اصل عمل فازشکن‌ها و کاربردهای آن‌ها

Thread Content

آخرین بار این پست توسط sdos34 در تاریخ ۲۰۱۶-۶-۲ ساعت ۱۱:۵۹ ویرایش شد. اصول و کاربردهای دمولسیفایرها: دمولسیفایرها، به دلیل نامحلول بودن برخی مواد جامد در آب، هنگامی که یک یا چند مورد از این مواد جامد به مقدار زیاد در محلول آبی وجود داشته باشند، تحت تأثیر حرکت هیدرولیکی یا نیروهای خارجی، می‌توانند در حالت امولسیونی در آب وجود داشته و محلول امولسیونی را تشکیل دهند. از نظر تئوری، چنین سیستمی ناپایدار است؛ اما در صورت وجود برخی مواد فعال سطحی (مانند ذرات خاک)، وضعیت امولسیونی بسیار شدید می‌شود و جداسازی دو فاز دشوار می‌گردد. نمونه‌های بارز این موضوع، مخلوط روغن و آب در فرآیندهای جداسازی روغن و آب، و همچنین مخلوط آب و روغن در فرآیندهای پردازش فاضلاب است. در این دو فاز، ساختارهای نسبتاً پایداری از نوع روغن درون آب یا آب درون روغن تشکیل می‌شود؛ پایه تئوریک این ساختارها، «ساختار لایه دوگانه الکتریکی» است. در چنین شرایطی، مقداری ماده شیمیایی اضافه می‌شود تا ساختار دولایه پایدار را از بین ببرد و همچنین سیستم امولسیونی را تثبیت کند؛ در نتیجه، دو فاز از یکدیگر جدا می‌شوند. این موادی که برای از بین بردن عمل امولسیون‌زدایی استفاده می‌شوند، به نام امولسیون‌شکن شناخته می‌شوند. کاربرد اصلی: مادهٔ شکستن امولسیون، یک مادهٔ فعال سطحی است که می‌تواند ساختار مایعات امولسیونی را از بین ببرد تا فازهای مختلف درون امولسیون از یکدیگر جدا شوند. جداسازی نفت خام، به معنای استفاده از مواد شیمیایی جداساز برای جدا کردن روغن و آب در مخلوط امولسیونی روغن-آب است؛ تا به این ترتیب آب موجود در نفت خام گرفته شده و استانداردهای مربوط به میزان آب در نفت خام برای حمل و نقل آن رعایت گردد. یکی از ساده‌ترین و مؤثرترین روش‌ها برای جداسازی مؤثر فاز آلی از فاز آبی، استفاده از مواد خنثی‌کننده امولسیون است؛ این مواد باعث از بین رفتن سطح امولسیونی که دارای استحکام مشخصی است، شده و در نتیجه به جداسازی دو فاز منجر می‌شوند. با این حال، توانایی آنتی‌میکسرهای مختلف در جداسازی فاز ارگانیک متفاوت است و عملکرد آنتی‌میکسرها مستقیماً بر کارایی جداسازی دو فاز تأثیر می‌گذارد. در فرآیند تولید پنی‌سیلین، یکی از مراحل مهم، استخراج پنی‌سیلین از محلول تخمیری با استفاده از حلال‌های آلی (مانند استات بوتیل) است. از آنجایی که محلول تخمیری حاوی مواد پیچیده‌ای مانند پروتئین‌ها، قندها و هیفه‌های باکتریایی است، در هنگام استخراج، مرز بین فاز آلی و فاز آبی مشخص نیست و یک ناحیه امولسیونی با شدت معین ایجاد می‌شود که تأثیر زیادی بر بازده محصول نهایی دارد. به همین منظور، باید از مواد جداکننده امولسیون استفاده کرد تا امولسیون از بین برود و جداسازی سریع و مؤثر دو فاز محقق شود. شوینده‌های ضدآب شایع: در حال حاضر، شوینده‌های غیریونیک ضدآب که در میدان‌های نفتی مورد استفاده قرار می‌گیرند، عمدتاً شامل موارد زیر هستند: ۱. شوینده‌های ضدآب نوع SP: جزء اصلی شوینده‌های ضدآب نوع SP، اتر پلی‌اکسی‌اتیلن-پلی‌اکسی‌پروپیلن-اولئات است؛ ساختار تئوریک آن به صورت R(PO)x(EO)y(PO)zH است، که در آن EO به معنای پلی‌اکسی‌اتیلن است ； PO-پلی‌اکسی‌پروپیلن ； ر-فتالول ； x، y، z-درجه پلیمریزاسیون. ماده جداکننده لخته‌ها نوع SP، دارای ظاهری به شکل ماده پمادی زرد کم‌رنگ است؛ مقدار HLB آن بین ۱۰ تا ۱۲ است و در آب حل می‌شود. مواد جداکننده غیریونی نوع SP، اثر خوبی در جداسازی مایعات از نفت خام مبتنی بر پارافین دارند. بخش آب‌گریز آن از زنجیره‌های هیدروکربنی با ۱۲ تا ۱۸ اتم کربن تشکیل شده است، در حالی که گروه‌های آب‌دوست آن از طریق برقراری پیوندهای هیدروژنی با آب، از طریق گروه‌های هیدروکسیل (-OH) و اتری (-O-) موجود در مولکول، به آب‌دوستی می‌رسند. از آنجایی که خواص هیدروفیلی گروه‌های هیدروکسیل و اتری ضعیف است، تنها با یک یا دو گروه هیدروکسیل یا اتری نمی‌توان گروه‌های آب‌گریز زنجیره‌های هیدروکربنی با شماره کربن ۱۲ تا ۱۸ را به درون آب برد؛ برای رسیدن به حالت حلالیت در آب، نیاز به تعداد زیادی از چنین گروه‌های هیدروفیلی وجود دارد. هرچه وزن مولکولی دستگاه‌های غیریونی برای جداسازی مایعات بیشتر باشد، زنجیره مولکولی آن‌ها نیز طولانی‌تر خواهد بود؛ همچنین تعداد گروه‌های هیدروکسیل و اتری در آن‌ها نیز بیشتر می‌شود. در نتیجه، قدرت کششی این دستگاه‌ها بالاتر رفته و توانایی آن‌ها در جداسازی مایعات از نفت خام نیز بهتر خواهد بود. دلیل دیگر مناسب بودن حلال‌کننده‌های نوع SP برای نفت خام پارافینی، این است که نفت خام پارافینی فاقد یا دارای مقدار بسیار کمی ژلاتین و آسفالتین است؛ همچنین مقدار ترکیبات سطح‌آکتیو چربی‌دوست در آن کم بوده و چگالی نسبی آن پایین است. برای نفت خام‌هایی که حاوی مقدار زیادی ژلاتین و آسفالتن هستند (یا درصد آب آن‌ها بیشتر از ۲۰٪ است)، توانایی جداسازی ذرات در افزودنی‌های نوع SP ضعیف است؛ دلیل آن ساختار مولکولی ساده این افزودنی‌ها، فاقد وجود ساختارهای شاخه‌دار و آروماتیک است. ۲. حلال‌کننده آب‌گریز نوع AP: حلال‌کننده آب‌گریز نوع AP، یک پلی‌اورتان از نوع پلی‌اکسی‌اتیلن-پلی‌اکسی‌پروپیلن-پلی‌اوره است که با استفاده از پلی‌وینیل‌پولی‌آمین به عنوان محرک تولید می‌شود. این ماده، یک فعال‌کننده سطحی غیریونی با ساختار مولکولی D(PO)x(EO)y(PO)zH است؛ در این فرمول، EO به معنای پلی‌اکسی‌اتیلن است ； PO-پلی‌اکسی‌پروپیلن ； ر-فتالول ； دی‌پلی‌وینیل‌آمین: درجه پلیمریزاسیون x، y، z. دستگاه‌های جداسازکن نوع AP برای جداسازی محلول‌های شیری نفت خام مبتنی بر پارافین استفاده می‌شوند و عملکرد بهتری نسبت به دستگاه‌های نوع SP دارند. این دستگاه‌ها برای جداسازی نفت خامی که درصد آب آن بالاتر از ۲۰٪ است، مناسب‌تر هستند؛ همچنین می‌توانند در دماهای پایین نیز با سرعت بالایی عمل جداسازی را انجام دهند. در حالی که آگنس‌های جداسازکن نوع SP برای جداسازی در دمای ۵۵ تا ۶۰ درجه سانتی‌گراد و در مدت ۲ ساعت نیاز دارند، آگنس‌های نوع AP تنها در دمای ۴۵ تا ۵۰ درجه سانتی‌گراد و در مدت ۱.۵ ساعت برای جداسازی کافی هستند. این به دلیل ویژگی‌های ساختاری مولکول‌های دستگاه‌های جداسازی آب-روغن نوع AP است. عامل محرک، یعنی پلی‌وینیل‌پولی‌آمین، ساختار مولکول را تعیین می‌کند: زنجیره مولکولی بلند و شاخه‌های زیادی دارد و توانایی هیدروفیلی آن بالاتر از آب‌شکن‌های نوع SP با ساختار مولکولی ساده است. ویژگی‌های شاخه‌دار بودن، باعث می‌شود که آنتی‌میکروب‌های نوع AP دارای خواص مرطوب‌کنندگی و نفوذپذیری بالاتری باشند. هنگام تجزیه امولسیون نفت خام، مولکول‌های آنتی‌میکروب‌های نوع AP می‌توانند به سرعت به لایه مرزی بین روغن و آب نفوذ کنند؛ این مولکول‌ها، در مقایسه با مولکول‌های آنتی‌میکروب‌های نوع SP که در قالب یک لایه تک‌مولکولی سازماندهی شده‌اند، سطح بیشتری را اشغال می‌کنند. بنابراین، میزان مصرف آنتی‌میکروب‌های نوع AP کمتر است و اثر تجزیه امولسیون نیز بسیار خوب است. در حال حاضر، این نوع دستگاه‌های جداسازی، بهترین دستگاه‌های جداسازی غیریونی در میدان نفت داچینگ محسوب می‌شوند. ۳. مواد جداکننده لخته‌ها نوع AE: مواد جداکننده لخته‌ها نوع AE، پلی‌اکسی‌استایرن-پلی‌اکسی‌پروپیلن-پلی‌اوره‌هایی هستند که از پلی‌وینیل‌پولی‌آمین به عنوان محرک استفاده می‌کنند؛ این مواد، نوعی فعال‌کننده سطحی غیریونی با ساختار چندشاخه‌ای محسوب می‌شوند. تفاوت AE نسبت به آنتی‌میکروب نوع AP این است که AE یک پلیمر دومرحله‌ای است که مولکول‌هایش کوچک و شاخه‌هایش کوتاه هستند. فرمول ساختاری مولکولی به صورت زیر است: D(PO)x(EO)yH، که در آن: EO-پلی‌اکسی‌استیلن؛ PO-پلی‌اکسی‌پروپیلن؛ D-پلی‌وینیل‌پولی‌آمین ； x، y - درجه پلیمریزاسیون. اگرچه تفاوت‌های زیادی در ساختار مولکولی دستگاه‌های جداسازکن نوع AE و نوع AP وجود دارد، اما ترکیبات مولکولی آن‌ها یکسان است؛ تنها تفاوت‌ها در مقدار مونومرها و ترتیب پلیمریزاسیون است. (۱) در طراحی و سنتز دو نوع فازگسیخت‌کن غیریونی، مقدار مواد مورد استفاده در بخش‌های ابتدایی و انتهایی متفاوت است و در نتیجه طول مولکول‌های پلیمری تولید شده نیز متفاوت می‌شود. (۲) مولکول‌های دستگاه ضدآب‌شونده نوع AP دارای ساختار دو بخشی هستند؛ با استفاده از پلی‌وینیل‌پولی‌آمین به عنوان محرک، این مولکول‌ها با پلی‌اکسی‌وینیل و پلی‌اکسی‌پروپیل ترکیب شده و کوپلیمرهای بلوکی تشکیل می‌دهند. مولکول‌های دستگاه ضدآب‌شونده نوع AE نیز دارای ساختار دو بخشی هستند؛ اما با استفاده از پلی‌وینیل‌پولی‌آمین به عنوان محرک، این مولکول‌ها با پلی‌اکسی‌وینیل و پلی‌اکسی‌پروپیل ترکیب شده و کوپلیمرهای دو بخشی تشکیل می‌دهند. بنابراین، مولکول‌های دستگاه ضدآب‌شونده نوع AP باید در مقایسه با مولکول‌های نوع AE، بلندتر باشند. نوع AE یک جداکننده خام نفت با ساختار دو بخشی و چند شاخه‌ای است که به همان اندازه برای جداسازی امولسیون‌های نفت خام آروماتیک نیز مناسب است. هرچه میزان سورفکتانت‌های چربی‌دوست در نفت خام مبتنی بر استوانه بیشتر باشد، چسبندگی آن بالاتر می‌رود، تفاوت چگالی بین روغن و آب کمتر می‌شود و جداسازی آن‌ها دشوارتر می‌گردد. همچنین، استفاده از فازگسیخت‌کن نوع AE سرعت فازگسیختن را بالا می‌برد و در عین حال، این فازگسیخت‌کن نوع AE یک ماده مناسب برای جلوگیری از تشکیل موم و کاهش چسبندگی نیز محسوب می‌شود. به دلیل ساختار چندشاخه‌ای مولکول‌های آن، به راحتی شبکه‌های کوچکی تشکیل می‌شود؛ این شبکه‌ها باعث می‌شوند کریستال‌های تکی پارافین موجود در نفت خام درون آن‌ها گیر کنند. این امر مانع حرکت آزاد کریستال‌های پارافین می‌شود و اجازه اتصال آن‌ها به یکدیگر را نمی‌دهد؛ در نتیجه ساختار شبکه‌ای پارافین تشکیل می‌شود که باعث کاهش چسبندگی و نقطه یخبندان نفت خام می‌گردد. همچنین این ساختار از تجمع کریستال‌های پارافین جلوگیری کرده و در نهایت به منظور جلوگیری از پدیده پارافین‌زایی عمل می‌کند. ۴. آنتی‌میکسر نوع AR: آنتی‌میکسر نوع AR، نوع جدیدی از آنتی‌میکسرهای غیریونی که در آب راحت حل می‌شوند، است؛ این آنتی‌میکسرها از ترکیب رزین آلکیل فنول‌فورمالدئید (رزین AR) با پلی‌اکسی‌اتیلن و پلی‌اکسی‌پروپیلن تشکیل شده‌اند. مقدار HLB آن‌ها بین ۴ تا ۸ است و دمای لازم برای عملکرد آن‌ها در حدود ۳۵ تا ۴۵ درجه سانتی‌گراد است. فرمول ساختاری مولکولی به صورت AR(PO)x(EO)y H است، که در آن: EO-پلی‌اکسی‌اتیلن است ； PO-پلی‌اکسی‌پروپیلن ； رزین AR ； x، y، z-درجه پلیمریزاسیون. رزین AR در فرآیند سنتز دستگاه‌های جداسازی، هم به عنوان محرک عمل می‌کند و هم وارد مولکول‌های دستگاه جداسازی شده و به عنوان گروه چربی‌دوست عمل می‌نماید. ویژگی‌های حلال‌کننده‌های نوع AR عبارتند از: مولکول‌های کوچک، داشتن اثرات خوبی در زمینه حل شدن، گسترش و نفوذ در شرایطی که نقطه یخبندان نفت خام بالاتر از ۵ درجه سانتی‌گراد باشد؛ همچنین این حلال‌کننده‌ها باعث فرآیند فروپاشی و تجمع قطرات آب در نفت خام می‌شوند. در دمای کمتر از ۴۵ درجه سانتی‌گراد، این حلال‌کننده‌ها می‌توانند بیش از ۸۰ درصد از آب موجود در نفت خام با درصد آب ۵۰ تا ۷۰ درصد را در عرض ۴۵ دقیقه خارج کنند؛ که این ویژگی، ویژگی‌ای است که حلال‌کننده‌های نوع SP و AP ندارند.