石工xx班+1302010xxx+達(dá)叔+表面活性劑的性能測定與評價+15

1、中國石油大學(xué)（油田化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)報告實(shí)驗(yàn)日期： 2015.11.02 成績： 班級：石工 學(xué)號：130201姓名： 達(dá)叔 教師： 同組者： 表面活性劑的性能測定及評價一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解用指示劑和燃料通過顯色反應(yīng)鑒別表面活性劑類型的原理和方法。2、了解離子型表面活性劑克拉夫特點(diǎn)和非離子表面活性劑濁點(diǎn)的測定方法及不同類型表面活性劑的使用性質(zhì)。3、 學(xué)會一種表面活性劑的表面張力的測定原理和方法，并掌握由表面張力計算臨界膠束濃度（CMC）的原理和方法，學(xué)習(xí)Gibbs公式及其應(yīng)用。4、 學(xué)會表面活性劑溶液與原油的油水界面張力的測定原理和方法，并掌握超低界面張力在三次采油中的作用原理。5、 學(xué)會觀察

2、表面活性劑溶液與原油混合后的乳化現(xiàn)象，并掌握不穩(wěn)定系數(shù)評價表面活性劑的乳化能力。二、實(shí)驗(yàn)原理 1、表面活性劑的表面張力及CMC的測定由于凈吸引力的作用，處于液體表面的分子傾向于到液體內(nèi)部來，因此液體表面傾向于收縮。要擴(kuò)大面積，就要把內(nèi)部分子移到表面來，這就要克服凈吸引力做功，所做的功轉(zhuǎn)化為表面分子的位能。單位表面具有的表面能叫做表面張力，在一定溫度、壓力下純液體的表面張力是定值。但在純液體中加入溶質(zhì)，表面張力就會發(fā)生變化。若溶質(zhì)使液體的表面張力升高，則溶質(zhì)在溶液相表面層的濃度小于在溶液內(nèi)部的濃度，若溶質(zhì)使液體表面張力降低，則溶質(zhì)在溶液相表面層的濃度大于在溶液相內(nèi)部的濃度。這種溶質(zhì)在溶液相表面層

3、的濃度和溶液相內(nèi)部地濃度不同的現(xiàn)象叫做吸附。在一定溫度壓力下，溶質(zhì)的表面吸附量與溶液的濃度，溶液的表面張力之間的關(guān)系，可用吉布斯（Gibbs）吸附等溫式表示： 式中 ： R通用氣體常數(shù)(N·m/K·mol)；吸附量（mol/L）；C吸附質(zhì)在溶液內(nèi)部的濃度（mol/L）；T絕對溫度(K)；表面張力（N/m）。表面活性劑在溶液中能夠形成膠束時的最小濃度稱為臨界膠束濃度，在形成膠束時，溶液的一系列性質(zhì)都發(fā)生突變，原則上，可以用任何一個突變的性質(zhì)測定值，但最常用的是表面張力-濃度對數(shù)圖法。該法適合各種類型的表面活性劑，準(zhǔn)確性好，不受無機(jī)鹽的影響，只是當(dāng)表面活性劑中混有高表面活性的極

4、性有機(jī)物時，曲線中出現(xiàn)最低點(diǎn)。2、吊環(huán)法把一圓環(huán)平置于液面，測量將環(huán)拉離液面所需最大的力，由此可計算出液體的表面張力。假設(shè)當(dāng)環(huán)被向上拉起時，環(huán)就帶起一些液體。當(dāng)提起液體的質(zhì)量mg與沿環(huán)液體交界處的表面張力相等時，液體質(zhì)量最大。再提升則液環(huán)斷開，環(huán)脫離液面。設(shè)環(huán)拉起的液體呈圓筒形，對環(huán)的附加拉力P為：P=mg=2R+2（R+2r）=4（R+r）+4R式中：m拉起來的液體重量； R環(huán)的內(nèi)半徑； r環(huán)絲半徑。3、表面活性劑的油水界面張力的測定在地層溫度下，表面活性劑溶液與原油的界面張力在10010-6mN·m-1范圍，可用旋滴法測定該體系的油水界面張力，為選擇各種與原油形成低或超低界面張力

5、的驅(qū)油劑溶液提供基礎(chǔ)依據(jù)。該方法是將有地懸浮在水中，再告訴繞水平軸旋轉(zhuǎn)下將有地拉成柱形，柱體的直徑和界面張力有關(guān)，在相同條件下，油柱直徑越小，界面張力越低。旋滴法測定界面張力時，有地在樣品管中高速旋轉(zhuǎn)，呈橢球形，橢球的長軸直徑為L，短軸直徑為D當(dāng)L/D4時，界面張力按下式計算： 式中： 油水密度差，kg/m； 樣品管轉(zhuǎn)動的角速度，rad/s； r油滴短軸半徑，m。4、表面活性劑的乳化張力的測定表面活性劑分子具有親水基和親油基，可分別在油水界面上，這些表面活性物質(zhì)可使原油乳化形成水包油（O/W）乳狀液。水包油乳狀液的形成與穩(wěn)定對于化學(xué)驅(qū)和稠油乳化降粘具有重要作用，例如化學(xué)驅(qū)中的乳化-攜帶，乳化-

6、捕集，自發(fā)乳化等機(jī)理的發(fā)生，稠油乳化降粘中原油乳化分散機(jī)理的發(fā)生都是以水保乳狀油液的形成為前提條件的。因此表面活性劑是提高石油采收率和原油集輸中十分重要的一類添加劑。表面活性劑的乳化能力可用不穩(wěn)定系數(shù)法進(jìn)行評價。乳狀液的穩(wěn)定性可用不穩(wěn)定系數(shù)（USI）表示，不穩(wěn)定系數(shù)按下式定義： 式中 USI不穩(wěn)定系數(shù)（mL）； V(t)乳化體系分出水體積與時間的變化函數(shù)； T乳化體系靜止分離的時間。三、實(shí)驗(yàn)儀器與藥品1、儀器表面張力儀、Texas-500型旋轉(zhuǎn)液滴界面張力儀、WZS-1型阿貝折光儀、密度瓶、溫度計、25ml具塞刻度試管、大試管、攪拌器、500ml燒杯、150ml燒杯、50ml燒杯、15ml移液

7、管、50ml容量瓶、100ml量筒、滴管、試管架、秒表、電爐、電子天平。2、藥品十二烷基硫酸鈉（SDS）/十二烷基苯磺酸鈉（SDBS），聚氧乙烯辛基苯酚醚-10（OP-10）,脫水原油/煤油，蒸餾水。濃硫酸（AR）、無水硫酸鈉（AR）、氯仿（CP）、滲透劑（磺酸鹽或硫酸酯型陰離子表面活性劑）；亞甲基藍(lán)溶液；稱取0.03g亞甲基藍(lán)，用水調(diào)勻，加入12g濃硫酸和50g無水硫酸鈉，用蒸餾水溶解并稀釋至1000ml；0.05%陰離子表面活性劑溶液（滲透劑OT），若無滲透劑OT，可用其他磺酸鹽或硫酸酯型陰離子表面活性劑代替，但需水溶性的。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、吊環(huán)法用吊環(huán)法首先測定蒸餾水的表面張力，對儀器進(jìn)行

8、校正。然后從稀至濃一次測定SDBS溶液，并計算表面張力，做出表面張力-濃度對數(shù)曲線，拐點(diǎn)處即為CMC值。如希望準(zhǔn)確測定值，在拐點(diǎn)處增加幾個測定值即可實(shí)現(xiàn)。具體步驟如下： 將儀器放在不受震動和平穩(wěn)的地方，調(diào)節(jié)儀器下面的螺絲把儀器調(diào)到水平狀態(tài)。用熱洗液浸泡鉑絲和裝測試液的玻璃杯，然后用蒸餾水洗凈，烘干。鉑絲應(yīng)十分平整，洗凈后不能用手觸摸。 開機(jī)，預(yù)熱30min。 配置表面活性劑溶液（一般情況下，配置的表面活性劑溶液濃度范圍為1×10-61×10-3mol/L），用配置好的溶液潤洗玻璃杯。 將自動張力儀與超級恒溫水浴相連。 顯示標(biāo)志為：“A”或“F”時調(diào)整升降桿，調(diào)整范圍是010

9、mN/m。 將表明活性劑水溶液倒入玻璃杯中至一定深度，掛上鉑片，點(diǎn)擊“復(fù)位”按鈕。 等溫度恒定以后，點(diǎn)“上升”按鈕，升高升降臺使鉑金環(huán)浸入液面下57mm處，點(diǎn)擊“停止”按鈕，當(dāng)出現(xiàn)“H”時點(diǎn)“零點(diǎn)”按鈕，然后點(diǎn)“下降”和“保持”按鈕，記錄顯示的最大拉力值P。 根據(jù)測定的表面活性劑不同濃度C時溶液的表面張力，繪制-logC曲線。2、表面活性劑油水界面張力的測定用0.5%NaCl模擬鹽水排至0.1%的SDS水溶液；首先用密度計測量原油與表面活性劑溶液的密度。用WZS-1型阿貝折光儀測定化學(xué)劑溶液的折光率。通過Texas-500型界面張力儀測量油珠在同業(yè)中的拉伸長度及直徑，并用軟件進(jìn)行圖像采集和分析

10、，計算油水動態(tài)界面張力。界面張力測定步驟如下：開機(jī)，預(yù)熱A：接通界面張力儀及電腦電源，開機(jī)。B：按下界面張力儀上的溫度設(shè)定按鈕的同時調(diào)節(jié)溫度按鈕設(shè)定溫度。C：打開界面張力測定軟件，鏈接視頻。鏈接視頻時需要設(shè)定樣品名稱，及相關(guān)參數(shù)。裝樣A樣品管依次用石油醚，丙酮（或乙醇）清洗23遍，最后用蒸餾水清洗干凈34遍。B用注射器注入所測定的外相溶液（水相），注意不能注進(jìn)氣泡。C用注射器注入內(nèi)相（油相），若是油相較粘稠，則用枕頭挑起一個小油滴，送入樣管內(nèi)，將枕頭貼在樣管內(nèi)壁病轉(zhuǎn)動，使油滴粘在試管內(nèi)壁，然后迅速拔出針頭，蓋上樣品帽。測定A·儀器達(dá)到設(shè)定的溫度后，將樣品管裝入旋轉(zhuǎn)軸內(nèi)，擰緊壓緊帽。B

11、·將觀測顯微鏡調(diào)整到合適的位置，以利于觀測。C·按下電機(jī)開關(guān)，調(diào)整轉(zhuǎn)速，選擇測定軟件的“數(shù)據(jù)菜單”，然后打開“數(shù)據(jù)”菜單，點(diǎn)擊“開始采集”，程序開始采集數(shù)據(jù)。3、 表面活性劑乳化能力的測定（1）取25ml具塞刻度試管10支，分別加入濃度為 0,的SDBS溶液各10ml，分別用滴管準(zhǔn)確加入原油（或煤油）10ml，蓋上試管塞子，每支試管上下震蕩30次。（2）將震蕩后的試管立即垂直放在試管架上，同時開始計時，并每隔3min記錄一次試管中分出水的體積（若分出水的速度較快，可每1min記錄一次），共記錄30min。（3）取乳化最穩(wěn)定的直觀重新震蕩30次，用分散法判別乳狀液的類型。五、

12、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1、整理所測得的表面張力數(shù)據(jù)，繪制-LogC曲線，根據(jù)曲線求出CMC值表1 吊環(huán)法測量表面張力實(shí)驗(yàn)記錄表溶液濃度最大壓差01.0x10-11.0x10-21.0x10-31.0x10-41.0x10-5173.1630.4632.0133.1945.5857.21273.0430.8832.3133.9446.0057.89372.9130.2932.1033.9445.9657.52平均值73.0430.5432.1433.6945.8557.54由圖可得，CMC值為10-3.08mol/L。 2、整理所測得的界面張力數(shù)據(jù)，繪制界面張力隨時間的變化曲線-t曲線，根據(jù)曲線指出超低界

13、面張力區(qū)域。界面張力隨時間變化曲線如下圖：當(dāng)界面張力落在0.1mN·m-10.001mN·m-1范圍稱為低界面張力。實(shí)驗(yàn)中油滴在毛細(xì)管中形狀3、求出表面活性劑在不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的乳化原油的不穩(wěn)定系數(shù)。取乳化穩(wěn)定的三組數(shù)據(jù)表3 乳化瀝力測定實(shí)驗(yàn)記錄表濃度mol/L01234691215182125300.1000.20.50.60.81.01.31.61.92.12.52.60.0100.51.01.62.03.24.76.26.56.97.17.47.50.001014.57.58.59.09.09.19.19.29.39.39.3繪制V-t圖像如下不穩(wěn)定系數(shù)計算公式為：US

14、I=0TV(t)dtT由定積分求得： USI1=8.5413； USI2=5.481； USI3=1.5424；六、思考與討論1、為什么離子型表面活性劑存在克拉夫特點(diǎn)和非離子表面活性劑存在濁點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該如何考慮這些特點(diǎn)？答：克拉夫特點(diǎn)：溶解度隨溫度的變化存在明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，即在較低的一段溫度范圍內(nèi)溶解度隨溫度上升非常緩慢，當(dāng)溫度上升到某一定值時溶解度隨溫度上升而迅速增大，把該溫度稱為克拉夫特點(diǎn)?？死蛱攸c(diǎn)對應(yīng)的濃度為臨界膠束濃度，隨著溫度的升高，離子型表面活性劑在溶液中將以膠束的形式存在，溶解度會急劇增加，所以離子型表面活性劑存在克拉夫特點(diǎn)。非離子表面活性劑與水之間可以形成氫鍵，而當(dāng)溫度升高，分子運(yùn)動加劇，氫鍵將被破壞，溶解度降低，溶液出現(xiàn)渾濁，所以非離子表面活性劑存在克拉夫特點(diǎn)。由于克拉夫特點(diǎn)和濁點(diǎn)都與溫度有關(guān)，所以實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意溫度不宜太高。2、表面活性劑和原油的超低油水界面張力范圍是多少，界面張力的降低是通過什么原理提高地層原油采收率的？答：低于0.001mN/m的界面張力稱為超低界面張力。降低界面張力可以提高波及系數(shù)，提高洗油效率，從而提高地層原油采收率。 3、表面活性劑的乳化原油的基本條件是什么，乳化作用是通過什么原理提高