекта Томса в присутствии уротропина при его концентрациях, мг/л: 1 - 10; 2 - 6; 3 - 2

Причинами снижения величины эффекта Томса при повышенной поверхностной активности могут быть следующие:

- при оптимальной поверхностной энергии в потоке достигается определенная турбулизация потока. Дальнейшее увеличение турбулентности приводит к уменьшению ламинарного подслоя, в котором находятся мицеллы. Идет вовлечение мицелл в турбулентное ядро потока, где происходит их разрушение. Таким образом, время на образование мицелл становится меньше, чем время на их разрушение [4].

- происходит изменение структуры мицелл: ассоциаты, конгломераты, которые менее устойчивы в турбулентном потоке.

- увеличение концентрации приводит к увеличению вязкости раствора, ламинизируя поток и соответственно приводит к отсутствию эффекта Томса.

Как вывод, действие веществ с поверхностно-активными свойствами в водных растворах может быть спрогнозировано по их поверхностной активности и ККМ.

В процессе эксплуатации промысловых трубопроводов на них откладываются различные породы: песок, глина, продукты коррозии и т. д. Поэтому было необходимо определить поверхностную активность - смачиваемость стенки трубы.

Определение смачивающей способности выполняется высотой кварцевым песком.

В нашей работе в качестве «стенки трубы» использовалась фракция доломита с размером частиц 0.14-0.63 мм, которая для лучшей адсорбционной способности активировалась соляной кислотой и прокаливалась при температуре 150°С в течение 5 часов. Оценка смачивающей способности водных растворов присадок проводилась по высоте поднятия жидкости по вертикальному капилляру, заполненного

доломитом, по чистой воде и с добавлением присадки.

Данный метод позволяет сделать достаточно корректную оценку относительной смачивающей способности ряда веществ, проявляющих поверхностно-активные и используемых для снижения гидравлического сопротивления.

Нами изучалась кинетика капиллярного впитывания водных растворов реагентов с малой и большой молекулярной массой. Концентрация присадок была определена 15 мг/л, так как при этой концентрации наблюдаются существенные отличия в поверхностной активности (рис. 4).

8 10 12 14 16 18 ¿0 22 ¿4 Время, ч

Рис. 4 - Кинетические зависимости смачивающей способности водных растворов при 1=25°С: 1 - вода, 2 - КМЦ, 3 - ОЭДФК

На основании проведенных исследований можно отметить, что поверхностная активность проявляется не только в каком-то одном процессе (например, в адсорбции), но и в процессах функционально связанных с ним. Это понятно, так как в основе данных явлений лежат процессы агрегатирования и образования новых ассоциативных структур (мицеллообразование), сопровождающиеся резким изменением физико-химических свойств растворов.

Литература

1. Повх, И. Л., Экспериментальное исследование турбулентного течения водных растворов полимеров в трубе / И. Л.Повх, А. Б.Ступин // Инж. - физ. журнал. -1972. - Т. 22. № 1. -С. 59-65.

2. Иваненков, В. В., Опыт использования противотурбулентных присадок на магист-ральных нефтепроводах / В. В. Иваненков, О. В. Пименов// Транспорт и хранение нефте-продуктов. - 2006. - №2.

3. Шарифуллин А.В., Хуснуллин Р.Р., Шарифуллин В.Н., Байбекова Л.Р. Особенности турбулентного течения нефтяных эмульсий //Вестник казанского технологического универ-ситета Издательство: КНИТУ (Казань )ISSN: 1998-7072. - 2013. - №21. - С. 272-276

4. Шарифуллин А.В., Хуснуллин Р.Р., Шарифуллин В.Н., Байбекова Л.Р. Осмоление товарных автобензинов в присутствии оксигенатов // Вестник казанского технологического университета. Издательство: КНИТУ (Казань )ISSN: 1998-7072. - 2013. - №17. - С. 224-226

5. Губин В.Е., Губин В.В. Трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов.М.: Недра, 1982. -296с.

© Я. А. Кожемяко - студент кафедры ХТПНГ КНИТУ, yana_11_korzh@mail.ru; Т. А. Квасникова - студент кафедры ХТПНГ КНИТУ, takvasnikova@yandex.ru; Р. Р. Хуснуллин - ведущий инженер ОАО «Нефтехимпроект», x.rouslan_82@mail.ru; Л. Р. Байбекова - доцент кафедры ХТПНГ КНИТУ, L_baibekova@mail.ru; А. В. Шарифуллин - д-р техн. наук, профессор кафедры ХТПНГ КНИТУ, sharifullin67@mail.ru; В. Н. Шарифуллин - д-р техн. наук, профессор КГЭУ, vilen44@mail.ru.

© J. A. Kozhemyako - student chair HTPNG KNRTU, yana_11_korzh@mail.ru; T. Kvasnikova - student chair HTPNG KNRTU, takvasnikova@yandex.ru; R. R. Kluisiuillin - leading engineer of "Neftekhimproekt", x.rouslan_82@mail.ru; L. R. Baibekova -assistant professor of HTPNG KNRTU, L_baibekova@mail.ru; A. V. Sharifullin - Ph.D, professor of HTPNG KNRTU, sharifullin67@mail.ru; V. N. Sharifullin - Ph.D, professor KSPEU,vilen44@mail.ru.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.