Подобие реологических свойств и фазовых переходов в нефтяных и мицеллярных дисперсных системах

Abstract

This article showcases an oil sample and the demulsifier used for its dehydration, as well as 50 and 98 percentile forms of two non-ionic surfactants using the Brookfield DV-II+Pro rotational viscometer, analyzing the viscosities µ of oil’s and micelle’s disperse systems depending on temperature T at various shear stresses τ. The authors have revealed the similarity of all investigated disperse systems, expressed in their dependences of lnµ on (1/T) with reliability not lower than 0.99 breaking into two linear sections with a sharp bend at the temperature T* ≈ 35-45 °C, which corresponds to the temperature of the phase transition. Thus, the difference in the internal structure of particles of the oil and micelle dispersion systems does not lead to a fundamental difference in their rheological properties, which does not exceed the difference between micelle systems. The most important consequence of the identified similarity of the oil and micelle dispersion systems is the detection of a very close value of the phase transition temperature T* = (40 ± 5) °C, at which all the studied systems experience a jump in the activation energy of a viscous flow and a sharp change in the particle size of their dispersed phase. On the case of micelle dispersion systems, the authors have established that this phase transition is practically independent of the melting temperature of the components contained in them, and it is also observed in the absence of reagents in them with a melting point of the order of T* = 35-45 °C. Therefore, the results did not confirm the hypothesis that the phase transition in the oil dispersion systems at T* = (40 ± 5) °C is due to the melting of paraffin. The authors suppose that in the oil and micelle dispersion systems at T*, there is a phase transition from the dispersed phase particles from quasi-crystalline to micelle state, that is, temperature T* is the temperature on the Kraft line. Possible models of this phase transition and their good agreement with experimental data obtained in the work are considered.

На примере образца нефти и используемого для ее обезвоживания деэмульгатора, а также на 50%-х и 98%-х формах двух неионогенных поверхностно-активных веществ с помощью ротационного вискозиметра Brookfield DV-II+Pro исследованы зависимости вязкости µ нефтяной и мицеллярных дисперсных систем (НДС и МДС) от температуры T при различных напряжениях сдвига. Выявлено подобие всех исследованных дисперсных систем, которое проявляется в том, что зависимости lnµ от (1/T) для них с достоверностью не ниже 0,99 разбиваются на два линейных участка с резким перегибом при близком значении температуры T* = (40 ± 5) °C, соответствующем температуре фазового перехода. Таким образом, различие во внутренней структуре частиц НДС и МДС не приводит к кардинальному отличию их реологических свойств, которое не превышает различие мицеллярных систем между собой. Наиболее важным следствием выявленного подобия НДС и МДС является обнаружение у них очень близкого значения температуры фазового перехода T* = (40 ± 5) °C, при котором у всех исследованных систем наблюдается скачок энергии активации вязкого течения и резкое изменение размеров частиц их дисперсной фазы. На примере МДС установлено, что данный фазовый переход практически не зависит от температуры плавления содержащихся в них компонентов, причем наблюдается и при отсутствии в них реагентов с температурой плавления порядка T* = 35-45 °C. Таким образом, выдвигаемая в литературе гипотеза, что фазовый переход в НДС при T* = (40 ± 5) °C обусловлен плавлением парафинов, не подтверждается. Выдвинута гипотеза, что при T* в МДС и НДС происходит фазовый переход из квазикристаллического в мицеллярное состояние частиц их дисперсной фазы, т. е. температура T* есть температура на линии Крафта, разделяющей два возможных состояния частиц ПАВ. Рассмотрены возможные модели данного фазового перехода и их хорошее соответствие полученным в работе экспериментальным данным.