石工xx班+1302010xxx+达叔+表面活性剂的性能测定与评价+15

中国石油大学（油田化学基础实验）实验报告实验日期：2015.11.02成绩：班级：石工学号：130201姓名：达叔教师：同组者：表面活性剂的性能测定及评价一、实验目的1、了解用指示剂和燃料通过显色反应鉴别表面活性剂类型的原理和方法。2、了解离子型表面活性剂克拉夫特点和非离子表面活性剂浊点的测定方法及不同类型表面活性剂的使用性质。3、学会一种表面活性剂的表面张力的测定原理和方法，并掌握由表面张力计算临界胶束浓度（CMC）的原理和方法，学习Gibbs公式及其应用。4、学会表面活性剂溶液与原油的油水界面张力的测定原理和方法，并掌握超低界面张力在三次采油中的作用原理。5、学会观察表面活性剂溶液与原油混合后的乳化现象，并掌握不稳定系数评价表面活性剂的乳化能力。二、实验原理1、表面活性剂的表面张力及CMC的测定由于净吸引力的作用，处于液体表面的分子倾向于到液体内部来，因此液体表面倾向于收缩。要扩大面积，就要把内部分子移到表面来，这就要克服净吸引力做功，所做的功转化为表面分子的位能。单位表面具有的表面能叫做表面张力，在一定温度、压力下纯液体的表面张力是定值。但在纯液体中加入溶质，表面张力就会发生变化。若溶质使液体的表面张力升高，则溶质在溶液相表面层的浓度小于在溶液内部的浓度，若溶质使液体表面张力降低，则溶质在溶液相表面层的浓度大于在溶液相内部的浓度。这种溶质在溶液相表面层的浓度和溶液相内部地浓度不同的现象叫做吸附。在一定温度压力下，溶质的表面吸附量与溶液的浓度，溶液的表面张力之间的关系，可用吉布斯（Gibbs）吸附等温式表示：cdRTdc式中：R─通用气体常数(N·m/K·mol)；—吸附量（mol/L）；C—吸附质在溶液内部的浓度（mol/L）；T—绝对温度(K)；σ─表面张力（N/m）。表面活性剂在溶液中能够形成胶束时的最小浓度称为临界胶束浓度，在形成胶束时，溶液的一系列性质都发生突变，原则上，可以用任何一个突变的性质测定值，但最常用的是表面张力-浓度对数图法。该法适合各种类型的表面活性剂，准确性好，不受无机盐的影响，只是当表面活性剂中混有高表面活性的极性有机物时，曲线中出现最低点。2、吊环法把一圆环平置于液面，测量将环拉离液面所需最大的力，由此可计算出液体的表面张力。假设当环被向上拉起时，环就带起一些液体。当提起液体的质量mg与沿环液体交界处的表面张力相等时，液体质量最大。再提升则液环断开，环脱离液面。设环拉起的液体呈圆筒形，对环的附加拉力P为：P=mg=2πRγ+2π（R+2r）γ=4π（R+r）γ+4πRγ式中：m─拉起来的液体重量；R─环的内半径；r─环丝半径。3、表面活性剂的油水界面张力的测定在地层温度下，表面活性剂溶液与原油的界面张力在~mN·范围，可用旋滴法测定该体系的油水界面张力，为选择各种与原油形成低或超低界面张力的驱油剂溶液提供基础依据。该方法是将有地悬浮在水中，再告诉绕水平轴旋转下将有地拉成柱形，柱体的直径和界面张力有关，在相同条件下，油柱直径越小，界面张力越低。旋滴法测定界面张力时，有地在样品管中高速旋转，呈椭球形，椭球的长轴直径为L，短轴直径为D当L/D≥4时，界面张力按下式计算：234rIFT式中：∆ρ─油水密度差，kg/m；ω─样品管转动的角速度，rad/s；r─油滴短轴半径，m。4、表面活性剂的乳化张力的测定表面活性剂分子具有亲水基和亲油基，可分别在油水界面上，这些表面活性物质可使原油乳化形成水包油（O/W）乳状液。水包油乳状液的形成与稳定对于化学驱和稠油乳化降粘具有重要作用，例如化学驱中的乳化-携带，乳化-捕集，自发乳化等机理的发生，稠油乳化降粘中原油乳化分散机理的发生都是以水保乳状油液的形成为前提条件的。因此表面活性剂是提高石油采收率和原油集输中十分重要的一类添加剂。表面活性剂的乳化能力可用不稳定系数法进行评价。乳状液的稳定性可用不稳定系数（USI）表示，不稳定系数按下式定义：0()TVtdtUSIT式中USI─不稳定系数（mL）；V(t)─乳化体系分出水体积与时间的变化函数；T─乳化体系静止分离的时间。三、实验仪器与药品1、仪器表面张力仪、Texas-500型旋转液滴界面张力仪、WZS-1型阿贝折光仪、密度瓶、温度计、25ml具塞刻度试管、大试管、搅拌器、500ml烧杯、150ml烧杯、50ml烧杯、15ml移液管、50ml容量瓶、100ml量筒、滴管、试管架、秒表、电炉、电子天平。2、药品十二烷基硫酸钠（SDS）/十二烷基苯磺酸钠（SDBS），聚氧乙烯辛基苯酚醚-10（OP-10）,脱水原油/煤油，蒸馏水。浓硫酸（AR）、无水硫酸钠（AR）、氯仿（CP）、渗透剂（磺酸盐或硫酸酯型阴离子表面活性剂）；亚甲基蓝溶液；称取0.03g亚甲基蓝，用水调匀，加入12g浓硫酸和50g无水硫酸钠，用蒸馏水溶解并稀释至1000ml；0.05%阴离子表面活性剂溶液（渗透剂OT），若无渗透剂OT，可用其他磺酸盐或硫酸酯型阴离子表面活性剂代替，但需水溶性的。四、实验步骤1、吊环法用吊环法首先测定蒸馏水的表面张力，对仪器进行校正。然后从稀至浓一次测定SDBS溶液，并计算表面张力，做出表面张力-浓度对数曲线，拐点处即为CMC值。如希望准确测定值，在拐点处增加几个测定值即可实现。具体步骤如下：①将仪器放在不受震动和平稳的地方，调节仪器下面的螺丝把仪器调到水平状态。用热洗液浸泡铂丝和裝测试液的玻璃杯，然后用蒸馏水洗净，烘干。铂丝应十分平整，洗净后不能用手触摸。②开机，预热30min。③配置表面活性剂溶液（一般情况下，配置的表面活性剂溶液浓度范围为1×10^-6~1×10^-3mol/L），用配置好的溶液润洗玻璃杯。④将自动张力仪与超级恒温水浴相连。⑤显示标志为：“A”或“F”时调整升降杆，调整范围是0~10mN/m。⑥将表明活性剂水溶液倒入玻璃杯中至一定深度，挂上铂片，点击“复位”按钮。⑦等温度恒定以后，点“上升”按钮，升高升降台使铂金环浸入液面下5~7mm处，点击“停止”按钮，当出现“H”时点“零点”按钮，然后点“下降”和“保持”按钮，记录显示的最大拉力值P。⑧根据测定的表面活性剂不同浓度C时溶液的表面张力γ，绘制γ-logC曲线。2、表面活性剂油水界面张力的测定⑴用0.5%NaCl模拟盐水排至0.1%的SDS水溶液；⑵首先用密度计测量原油与表面活性剂溶液的密度。⑶用WZS-1型阿贝折光仪测定化学剂溶液的折光率。⑷通过Texas-500型界面张力仪测量油珠在同业中的拉伸长度及直径，并用软件进行图像采集和分析，计算油水动态界面张力。界面张力测定步骤如下：①开机，预热A：接通界面张力仪及电脑电源，开机。B：按下界面张力仪上的温度设定按钮的同时调节温度按钮设定温度。C：打开界面张力测定软件，链接视频。链接视频时需要设定样品名称，及相关参数。②装样A样品管依次用石油醚，丙酮（或乙醇）清洗2~3遍，最后用蒸馏水清洗干净3~4遍。B用注射器注入所测定的外相溶液（水相），注意不能注进气泡。C用注射器注入内相（油相），若是油相较粘稠，则用枕头挑起一个小油滴，送入样管内，将枕头贴在样管内壁病转动，使油滴粘在试管内壁，然后迅速拔出针头，盖上样品帽。③测定A·仪器达到设定的温度后，将样品管装入旋转轴内，拧紧压紧帽。B·将观测显微镜调整到合适的位置，以利于观测。C·按下电机开关，调整转速，选择测定软件的“数据菜单”，然后打开“数据”菜单，点击“开始采集”，程序开始采集数据。3、表面活性剂乳化能力的测定（1）取25ml具塞刻度试管10支，分别加入浓度为0,11.010,21.010,31.010,41.010,51.010/molL的SDBS溶液各10ml，分别用滴管准确加入原油（或煤油）10ml，盖上试管塞子，每支试管上下震荡30次。（2）将震荡后的试管立即垂直放在试管架上，同时开始计时，并每隔3min记录一次试管中分出水的体积（若分出水的速度较快，可每1min记录一次），共记录30min。（3）取乳化最稳定的直观重新震荡30次，用分散法判别乳状液的类型。五、实验数据处理1、整理所测得的表面张力数据，绘制曲线，根据曲线求出CMC值表1吊环法测量表面张力实验记录表由图可得，CMC值为。2、整理所测得的界面张力数据，绘制界面张力随时间的变化曲线γ-t曲线，根据曲线指出超低界面张力区域。界面张力随时间变化曲线如下图：溶液浓度最大压差01.0x1.0x1.0x1.0x1.0x173.1630.4632.0133.1945.5857.21273.0430.8832.3133.9446.0057.89372.9130.2932.1033.9445.9657.52平均值73.0430.5432.1433.6945.8557.54当界面张力落在0.1mN·m-1～0.001mN·m-1范围称为低界面张力。实验中油滴在毛细管中形状3、求出表面活性剂在不同质量分数下的乳化原油的不稳定系数。取乳化稳定的三组数据表3乳化沥力测定实验记录表浓度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绘制V-t图像如下不稳定系数计算公式为：由定积分求得：=8.5413；=5.481；=1.5424；六、思考与讨论1、为什么离子型表面活性剂存在克拉夫特点和非离子表面活性剂存在浊点，在实际应用中应该如何考虑这些特点？答：克拉夫特点：溶解度随温度的变化存在明显的转折点，即在较低的一段温度范围内溶解度随温度上升非常缓慢，当温度上升到某一定值时溶解度随温度上升而迅速增大，把该温度称为克拉夫特点。克拉夫特点对应的浓度为临界胶束浓度，随着温度的升高，离子型表面活性剂在溶液中将以胶束的形式存在，溶解度会急剧增加，所以离子型表面活性剂存在克拉夫特点。非离子表面活性剂与水之间可以形成氢键，而当温度升高，分子运动加剧，氢键将被破坏，溶解度降低，溶液出现浑浊，所以非离子表面活性剂存在克拉夫特点。由于克拉夫特点和浊点都与温度有关，所以实际应用中应注意温度不宜太高。2、表面活性剂和原油的超低油水界面张力范围是多少，界面张力的降低是通过什么原理提高地层原油采收率的？答：低于0.001mN/m的界面张力称为超低界面张力。降低界面张力可以提高波及系数，提高洗油效率，从而提高地层原油采收率。3、表面活性剂的乳化原油的基本条件是什么，乳化作用是通过什么原理提高地层原油采收率的？答：基本条件为乳化后形成具有一定的强度的界面膜，因此表面活性剂要有足够的浓度及具有适宜的分子结构。乳化是通过降低原油粘度，降低流度比，增大波及系数，提高提高洗油效率来提高原油采收率的。七、实验总结通过本次实验学习了用指示剂和燃料通过显色反应鉴别表面活性剂类型的原理和方法，了解了离子型表面活性剂克拉夫特点和非离子表面活性剂浊点的测定方法及不同类型表面活性剂的使用性质，通过实验操作提升了动手能力，加强了团队合作的意识。总的来说，实验结果算是成功的。