Proprietățile reologice ale uleiului

Reologie - știința care studiile și comportamentul mecanic al corpurilor solide asemănător unui fluid (REOs - pentru; logo - predare).

Imaginați-vă că laturile opuse ale cubului atașat forța tangențială F. Se produce o numeric egală cu tensiunea de forfecare t. Sub efectul tensiunii de forfecare este cub deformat: deplasarea feței sale superioare în ceea ce privește partea de jos prin valoarea g. Această schimbare este numeric egal cu tg g - tangenta unghiului de deviere a feței laterale, adică g forfecare relativă deformare.

Comunicarea între valorile de forfecare stres T. deformarea g și modificările acestora în timp este o expresie a comportamentului mecanic, care face obiectul reologie.

Există două modele comune de fluid. Primul dintre acestea sugerează că fluidul curge la nici eforturi de forfecare. Este un model al unui fluid ideal. Un al doilea model ia în considerare tensiunile de forfecare care apar la mișcare. Acest model al unui lichid vâscos.

In cazul cel mai simplu al unui laminat drept (laminar) flux de legătură între stres de forfecare t și derivata vitezei u de-a lungul normalei definită prin legea Newton frecare vâscoasă:

unde m - coeficientul de viscozitate dinamică.

Acest raport este determinat de proprietățile fluidului și depinde de presiunea și temperatura.

Există mai multe medii, care sunt bine descrise de model (1) al unei vâscoase lichide (Newtoniene). În același timp, există și alte fluide care modelul fluid vâscos nu este potrivit pentru a descrie. Acestea sunt numite de fluid non-newtonian.

Dacă uleiul nu conține CCES, reprezintă o soluție moleculară de diferiți compuși scăzute și moleculară mare și se supune Newton frecare vâscoasă (1). Când vâscos mișcare fluid Newtonian de-a lungul unui tub de stres de forfecare circular este proporțională cu viteza de gradientului t u:

du / dr - viteza de forfecare.

Aceasta este cea mai simplă ecuație de lichid reologice. Acesta conține un reologie unic - vâscozitatea dinamică.

Dependența stresului de forfecare în funcție de viteza de forfecare se numește curba de curgere sau curba de curgere.

Uleiul de comportament coordonatele t-du / dr de tipul de mai sus vor fi descrise: 1. ieșirea liniei de origine (Figura 10).

Figura 10. curbele de curgere

1 - fluid newtonian; 2 - pseudoplastic; 3 - dilatant; 4 - fluid vâscoelastic

Panta liniei 1 la axa y caracterizează vâscozitatea lichidului (ulei) la o temperatură constantă și o valoare constantă:

tg a = m = const (3)

Proprietățile mecanice ale TVA fizico-chimice și depinde de gradul de structurare a Marinei și raportul dintre mediul de fază și dispersia dispersată.

În cazul în care uleiul este sistemul svobodnodispersnuyu, atunci fluxul său coincide calitativ cu trecerea lichidelor omogene, adică în condiții de curgere laminară stocate proporționalitate între tensiunea de forfecare și viteza de forfecare. Cantitativ diferență rezultă din faptul că vâscozitatea sistemului este mai mare decât viscozitatea lichidului pur (omogen) ca Particulele dispersate au o rezistență suplimentară la deplasarea straturilor de fluid.

Prezența structurii în fluid schimbă caracterul curbelor de curgere.

O gamă largă de dimensiuni de particule în dispersie în ulei (TVA) și interacțiunea acestora conduce la o mare varietate de proprietăți reologice ale uleiului.

Ulei, care sunt sistemul svjaznodispersnye, ecuația lui Newton nu ascultă, deoarece când a pierdut în timpul proporționalitatea dintre sarcina aplicată (tensiune de forfecare) cauzate de aceasta și deformarea (viteză de forfecare), curba 2. Fig.10. Fluid continuă să-și păstreze capacitatea de a curge la o forfecare arbitrar scăzut, dar cu creșterea vitezei de forfecare în lichid sunt distruse chiar și legături slabe între asociați, ordonarea poziției relative și orientarea particulelor în raport cu direcția de curgere. Toate acestea conduc la o scădere relativă a curbei de curgere tensiune de forfecare a fluidului alimentat și t 2 devine convexitatea axei t inversat. Astfel de lichide sunt numite pseudoplastic.

In timpul pseudo-fluid respectă o lege de putere:

unde k - coerența sistemului;

n - indicele curent.

indicele de curgere caracterizează abaterea sistemului de la starea de fluid newtonian:

n = 1 - fluid newtonian;

n<1 – псевдопластичная жидкость;

n> 1 - fluide dilatant, curba 3. Fig.10.

Curbele de curgere ale fluidelor de putere trec prin origine.

Sistemele în care faza lichidă este străbătută de o grilă structurală solidă, dobândesc capacitatea de a curge numai după distrugerea plasei. Un exemplu de astfel de ulei sistem care cuprinde o grilă de cristale de parafină sau particule asfalten. vâscoelastic Ideal descris pentru panta liniei 4 la care viteza de forfecare este numeric egal cu unghiul axei de plastic vâscozitate m *. Fluxul fluidelor (emulsii ulei, apă-ulei) începe numai după ce tensiunea de forfecare depășește o anumită limită t0. Structura este complet distrusă, iar lichidul curge apoi ca Newtonian.

Ecuația care descrie curgerea fluidului vâscos din plastic, cunoscut sub numele de ecuația Shvedov-Bingham:

t = t0 + (m *) * du / dr. (5)

Atunci când se analizează curbele reale ale fluxului de lichide vâscoelastice se pot observa trei puncte caracteristice:

Tg - forfecare stres la care începe în timpul (rezistența gelului);

t0 - limitarea (dinamic) tensiunea de forfecare;

TR - tensiune de forfecare la care structura este complet distrusă, iar lichidul începe să curgă ca Newtonian.

Studiul comportamentului reologic al uleiului au arătat că, la temperaturi apropiate de punctul de turnare de ulei este model bine-subordonat Shvidova Bingham.

viscozitate plastică poate fi exprimată în termeni de parametri reologice t0 și m:

Gelifierea crește foarte mult viscozitatea efectivă a uleiului, în special în timpul curgerii cu o viteză relativ mică.

fluidelor vâscoase nenewtoniene sunt împărțite în două grupe:

a) un lichid având o t0 inițial tensiunea de forfecare; când t £ t0, sistemul se comportă ca un corp rigid;

b) un non-t0 tensiunea de forfecare inițial lichid.

Conceptul de vâscozitate aparentă este introdusă pentru fluide vâscoase non-newtoniene.

Vâscozitatea fluidului non-newtonian, în contrast cu vâscozitatea Newtonian, nu este constantă, ci depinde de mărimea tensiunii de forfecare:

m * ¹ const, m * = f (t, du / dr, T) (7)

Acest lucru influențează foarte mult consumul de energie în timpul pompării prin conducte care conțin uleiuri de particule dispersate.

De exemplu, datorită faptului că viscozitatea aparentă este dependentă de viteza de forfecare (Figura 11), costurile suplimentare de energie pentru distrugerea structurilor din perioada inițială la începutul stațiilor de pompare.

Valoarea limitei tensiunii de forfecare în sistemul de TVA depinde de temperatura uleiului.

Modificările care apar în funcție de temperatură în TVA liquophobic dispersie medie (solvent slab), poate fi reprezentat prin: Gel „sol. În cazul mediului de congelare-dispersie (un solvent bun): Gel „sol“ soluție IUD.

În intervalul de temperatură la care sistemul se află în stare de gel, rezistență mecanică structurală și stabilitatea sistemului depinde de compoziția mediului de dispersie, puterea sa de solvent, concentrația de fază solidă la raportul fazei solide a parafinelor și asfaltenele. Odată cu creșterea temperaturii proprietăților schimbării gelului, rezistența mecanică este redusă, iar sistemul dobândește proprietățile de curgere; la o temperatură care corespunde solidificarea temperaturii, uleiul de la starea svjaznodispersnye în svobodnodispersnoe stare (starea anormală a lichidului). La o anumită temperatură, sistemul trece dintr-o stare non-newtoniene stare (anormală) a lichidului în soluții moleculare IUD (fluid Newtonian) Sistemul are cea mai mică vâscozitate, la o anumită temperatură, care depinde numai de natura componentelor și temperatura sistemului, și se supune legii lui Newton.

Astfel, atunci când încălzirea uleiului netezite proprietățile sale non-Newtoniene, dependența vâscozității efectivă a scade rata de forfecare.

La o anumită temperatură, curbele de fuziune corespunzătoare (Figura 12), devine un fluid newtonian: viscozitate de lichid încălzit nu este dependentă de viteza de forfecare.

Rezultă din esența metodei de pompare ulei cu viscozitate ridicată încălzită.

preincalzit fezabilitate ulei foarte vâscos determinat de condiții specifice perekachki.Pri transportoare periodice uleiuri brute vîscoase printr-o conductă de încălzire de fezabilitate pentru un grad ridicat depinde de costul și eficiența izolației.

Spre deosebire de pompare la temperaturi obișnuite de pompare de ulei preîncălzită are loc în condiții non-izoterme. În acest caz, procesele de schimb de căldură între ulei și mediul înconjurător să devină capitală. Intensitatea căldurii afectează asupra mărimii pierderilor de căldură în mediul înconjurător, și în consecință, asupra temperaturii uleiului la capătul conductei. Alegerea temperaturii de încălzire pentru condițiile de transfer de date determinate pe baza calculelor tehnice și economice având în vedere costurile minime de încălzire și de pompare.

Dependența viscozității de tensiune sistem structurat de forfecare este prezentată în Fig.13.

În zonele 1 și 3, vâscozitatea sistemului este constantă la o temperatură dată. La aceste situri TVA corespunde în stările sale de consistență de gel și soluții moleculare ulei IUD. La stația de 2 uleiul este capabil anomalnovyazkoy vâscozității fluidului este variabilă caracterizează distrugerea și restaurarea proceselor de structura de echilibru în funcție de t aplicat.

Distrugerea structurilor de coagulare format din ceară de parafină și asfaltene, are propriile sale caracteristici. După aplicarea unui anumit sarcină la ulei care are o astfel de structură, distrugerea imediată a structurii observate. Gradul de distrugere nu depinde numai de viteza de forfecare, dar, de asemenea, pe timpul sarcinii impactului. De obicei, după îndepărtarea rezistenței de încărcare a structurii în timp este restabilită complet, adică viscozitate pe m3 valoare crește la o valoare m1 (Fig.13).

Această capacitate de a auto-restaurare a structurii, după distrugerea acestuia se numește tixotropie.

ulei parafinic și emulsii apă-ulei-concentrate agregare stabile apar au proprietatea de creștere spontană a rezistenței în timpul structurii t0 și restabilirea structurii după perturbare mecanică.

Structura timpului de recuperare după perturbarea sale mecanice pentru diverse uleiuri și emulsii pot varia de la câteva minute până la zeci de ore.

proprietăți tixotropice sunt dependente de conținutul de ulei, compoziția chimică, starea de dispersie de ceară cu conținut ridicat de ulei și acțiunea de adsorbție în procedeele de cristalizare compuși rasinos-asfalten, efecte parafină temperatură și ulei altele.

Pentru a reduce proprietățile tixotropice ale uleiului tratament termic ulei si se aplica special anticongelant.

Anterior, sa demonstrat că TVA rezistența structurală și mecanică, t0, este cea mai mică, cu atât mai mic raza miezului și mai multe CCES solvat grosimea stratului.

Prin urmare, aditivii de atribuire deprimare - pentru a îmbunătăți gradul de dispersie a uleiului de sistem și, astfel, reduce t0 rezistența structurală și mecanică și inferioară se toarnă ulei punct.

Se constată că o mai mare greutatea moleculară a uleiului de parafină și cea mai mare concentrare, influență redusă adăugat asfaltene sau alte deprimante TVA Temperatura de tranziție de la lichid la solid.

apăsător mecanism de acțiune poate fi explicată pe baza următoarelor concepte:

ü De mare parafine cu greutate moleculară în structuri supramoleculare formă TVA - asociații de macromolecule care pot exista în mod independent, la temperaturi peste temperatura de cristalizare a hidrocarburilor parafinice;

ü depresanți de acțiune se reduce pentru a influența procesul de asociere a hidrocarburilor parafinice solide la temperaturi peste temperatura de cristalizare de ceară și este conectat cu formarea complecșilor între aditiv și parafina.

aditivi Molecule, datorită prezenței în el a lanțurilor de parafină interacționează cu moleculele de parafine, în etapa de formare a structurii supramoleculare și o parte a entității asociate. Acest lucru crește grosimea CCES coajă de solvat, variază mărimea structurilor supramoleculare, există o slăbire a forțelor de interacțiune dintre asociați și între faza dispersată și mediul de dispersie. Ca rezultat, format mai elastice, asociați mai fluid și a redus rezistența structurii.

Aceasta conduce la o schimbare a sistemelor punct de congelare la o temperatură mai scăzută și la o deplasare a tranzițiilor structurale parafină stat agregate în regiunea spațială în mai mare concentrația acesteia.

Oriented de cercetare în domeniul formării structurilor de coagulare și lichidelor petroliere transportate anormale suficient și nu au fost încă pentru a stabili o legi mai generale pentru gestionarea acestui proces complex, care este de mare importanță tehnologică.