مبدأ عوامل تفكيك الرغوة واستخداماتها

Thread Content

تم تعديل هذا المنشور آخر مرة بواسطة sdos34 في تاريخ 2016-6-2 الساعة 11:59. مبدأ عمل مواد فصل الدهون واستخداماتها: مواد فصل الدهون، أو ما يُعرف بالديمولسيفاير، تُستخدم لفصل الأجسام الصلبة التي يصعب حلها في الماء. عندما تكون هذه الأجسام الصلبة موجودة بكميات كبيرة في المحلول المائي، فإنها قد تظل موجودة في حالة مستحلبة داخل الماء، مما يؤدي إلى تكوين مستحلب. نظريًا، فإن هذا النظام غير مستقر، لكن إذا كانت هناك بعض المواد الفعالة سطحيًا (مثل جزيئات التربة)، فإن ذلك يؤدي إلى حالة تُعرف بالتهجين الشديد، بحيث يصبح من الصعب فصل الطورين عن بعضهما. وأبرز أمثلة ذلك هو خليط الزيت والماء في عملية فصل الزيت عن الماء، وخليط الماء والزيت في معالجة مياه الصرف الصحي. في هذه الحالات، يتشكل تركيب مستقر نسبيًا من نوع “الزيت المحاط بالماء” أو “الماء المحاط بالزيت”， والأساس النظري لذلك هو “البنية ثنائية الطبقة الكهربائية”. في هذه الحالة، يتم إضافة بعض المواد الكيميائية لتدمير البنية المستقرة للطبقة المزدوجة الشحنة، وكذلك لتثبيت نظام الإمولسيون، وبذلك يتم تحقيق فصل الطورين. المواد المستخدمة لتحقيق تدمير عملية الترطيب تُسمى مواد مكسرة للترطيب. الاستخدام الرئيسي: مادة كسر التجمد هي مادة فعالة سطحية، تساعد على تدمير البنية السائلة المتجمدة، وبذلك يتم فصل المراحل المختلفة في السائل المتجمد عن بعضها. يُقصد بفصل الزيت عن الماء في النفط الخام استخدام مواد كيميائية مخصصة لفصل الزيت عن الماء في الخليط المهجن، وذلك بهدف إزالة الماء من النفط الخام، وضمان أن يكون مستوى الماء في النفط الخام ضمن المعايير المسموح بها عند نقله. الطريقة الأبسط والأكثر فعالية لفصل الطور العضوي عن الطور المائي هي استخدام مواد مذيبة للإمولسيون، وذلك للقضاء على السطح الإمولسيوني ذو القوة المعينة، وبالتالي تحقيق فصل الطورين. ومع ذلك، فإن قدرة مواد التفكيك المختلفة على تفكيك الطور العضوي تختلف من نوع لآخر، وتؤثر خصائص مواد التفكيك بشكل مباشر على فعالية فصل الطورين. في عملية إنتاج البنسلين، يُعد استخدام المذيبات العضوية (مثل أسيتات البوتيل) لاستخلاص البنسلين من محلول التخمير خطوة مهمة. ونظرًا لأن محلول التخمير يحتوي على بروتينات وسكريات وخلايا فطرية ومواد معقدة أخرى، فإن الحدود بين الطور العضوي والطور المائي لا تكون واضحة، مما يؤدي إلى تكوّن منطقة هجينة ذات قوة معينة، وهو ما يؤثر بشكل كبير على نسبة الإنتاج النهائية. لهذا الغرض، يجب استخدام مواد مفككة للرغوة لتفكيك الرغوة والقضاء على ظاهرة الترطيب، من أجل تحقيق فصل سريع وفعال بين الطورين. المواد المستخدمة لتفكيك الجزيئات الدهنية: تشمل المواد غير الأيونية المستخدمة بشكل شائع في حقول النفط ما يلي: 1. مواد تفكيك الجزيئات الدهنية من نوع SP؛ المكون الرئيسي لهذه المواد هو إيثر بولي أوكسي إيثيلين بولي أوكسي بروبيلين أوليك، والصيغة النظرية له هي R(PO)x(EO)y(PO)zH، حيث: EO = بولي أوكسي إيثيلين ； PO-بولي أوكسيبروبيلين ； ر-الفيتالول ； x، y، z - درجة التجميع. يتخذ مادة التفكيك من النوع SP شكل مادة كريهية لونها أصفر فاتح، وقيمة HLB لها تتراوح بين 10 و12، كما أنها قابلة للذوبان في الماء. يتمتع مذيب التكتل من النوع SP غير الأيوني بفعالية جيدة في تفكيك التكتلات في النفط الخام المستخلص من البارافين. يتكون الجزء الكاره للماء من سلاسل هيدروكربونية تحتوي على 12 إلى 18 ذرة كربون، أما الجزء المحب للماء فهو يتكون من مجموعات الهيدروكسيل (-OH) والإيثر (-O-) الموجودة في الجزيء، والتي تشكل روابط هيدروجينية مع الماء، مما يجعل الجزيء محبًا للماء. نظرًا لأن الجذور الهيدروكسيلية والإيثرية ذات قدرة منخفضة على الذوبان في الماء، فإن جذرًا أو جذرين هيدروكسيليين أو إيثريين وحدهما لا يمكنهما جعل المجموعات الهيدروفوبية في سلاسل الهيدروكربونات ذات الطول من 12 إلى 18 ذرة تذوب في الماء. لذلك، من الضروري وجود عدة جذور هيدروفيلية لتحقيق هدف الذوبان في الماء. كلما زاد الوزن الجزيئي لمادة التفكيك غير الأيونية، وكلما طالت سلسلتها الجزيئية، وكلما ازداد عدد المجموعات الهيدروكسيلية والإيثرية فيها، كانت قوة شد هذه المادة أكبر، وبالتالي تزداد قدرتها على تفكيك مستحلب النفط الخام. أحد الأسباب الأخرى التي تجعل مواد التفكيك من نوع SP مناسبة للنفط الخام المستخلص من البارافين، هو أن النفط الخام المستخلص من البارافين لا يحتوي على كميات كبيرة من المواد اللاصقة والقطرانية، كما أن كمية المواد الفعالة سطحيًا المفضلة للدهون قليلة، وبالتالي فإن الكثافة النسبية لهذا النفط منخفضة. بالنسبة للنفط الخام الذي يحتوي على نسبة عالية من المواد اللاصقة والقطرانية (أو الذي تزيد نسبة الماء فيه عن 20%)، فإن قدرة مواد التفكيك من نوع SP على تفكيك هذا النفط ضعيفة، وذلك بسبب بنية الجزيئات البسيطة، حيث لا توجد فيها هياكل فرعية أو هياكل عطرية. 2. مادة فصل الجزيئات من نوع AP: تُعد مادة فصل الجزيئات من نوع AP عبارة عن بولي إيثيلين بولي أوبرين بولي إيثر، حيث يُستخدم البولي فينيلين بولي أمين كمحفز لتكوينها. وهي عبارة عن مادة مساعدة سطحية غير أيونية ذات بنية جزيئية متفرعة، ويمكن كتابة صيغتها الكيميائية على النحو التالي: D(PO)x(EO)y(PO)zH، حيث: EO = بولي إيثيلين ； PO-بولي أوكسيبروبيلين ； ر-الفيتالول ； دي-بوليفينيلأمين: درجة التكثيف x، y، z. يُستخدم مادة التفكيك من النوع AP في تفكيك السوائل النفطية المستندة إلى البارافين، وتكون فعاليتها أفضل من مادة التفكيك من النوع SP. كما أنها أكثر ملاءمة لتفكيك النفط الذي تزيد نسبة الماء فيه عن 20%، ويمكنها تحقيق تفكيك سريع حتى في درجات الحرارة المنخفضة. في حين أن مادة التفكيك من نوع SP تحتاج إلى درجة حرارة تتراوح بين 55 و60 درجة مئوية، ووقت يصل إلى ساعتين لتحقيق عملية التفكيك، فإن مادة التفكيك من نوع AP تحتاج فقط إلى درجة حرارة تتراوح بين 45 و50 درجة مئوية، ووقت يصل إلى 1.5 ساعة لتحقيق نفس الغرض. وذلك بسبب الخصائص الهيكلية لجزيئات مادة التفكيك من نوع AP. يحدد المحفز بولي إيثيلين بولي أمين الشكل الهيكلي للجزيء: فهو يؤدي إلى سلاسل جزيئية طويلة وفروع كثيرة، مما يجعل قدرته على التفاعل مع الماء أعلى من مثبطات التكتل من نوع SP ذات البنية الجزيئية البسيطة. تحدد خصائص السلاسل المتعددة قدرة مواد التفكيك من نوع AP على الترطيب والنفاذ، فعند تفكيك مستحلب النفط الخام، يمكن لجزيئات مواد التفكيك من نوع AP أن تخترق بسرعة طبقة الواجهة بين الزيت والماء، وبذلك تشغل مساحة سطحية أكبر مقارنة بترتيب الجزيئات في مواد التفكيك من نوع SP في طبقة أحادية الجزيئات، ولذلك فإن الكمية المستخدمة أقل، مما يؤدي إلى تأثير تفكيك واضح. في الوقت الحالي، تعتبر هذه الفئة من مواد فصل الدهون من أفضل المواد غير الأيونية المستخدمة في حقول النفط في داكينغ. 3. مادة فصل الدهون من نوع AE: تُعد مادة فصل الدهون من نوع AE عبارة عن بولي إيثيلين بولي أوكسيبروبيلين بولي إيثر، حيث يُستخدم البولي فينيلين بولي أمين كمحفز لتكوينها. وهي نوع من المواد الفعالة سطحيًا غير أيونية ذات هيكل شجري. على عكس مذيبات التفكيك من النوع AP، فإن مذيبات التفكيك من النوع AE هي بوليمرات ثنائية المرحلة، حيث أن جزيئاتها صغيرة وأغصانها قصيرة. الصيغة البنائية للجزيء هي: D(PO)x(EO)yH، حيث: EO = بولي أوكسي إيثيلين، PO = بولي أوكسي بروبيلين، D = بولي فينيل بولي أمين ； x، y - درجة التجميع. على الرغم من وجود اختلافات كبيرة في التركيب الجزيئي لمواد التفكيك من نوع AE ونوع AP، إلا أن مكوناتها الجزيئية متشابهة، والفرق يكمن فقط في كمية المونومرات المستخدمة وترتيب عملية التكثيف. (1) عند تصميم وتركيب نوعي المذيبات غير الأيونية لفصل المستحلبات، يختلف كمية المواد المستخدمة في الجزء الأمامي والخلفي منها، مما يؤدي إلى اختلاف طول الجزيئات الناتجة. (2) جزيئات مادة التفكيك من النوع AP ذات بنية مكونة من قسمين، حيث يُستخدم البوليفينيل بوليأمين كمحفز لتكوين بوليمرات مشتركة مع البوليإيثيلين والبوليبروبيلين. أما جزيئات مادة التفكيك من النوع AE فهي أيضًا ذات بنية مكونة من قسمين، لكن باستخدام البوليفينيل بوليأمين كمحفز لتكوين بوليمرات مشتركة مع البوليإيثيلين والبوليبروبيلين أيضًا. ولذلك، يجب أن تكون جزيئات مادة التفكيك من النوع AP أطول من جزيئات مادة التفكيك من النوع AE. نوع AE هو مادة مذيبة للرغوة في النفط الخام ذات بنية مكونة من قسمين وعدة فروع، وهي مناسبة أيضًا لتفكيك رغوة النفط الخام القائم على المستخلصات القطرانية. كلما زادت نسبة المواد الفعالة سطحيًا الدهنية في النفط الخام القائم على القطران، كانت قوة اللزوجة أعلى، وكان الفرق في الكثافة بين الزيت والماء أصغر، مما يجعل من الصعب فصلهما. كما أن استخدام مادة التفكيك من نوع AE يؤدي إلى سرعة كبيرة في عملية التفكيك، وفي الوقت نفسه، فإن مادة التفكيك من نوع AE تعتبر أيضًا مادة جيدة لمنع تكون الشمع وخفض اللزوجة. وبسبب البنية المتفرعة لجزيئاته، يسهل تكوين شبكات دقيقة، مما يؤدي إلى سقوط بلورات البارافين الموجودة في النفط الخام داخل هذه الشبكات. وهذا يعيق حركة بلورات البارافين بحرية، ويمنعها من الاتصال ببعضها البعض، مما يؤدي إلى تكوين بنية شبكية للبارافين. وهذا بدوره يقلل من لزوجة النفط الخام ونقطة تجمده، كما يمنع تكتل بلورات البارافين، وبالتالي يحقق الغرض من منع تكون البارافين. 4. مادة فصل الزيوت من نوع AR: تُعد مادة فصل الزيوت من نوع AR نوعًا جديدًا من المواد غير الأيونية القابلة للذوبان في الزيوت، وهي مكونة من راتنج الفينول الألكيلي (راتنج AR) مع بولي أوكسي إيثيلين وبولي أوكسي بروبيلين. يتراوح قيمة HLB لهذه المادة بين 4 و8، كما أن درجة حرارة فصل الزيوت باستخدامها تصل إلى 35–45 درجة مئوية. الصيغة البنائية للجزيء هي: AR(PO)x(EO)y H، حيث أن EO تعني بولي أوكسي إيثيلين ； PO-بولي أوكسيبروبيلين ； راتنج AR ； x، y، z - درجة التجميع. في عملية تصنيع مواد التفكيك، يعمل راتنج AR كمحفز، كما أنه يدخل في جزيئات مادة التفكيك ليشكل مجموعات دهنية. تتميز مواد التفكيك من النوع AR بأن جزيئاتها صغيرة، ولديها قدرة جيدة على الذوبان والانتشار والاختراق في حالة كان نقطة تجمد النفط الخام أعلى من 5 درجات مئوية. كما أنها تساعد في تجميع قطرات الماء الموجودة في النفط الخام، ويمكنها إزالة أكثر من 80% من الماء الموجود في النفط الخام الذي تتراوح نسبة الماء فيه بين 50% و70%، وذلك خلال 45 دقيقة فقط عند درجة حرارة أقل من 45 درجة مئوية. وهذا شيء لا يمكن لمواد التفكيك من النوع SP أو AP تحقيقه.