Нефть как дисперсная система

Этим строение жидкости отличается от строения кристаллов, которые характеризуются строгой повторяемостью одного и того же элемента структуры (иона, атома, группы атомов, молекул) во всех направлениях.

3. Микрокристаллическая модель предполагает, что в жидкости существуют группы молекул — «микрокристаллы», содержащие несколько десятков или сот молекул. Внутри каждого микрокристалла сохраняется в точности порядок твердого тела. Эти группы молекул, или «кластеры», существуют непродолжительное время, затем распадаются и создаются вновь. Кроме того, они постоянно перемещаются так, что каждая молекула не принадлежит все время к одной и той же группе молекул или «кластеру». В определенных условиях в гомогенных жидких системах могут самопроизвольно образовываться упорядоченные структуры, носящие название «диссипативные структуры». Эти структуры являются результатом развития собственных внутренних неустойчивостей в системе. Процессы самоорганизации возможны при обмене энергией и массой с окружающейсредой, т. е. при поддержании состояния текущего равновесия, когда потери на диссипацию компенсируются извне.

Типичными примерами пространственных диссипативных структур являются: переход ламинарного течения в турбулентное и переход диффузионного механизма передачи тепла в конвективный. Наиболее наглядным примером образования диссипативной структуры являются ячейки Бенара (рис. 1). Рисунок 1. Ячейки Бенара.

В данном случае управляющим параметром процесса самоорганизации является градиент температуры. При малых значениях градиента температуры с жидкостью ничего не происходит, т. е. система находится в непосредственной близости от термодинамического равновесия. Подводимое тепло извне отводится посредствам диффузии.

При постоянном нагревании система все больше и больше становится термодинамически неустойчивой. Тепловой диффузии становится все труднее обеспечивать рассеяние подводимой энергии. Это происходит до тех пор, пока внезапно не откроется конвективный канал отвода энергии, и в точке неустойчивости не возникнет макроскопическое коллективное движение жидкости. Более нагретые участки жидкости, находящиеся ближе к источнику тепла, расширяются и, подчиняясь подъемной силе Архимеда, поднимаются вверх.

Здесь они охлаждаются и вновь опускаются вниз. Подъемной силе противостоят сопротивление внутреннего трения и тепловая диффузия, которые стремятся выровнять температуру и плотность нагретого участка жидкости с температурой и плотностью окружающей среды. Таким образом, устанавливается процесс конвективного переноса тепла, обусловленный коллективным движением жидкости. Это коллективное движение производится за счет кинетической энергии — работы сил, вызывающих «всплывание» более теплых масс жидкости при наличии обратного градиента температуры, поддерживаемого односторонним нагревом[5, 6]. Это новая структура возникает и существует за счет подводимой извне тепловойэнергии, часть которой преобразуется в кинетическую энергию макроскопически упорядоченных струй жидкости.

Образование такихструй нарушает непрерывную трансляционную симметрию, типичную для структуры однородной жидкости. Ячейки выстраиваютсявдоль горизонтальной оси, причем жидкость вячейках приходит последовательно во вращение то по, то против часовой стрелки. Устойчивое струйное течение жидкости поддерживается балансом потоков подводимого и рассеиваемого тепла, вследствие чего сохраняются температурный градиент и скорость течения, установившиеся в системе струй. Если отключить нагреватель, исчезнет источник тепловой энергии, а вместе с ним упорядоченное коллективное конвективное движение. Тепловое движение молекул дисперсионной среды обуславливаеттакое её свойство, как «диффузия». Диффузия представляет собой самопроизвольно протекающий в системе процесс выравнивания концентрациймолекул под воздействием теплового хаотического движения. Интенсивность диффузии увеличивается с ростом температуры среды и с уменьшением её вязкости и размеров молекул.

Заключение

.

Нефть и производные от нее — нефтяные системы являются предметом изучения многих естественных наук, каждая из которых вносит определенный вклад в развитие представлений о строении и структуре этих систем. С позиций коллоидной химии нефть — это сложная многокомпонентная смесь, которая в зависимости от внешних условий проявляет свойства молекулярного раствора или дисперсной системы. До сих пор нефтяные системы рассматриваются как молекулярные растворы, а технологические расчеты производятся на основе физических законов, описывающих молекулярные растворы: законы Рауля-Дальтона, Генри, Амага, Дарси и др. В нефтяных системах возникают значительные отклонения от идеальности за счет полярности молекул, различий в структуре и строении, что проявляется в неаддитивности многих свойств, например, вязкости. Нефть состоит из низкомолекулярных и высокомолекулярных соединений. Низкомолекулярные соединения представляют собой, в основном, парафиновые, нафтено-парафиновые и ароматические углеводороды. Высокомолекулярная часть нефти состоит из высокомолекулярных парафиновых углеводородов, монои конденсированных нафтено-парафиновых, монои бициклических ароматических углеводородов ряда бензола и нафталина, смол и асфальтенов. Молекулярные растворы нефти представляют собой смесь различных низкои высокомолекулярных систем.

Список литературы

1.Сюняев З. И., Сюняев Р. З., Сафиева Р. З. Нефтяные дисперсные системы. — М.: Химия, 1990. — 226 с.

2.Хайбуллин А. А. / Устойчивость дисперсных систем в технологии формирования нефтяного углерода // Коллоидная химия нефти и нефтепродуктов: Тезисы докл. Всесоюзной школы. — Уфа: 1985. — С. 89−93.

3. Сюняев З. И. Производство, облагораживание и применение нефтяного кокса. — М.: Химия, 1973.

4.Сергиенко СР. Высокомолекулярные соединения нефти. — М.: Химия, 1964.

5.Мурзаков P.M. // Исследование устойчивости и некоторых физико-механических свойств нефтяных дисперсных систем и способов ее регулирования: Дисс. к.т.н. — Уфа: УНИ, 1975. — 200 с.

6.Папков СП. Физико-химические основы переработки растворов полимеров. — М.: Химия, 1971. -363 с.