Реологичните свойства на масло

Реология - науката, която проучвания и механичното поведение на органите твърди течнообразната (reos - за лого; - обучение).

Си представим, че противоположните страни на куб прикрепен тангенциална сила F. Произвежда числено равно на напрежение на срязване Т. Под действието на напрежение на срязване е деформиран куб: преместване на горната си страна по отношение на дъното на стойност г. Тази промяна е числено равно на TG г - допирателна на ъгъла на отклонение на страничната повърхност, т.е. г относителна срязване деформация.

Комуникацията между стойностите на напрежение на срязване т. деформация грама и техните промени с течение на времето е израз на механичното поведение, което е предмет на реологията.

Има две общи модели на течност. Първият от тях предполага, че течността се влива в не срязващи напрежения. Това е модел на идеалната течност. Вторият модел отчита настъпилите вертикален натиск при движение. Този модел на вискозна течност.

В най-простия случай на права ламинат (ламинарен) поток връзка между срязване стрес Т и производното на ф скоростта по нормалата определени от закона на Нютон вискозно триене:

където m - динамичен коефициент на вискозитет.

Това съотношение се определя от свойствата на течност и зависи от налягането и температурата.

Има много носители, които са добре описани от модела (1) на вискозно (нютонови течности). В същото време има и други течности, които модел на вискозна течност не е подходящ да се опише. Те се наричат ​​не-Нютонов флуид.

Ако маслото не съдържа CCEs, представлява молекулно разтвор на различни ниско и високо молекулно съединения и се подчинява на Нютон вискозно триене (1). Когато вискозно движение Нютонов флуид по стрес кръгла тръба срязване е пропорционално на скоростта градиент У Ф:

дю р / - скорост на срязване.

Това е най-простият уравнението на реологично течност. Тя съдържа уникален реология - динамичният вискозитет.

Зависимостта на напрежение на срязване срещу срязване процент се нарича крива на потока или кривата на потока.

поведение масло координатите т-дю / р от горния тип ще бъде описано: 1. излизане линия от произхода (Фигура 10).

Фигура 10. криви потоци

1 - Нютонов флуид; 2 - псевдопластични; 3 - дилатантна течност; 4 - жилава флуид

Наклонът на линията 1 до оста у характеризира вискозитета на течността (масло) при постоянна температура и постоянна стойност:

TG а = m = конст (3)

Физико-химични и механични свойства на ДДС зависи от степента на структуриране на ВМС и съотношението на диспергирана фаза и дисперсна среда.

Ако маслото е svobodnodispersnuyu система, тогава потока качествено съвпада с течение на хомогенни течности, т.е. при условия, ламинарен поток съхраняват пропорционалност между срязване стрес и скоростта на срязване. Количествено разлика произтича от факта, че вискозитетът на системата е по-голям от вискозитета на чист (хомогенна) течност като разпръснати частици имат допълнителна устойчивост на движение на флуида слоеве.

Наличието на структурата в течността променя характера на кривите на потока.

Широк диапазон от размери на частици в маслена дисперсия (ДДС) и тяхното взаимодействие води до голямо разнообразие на реологичните свойства на масло.

Масло, които са svjaznodispersnye система, уравнение на Нютон не се подчинява, защото когато го загубили по време на пропорционалност между приложеното натоварване (стрес срязване), причинени от него, и деформацията (затихване), кривата 2. Фиг.10. Fluid продължава да запазват способността да тече в произволно ниски напрежения на срязване, но с увеличаване на скоростта на срязване в течността са унищожени дори слаби връзки между Associates, подреждането на относителната позиция и ориентация на частиците спрямо посоката на потока. Всичко това води до относително намаляване на срязване крива доставя течност стрес поток и т 2 става обратна изпъкналост за тон ос. Такива течности се наричат ​​псевдопластични.

По време на псевдо-течност се подчинява на закона мощност:

където к - съгласуваността на системата;

п - индексът на ток.

индекс поток характеризира система отклонението от Нютоновата състояние течност:

п = 1 - Нютонов флуид;

п<1 – псевдопластичная жидкость;

п> 1 - дилатантна течност течности, крива 3. Фиг.10.

Кривите на изтичането на силовите течности минава през началото.

Системи, в които течната фаза е проникнато от твърд структурна решетка, придобиват способността да тече само след разрушаването на окото. Един пример за такава система масло, съдържаща мрежа от парафинови кристали или асфалтен частици. Идеален жилава, описан за наклона на линията 4 с което скоростта на срязване е числено равен на ъгъла ос пластмаса вискозитет m *. Потокът на течности (масло, водно-маслени емулсии) започва едва след срязване стрес надвишава определена граница t0. Структурата е напълно разрушена и след това флуидът тече като нютонов.

Уравнението описва потока от вискозен пластмаса течност, известен като уравнението Shvedov-Bingham:

т = t0 + (m *) * дю / др. (5)

При разглеждане на действителните кривите на дебита вископластични течности могат да наблюдават три характерни точки:

Tg - напрежение на срязване, при която започва по време (сила гел);

(Динамично) напрежение на срязване ограничаване - t0;

TR - напрежение на срязване, при която структура е напълно разрушена и течността започва да тече както нютонов.

Проучване на реологичните поведението на петрол са показали, че при температури, близки до точката на излее масло е добре подчинен модел Shvidova Бингам.

Пластмасови вискозитет може да бъде изразена по отношение на реологични параметри t0 и m:

Желиране значително увеличава ефективното вискозитетът на маслото, по-специално по време на поток със сравнително ниска скорост.

Не-Нютоновите на вискозни флуиди са разделени в две групи:

а) течност, имаща първоначална стрес срязване t0; когато т £ t0, системата се държи като твърдо тяло;

б) течност без t0 първоначално напрежение на срязване.

концепция на привиден вискозитет се въвежда за не-нютонови вискозни течности.

Вискозитетът на не-Нютонов флуид, за разлика от нютонов вискозитет, не е постоянна, но зависи от големината на срязване стрес:

m * ¹ конст, т * = F (т, дю / р, T) (7)

Това до голяма степен влияе върху разходите на енергия по време на изпомпване чрез газопроводи, масла, съдържащи разпръснати частици.

Така например, се дължи на факта, че привидния вискозитет зависи от скоростта на срязване (фигура 11), допълнителни разходи за енергия за унищожаване на структури в началния период в началото на помпени станции.

Стойността на границата на срязване стрес в системата на ДДС зависи от температурата на маслото.

Промените, настъпващи като функция на температурата в ДДС liquophobic диспергиране среда (слаб разтворител) могат да бъдат представени от: Гел "зол. В случай на замразяване дисперсионна среда (добър разтворител): Гел "сол" IUD разтвор.

В температурния диапазон, при която системата е в състояние на гел, структурни механична якост и стабилност на системата зависи от състава на средата за дисперсия, неговата мощност разтворител, концентрацията на твърда фаза в съотношение твърда фаза на парафини и асфалтени. С увеличаване на температурата свойства на промяната на гел, неговата механична якост се намалява и системата придобива свойствата на потока; при температура съответстваща на температурата на втвърдяване на, масло от svjaznodispersnye състояние в svobodnodispersnoe състояние (абнормално състояние на течността). При определена температура, системата преминава от не-Нютонов състояние (ненормално) състояние на течността в молекулно разтвори IUD (Нютонов флуид) система има най-нисък вискозитет при дадена температура, което зависи само от естеството на компонентите и температурата на системата, и се подчинява на закона на Нютон.

По този начин, когато нагряване масло загладени си не-нютонови свойства, зависимостта на ефективно вискозитетът намалява скоростта на срязване.

При определена температура, съответният точкови криви сливане (Фигура 12), се превръща в Нютонов флуид: вискозитет на загрятата течност не зависи от скоростта на срязване.

От същността на метода за изпомпване на нефт с висок вискозитет се загрява.

Осъществимост подгряване силно вискозно масло определя от конкретните условия perekachki.Pri периодично транспортиране вискозни сурови масла чрез тръбопровод отопление приложимост на до голяма степен зависи от разходите и ефективността на изолацията.

За разлика изпомпване при обикновени температури, помпени загрята маслена настъпва при не-изотермични условия. В този случай, процеси на топлообмен между маслото и околната среда стават от първостепенно значение. Интензитетът на топлината влияние върху величината на загубите на топлина в околната среда, и следователно на температурата на маслото в края на тръбопровода. Избор на температурата на загряване за дадените условия за трансфер на определени на базата на технико-икономически изчисления дават минимални разходи за отопление и изпомпване.

Зависимост на вискозитет на срязване структурирана система напрежение е показано на Фиг.13.

В областите 1 и 3, на вискозитета на системата е постоянна при дадена температура. На тези сайтове ДДС съответства по своите гел последователност състояния и молекулно разтвор ВМУ масло. В станция 2 маслото може вискозитет anomalnovyazkoy течност е променлива характеризира процесите на равновесие структура унищожаване и възстановяване в зависимост от прилаганата т.

Унищожаването на коагулационни структури, образувана от парафин и асфалтови има свои собствени характеристики. След прилагането на определен товар на масло с такава структура, наблюдавано незабавно унищожаване на структурата. Степен на унищожаване зависи не само от степента на скъсване, но също така и по време на натоварване въздействие. Обикновено, след отстраняването на силата на натоварване на структурата с течение на времето се възстановява напълно, т.е. вискозитет на m3 стойност се увеличава до m1 стойност (Фиг.13).

Тази способност за самовъзстановяване на структурата след разрушаването му се нарича тиксотропия.

Парафиново масло и агрегация-стабилен концентрирани вода-маслени емулсии възникнат имат свойството на спонтанно повишаване на сила по време t0 структура време и възстановяване на структурата след механично разрушаване.

структура време за възстановяване след механично разрушаване на различни масла и емулсии може да варира от няколко минути до няколко десетки часа.

Тиксотропни свойства зависят от съдържанието на масло, химичен състав, восък дисперсия състояние на високо съдържание на масло и действието на адсорбция в процесите на кристализация парафинови смолист-асфалтен съединения, температурните ефекти и други петролни.

За да се намали тиксотропните свойства на масло масло лечение топлина и прилага специална понижаващи точката.

Преди това е показано, че структурната и механична якост ДДС, t0, е по-малък, по-малък радиус на сърцевината и повече CCEs солват дебелина на слоя.

Затова задача депресант добавки - за подобряване на степента на дисперсия на маслото на системата и по този начин намаляват структурната и механична якост t0 и ниска температура на заставане масло.

Установено е, че по-голямата молекулното тегло на парафиновото масло и по-висока е концентрацията, толкова по-малко влияние добавя асфалтени или други депресанти ДДС температурата преход от течност към твърдо вещество.

депресивния механизъм на действие може да се обясни въз основа на следните понятия:

ü Високите парафини молекулно тегло под формата ДДС супрамолекулни структури - сътрудници на макромолекули, които могат да съществуват независимо при температура над температурата на кристализация на парафинови въглеводороди;

ü Действие депресори намалява да повлияе на процеса на свързване на твърди парафинови въглеводороди при температура над температурата на кристализация на восък и свързан с образуването на комплекси между добавката и парафин.

Молекули добавки, поради наличието в него на парафинови вериги взаимодействат с молекулите на парафини в етапа на образуване супрамолекулярни структура и част от асоциираното. Това увеличава дебелината на черупката CCEs солват, варира размера на супрамолекулни структури, има отслабване на силите на взаимодействие между асоциирани и между дисперсна фаза и дисперсна среда. В резултат на това образува свободни, повече флуидни асоциирани и намалена сила на структурата.

Това води до промяна на точкови системи изсипва до по-ниска температура и до преместване на структурните преходите парафин агрегирано състояние в пространствената област в по-висока концентрация.

Ориентирани научни изследвания в областта на формиране на коагулационни структури и аномалните петролни течности проведени достатъчно и все още трябва да се създаде по-общи закони за управлението на този сложен процес, който е от голямо технологично значение.