原油胶体分散体系理论
第十章胶体
10.2溶胶的动力和光学性质
丁铎尔现象示意图
10.2溶胶的动力和光学性质
自然界中的丁铎尔现象
10.2溶胶的动力和光学性质
10.2溶胶的动力和光学性质
（1）当光束通过粗分散系统，由于粒子大于入 射光的波长，主要发生反射，系统呈现混浊。
（2）当光束通过憎液溶胶时，由于胶粒直径 远小于可见光的波长，主要发生散射，可以看见 乳白色的光柱。
10.1胶体分散系统概述
10.1.3胶团的结构 用氯化铁水解制取的氢氧化铁胶团结构
紧密层
扩散层
x
Fe(OH)3 m nFeO+ (n x)Cl- xCl-
胶核
胶粒
胶团
FeO+为稳定剂。 关于胶核有不同说法，南大教材观点如上图，天 大教材等认为FeO+也属于胶核。
10.1胶体分散系统概述
用吐酒石和硫化氢制取的硫化锑胶团结构
Sb2S3
m
ห้องสมุดไป่ตู้
nHS-
(n
x)H
x
xH+
硝酸银与碘化钾反应，碘化钾过量时形成的碘化
银胶团结构
AgI
m
nI-
(n
x)K
x
xK
+
硝酸银与碘化钾反应，硝酸银过量时形成的碘化
银胶团结构
AgI m
nAg+
(n
x)
NO3-
x
xNO3-
离子之间有无圆点，各教材不统一，有圆点清楚一些。
10.1胶体分散系统概述
过量的物质通常称为稳定剂。 从表面能的角度看，胶粒表面能很高，有互相结 合减少表面积的趋势，所以溶胶是热力学不稳定系统。 从电学的角度看，胶粒带同种电荷，互相排斥，有一 定稳定性。
第14章胶体分散系统
A：存在胶体质点，其折光指数与分散介质 不同，差异越小，散射光越强（溶液）
B：分子热运动引起介质的折光指数出现局 部涨落（大分子溶液）
传播介质具有光学不均匀性 是产生散射光的必要条件
Tyndall效应
1869年Tyndall发现，若令一束会聚光通过溶 胶，从侧面（即与光束垂直的方向）可以看到一个 发光的圆锥体，这就是Tyndall效应。其他分散体 系也会产生一点散射光，但远不如溶胶显著。
当离心力为重力的104倍时，大分子沉降产生浓差， 同时引起与离心作用相反方向的扩散作用。两种作用 平衡时，离转轴不同距离X处浓度按一定值分布。
沉降产生的质点流动速率 dx/dt 由Fick第一定律：扩散产生的质点流动速率
于是
且
故代入、积分可得
测定离旋转轴x1及x2处浓度c1、c2，可求出M
优点：不必知扩散系数D 缺点：需较长时间才能达到平衡（有时几天）
Einstein-Brown位移方程
14.2-2 沉降
若分散相的密度比分散介质密度大，则在重
力的作用下，分散相粒子会下沉，一球形粒子
下沉的重力
（粒子所受的
阻力）时，粒子以速度u匀速下沉：
测定沉降速度，可求得粒子半径r，
沉降分析: 利用沉降的快慢来测定颗粒大小
的方法
外力场作用下的沉降平衡
沉降平衡
第14章 胶体分散系统
14.1 分散系统的分类及特征
14.1-1 分散系统的分类及胶体分散系统
1. 分散系统
由均匀的介质及分散在其中的质点组成 其质点大小无一定限制 可以是均匀单相系统，亦可是不均匀多相系统
2. 分散系统分类
石油胶体分散体系理论在调和燃料油工艺中的应用
刘 美 ，赵 德 智
（ 宁石油化工大学 ， 宁抚顺 １３０） 辽 辽 １０ １
摘
要 ： 以 糠 醛 抽 出油 、 乙烯 焦 油 、 压 渣 油 为研 究 对 象 ， 三 种 油 样 进 行 调 和 ， 一 定 温 度 下 测 定 粘 度 。 采 减 对 在
Ａｂ ｔａ ｔ Ｆ ｒ ｕ ａ ｘ ｒ ｃ ｉ ｎ ｏ ｌ ｔ ｙ ｅ ｅ ｔ ｒ ａ ｄ ｖ ｃ ｕ ｒ ｓｄ ｅ ｗｅ ｅ ｓ ｕ ｉｄ ｉ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｈ ｈ ｅ ｉ ｄ ｆ ｏ ｌｗｅ ｅ ｓｒ ｃ ： ｕ ｆ ｒ ｌｅ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ，ｅ ｈ ｌｎ ａ ｎ ａ ｕ ｍ ｅ ｉ ｕ ｒ ｔ ｄ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ，ｔ ｅ ｔ ｒ ｅ ｋ ｎ ｓ ｏ Ｉ ｒ ｂ ｅ ｄ ｄ ｕ ｄ ｒ ｌ ｂ ｒ ｔ ｒ ｏ ｄ ｔ ｎ ， ｔ ｅ ｖ ｓ ｏ ｉｉｓ ｗｅ ｅ ｄ ｔ ｒ ｎ ｄ ｏ ｅ ｔ ｉ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｃ ｕ ｅ ｆ ｖ ｓ ｏ ｉ ｌ ｎ ｅ ｎ ｅ ａ ｏ ａ ｏ ｙ ｃ ｎ ｉ ｏ ｓ ｈ ｉｃ ｓｔ ｒ ｅ ｅ ｍｉ ｅ ｎ ａ ｃ ｒ ａｎ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ， ｎ ｈ ａ ｓ ｓ ｏ ｉｃ ｓｔ ｉ ｅ ｙ ｃ ａ ｇ ｒ ｎ ｌ ｚ ｄ ｂ ｓｎ ｅ ｒ ｌｕ ｄ ｓ ｅ ｓ ｙ ｔ ｍ ｈ ｏ ｙ Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔ ｈ ｎ ｅ ｗｅ ｅ ａ ａ ｙ ｅ ｙ ｕ ｉ ｇ ｐ ｔｏ ｅ ｍ ｉｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｅ ｔ ｅ ｒ ． ｅ ｒ ｓ ｌ ｓ ｏ ｔ ａ ，ｗｈ ｎ ｔ ｅ ｖ ｌ ｍｅ ｒ ｔ ｆ ｆ ｒｕ ａ ｓ ｅ ｈ ｏｕ ａｉ ｏ ｕ ｆ ｒｌ ｏ
第３ 卷第 １ ２ 期
２１ ０ ２年 ３月
167;4.3含蜡原油的流变类型
确定的，受一定的人为因素和实验条件的影响，因而不是很确 切的温度数值，或者说误差稍大，但它们毕竟是给出了一个量 的概念，所以在工程实践中有重要的指导意义。在输油管道的 设计与管理中，粘温曲线是不可缺少的基础性资料。
粘温曲线能够比较直观的反映原油的粘稠程度随温度的变化 关系，但在实际应用中，往往需要用代数形式描述这种关系。 例如，在牛顿流体温度范围内，原油粘度仅是温度的单一函数，
实际上，目前测定原油析蜡点的方法有多种，如粘温曲线法、显 微观察法、差热分析法（DSC）等，这些可测的或实用性较强的 析蜡点与前面介绍的热力学意义上的析蜡点有所不同。实际可测 的析蜡点是由于在降温过程中原油中蜡的析出所产生的效应，如 粘温曲线变化、蜡晶尺寸大小、蜡晶析出潜热等，增加到实验仪 器或实验方法可辨别的程度时所对应的最高温度，其与测量仪器 的分辨率或实验方法的精度有较大的关系。实际可测的析蜡点都 会低于原油热力学意义上的析蜡点，并且不同方法测定的析蜡点 也会有差别。实际应用中，应根据具体的客观实验条件、应用目 的等选择合适的析蜡点测定方法。因此在实际可测的析蜡点以上 的温度就已经有蜡析出了，但并不多；而析蜡点以下温度析出的 蜡稍多，客观上已影响了粘温关系的变化。
需要说明的是，上述划分原油几种流变类型的温度界限并 不严格，只能作参考，这些界限温度与原油的组成特别是原油 中蜡的含量及其碳数的分布，以及原油所经历的历史条件有很 大关系。例如，当蜡分子碳数分布较窄时，在油温降低过程中， 蜡会在一个较窄的温度范围内大量析出，使得原油的流变性随 温度变化很快，这时原油的反常点、失流点与凝点的之间的温 度范围就较小。
而在常温下，原油中往往会有较多的蜡结晶析出。这些蜡晶
或蜡晶絮凝体的尺寸处于胶体或粗分散体系的范围，因此，多量 蜡晶的析出使得含蜡原油成为以蜡晶为主要分散相的胶体分散体 系或固液悬浮体系。含蜡原油中的蜡在常温下以片状或细小针状 结晶析出，蜡晶的形状很不规则，蜡晶的比表面积较大，蜡晶对 液态油具有亲液的性质，蜡晶之间的范德华引力也容易使蜡晶之 间形成絮凝体结构，从而使含蜡原油在蜡晶析出量很少的温度下 就成为结构性溶胶体系，表现出非牛顿流体特性。
原油破乳剂原理
原油破乳剂原理一、引言原油破乳剂是石油开采和炼油过程中常用的一种化学剂，用于破乳原油中的乳状液体，以便更好地分离油水两相和提高石油的品质。
本文将介绍原油破乳剂的原理及其在油田开发中的应用。
二、原油破乳剂的原理原油中的乳状液体是由水和油形成的胶体体系，其中水分散在油中形成小液滴。
原油破乳剂的作用是通过改变乳状液体的表面性质，使水和油相互分离，从而加快石油分离过程。
原油破乳剂的主要成分是表面活性剂，它能够在水和油的界面处形成一层薄膜，降低乳状液体的表面张力，使水和油能够更好地分离。
表面活性剂分为阳离子、阴离子和非离子三种类型，不同类型的表面活性剂适用于不同种类的原油。
在原油中添加表面活性剂后，它会吸附在水油界面处，形成一个类似于胶束的结构。
这种结构能够将分散的水液滴包裹在内部，形成稳定的乳状液体。
当添加原油破乳剂时，表面活性剂会破坏这种结构，使水液滴相互融合，从而分离出水相和油相。
三、原油破乳剂的应用1. 油田开采在油田开采过程中，原油破乳剂可以帮助分离原油中的水相和油相。
油井中的油水乳状液体会降低油井的产能，影响油田的开发效果。
通过添加原油破乳剂，可以破坏乳状液体的结构，使水和油相分离，提高油井的产能。
2. 炼油过程在炼油过程中，原油破乳剂可以帮助分离原油中的水相和油相，减少残留水分对炼油设备的腐蚀，提高炼油产品的品质。
同时，原油破乳剂还可以降低炼油过程中的能耗，提高炼油的经济效益。
3. 环境保护原油中的水相含有大量的盐分和有机物，对环境造成污染。
通过使用原油破乳剂，可以有效地分离水相和油相，减少水相的排放，降低环境污染。
四、总结原油破乳剂通过改变原油中乳状液体的表面性质，使水和油相互分离，提高石油的品质和开采效果。
它在油田开采和炼油过程中起到了重要的作用，并对环境保护起到了积极的推动作用。
随着科技的不断进步，原油破乳剂将会在石油工业中发挥更大的作用。
胶体分散体系精品PPT课件
所谓宏观是指研究对象的尺寸很大，其下限是人 的肉眼可以观察到的最小物体（半径大于1微米），而 上限则是无限的。
所谓微观是指上限为原子、分子，而下限则是 一个无下限的时空。
在宏观世界与微观世界之间，有一个介观世界， 在胶体和表面化学中所涉及的超细微粒，其大小、 尺寸在1nm-100nm之间，基本上归属于介观领域。
憎液溶胶的特性
（1）特有的分散程度 粒子的大小在1~100 nm之间，因而扩散较
慢，不能透过半透膜，渗透压低但有较强的动 力稳定性 和乳光现象。
（2）多相不均匀性 具有纳米级的粒子是由许多离子或分子聚
结而成，结构复杂，有的保持了该难溶盐的原 有晶体结构，而且粒子大小不一，与介质之间 有明显的相界面，比表面很大。
本章主要讨论憎液溶胶
（3）按胶体溶液的稳定性分类
②亲液溶胶
大（高）分子化合物的溶液通常属于亲液溶胶。
半径落在胶体粒子范围内的大分子溶解在合适的溶 剂中，它是分子溶液，但其分子的大小已经到达胶体的范 围，因此具有胶体的一些特性（例如：扩散慢，不透过半 透膜，有Tyndall效应等等）。
若设法去除大分子溶液的溶剂使它沉淀，重新再加 入溶剂后大分子化合物又可以自动再分散，因而它是热 力学中稳定、可逆的系统。
不同状态时，则形成不同的固溶胶：
A.固-固溶胶 如有色玻璃，不完全互溶的合金
B.固-液溶胶 C.固-气溶胶
如珍珠，某些宝石 如泡沫塑料，沸石分子筛
根据分散相和分散介质的聚集状态进行分类
3. 气溶胶
将气体作为分散介质所形成的溶胶。当 分散相为固体或液体时，形成气-固或气-液 溶胶，但没有气-气溶胶，因为不同的气体 混合后是单相均一系统，不属于胶体范围。
分类系统通常有三种分类方法：
石油胶
油田化学OILFIELD CHEMISTRY1999年 第16卷 第1期 VoL.16 No.4 1999石油胶态分散体的稳定性樊西惊摘要：本文简介了石油胶态分散体的一般概念、结构和组成，重点分析了石油胶态分散体的稳定性和影响稳定性的主要因素，讨论了石油开发和加工过程中有机沉积的预测和控制原理及一些经验规律。
关键词： 石油；胶态分散体；稳定性；沥青质；胶质；有机沉淀；综述中图分类号：O648.14：TE622.12文献标识码：A文章编号：1000-4092(1999)-01-0072-05STABILITY OF COLLOID-TYPE PETROLEUM SYSTEMSFAN Xi-Jing(Department of Basical Principles, Xi'an Petroleum Institute, Xi'an, Shaanxi 710065, Chian) Abstract：In this review article, the general concepts, composition, structure and characteristics of colloid-type pertroleum systems(crude oil and its heavy fractions and residuum) are introduced, their stability(or dispersibitily, or compatibility) is discussed comprehensively, the prediction and control of the organic deposition in petroleum recovery and refining operations are described.Key Words: Petroleum; Colloidal Dispersions; Stability; Asphaltenes; Resins; Organic Deposition; Review1 前言 石油是天然存在的以烃类为主的气相、液相及固相的混合物，它的物理性质、化学性质、元素组成、族组成、馏分组成和分类已有详尽的论述［1］。
原油流变学-第4章 原油流变性 §4.3 含蜡原油的流变类型 §4.4 含蜡原油的粘弹性
并恒温30 min，使原油形成一定的胶凝状态，然后，使用0.215 Hz的振荡
频率，从低到高进行剪切应力的振荡扫描测量，测量弹性模量G’，损耗模
量G’’ ，振荡剪切应变幅值γ和损耗角δ，随剪切应力τ的变化。
13
随着温度的降低，胶凝原油的储能模量G’增大，临界线性剪切 应力τ增大，但临界线性应变γ减小。
3
二、含蜡原油流变类型随温度的变化特点
随着温度的降低，含蜡原油的流变性也越来越复杂。研 究表明，不同油田的含蜡原油，其组成和物性尽管不同，但 流变性规律有许多相似之处。
在工程实用温度范围内，按油温从高到低的变化，参照 原油在该热历史条件下测得的凝点Tz，大体可以把含蜡原油的 流变性归纳为3种流变类型：
为了避免初凝（凝管）及再启动困难，一般至少要高于凝 点3～5℃，即TZ>=T凝 +(3~5) ℃。特别是对于凝固点较高的含 蜡原油，由于在凝固点附近的粘温曲线很陡，其经济进站油温 常略高于凝固点。
输油温度不低于T反 。
12
§4.4 含蜡原油的粘弹性
一、胶凝含蜡原油的小振幅振荡剪切实验特性
测量条件：原油经50 ℃加热，按照0.5℃/min 的速度冷却至测量温度32 ℃，
另外，胶凝结构开始急剧破坏，所对应的剪切应力即屈服值τy 也随温度的降低而增大。
14
胶凝原油的储能模量G’与一定范围内的实验振荡频率无关， 表明，胶凝原油固有的特征时间或松弛时间α远大实验特征时间te。
在这种情况下，胶凝原油中受振荡扰动的结构不能在振荡周 期内得到松弛， 胶凝原油表现出较大的弹性响应。
15
二、胶凝含蜡原油的蠕变/回复特性
线性粘弹性
非线性粘弹性
16
三、原油粘弹性机理 原油在一定的非牛顿流体状态下，特别是在胶凝状态下，
原油流变学
第一章1粘性 ;当相邻流层存在着速度差时，快速流层力图加快慢速流层，慢速流层力图减慢快速流层，这种相互作用随着速度差的增加而加剧，流体所具有的这种性质就是粘性 2 动力粘度：流体对变形的抵抗随形变速率的增加而增加的性质3运动粘度：动力粘度与同温度下流体密度的比值 4 流变学：是一门研究材料或物质在外力作用下变形与流动的科学 5 流变学研究的是纯粘性固体与牛顿流体状态间的所有物质的变形与流动的问题 5 物质的流变性：物体在外力的作用下变形与流动的性质 6 连续介质：就是把物质看做是由一个挨一个的，具有确定质量的，连续的充满空间的众多微小质点所组成的 7 一般施加到材料上的力有三种或三种的组合：拉力，压缩力，切向力8 应变速率又分为拉伸应变速率和剪切应变速率9剪切应变速率描述的是流体的剪切运动，拉伸应变速率描述流体的拉伸运动10剪切速率：单位时间内剪切应变的变化11 本构方程（流变状态方程，流变方程）：料宏观性质的数学模型12 物质的流变学分类：刚体，线性弹性体，弹粘性体（弹粘性固体，粘弹性流体），非线性粘性流体，牛顿流体，无粘性流体。
13 德博拉准则：De 很小，呈现粘性，很大，呈现弹性14 分散体系：指将物质（固态，液态，气态）分散成或大或小的粒子，并将其分布在某种介质之中所形成的体系 15 非均匀分散体系具备的 2 个条件：在体系内个单位空间所含物质的性质不同，存在着分界的物理界面 16 流体的流变性分类：按照流体是否含牛顿内摩擦定律（牛顿流体，非牛顿流体），按流体是否具有弹性 (纯粘性流体，粘弹性流体)，按照流变性是否与时间有关（与时间有关的流体，与时间无关的流体）17 与时间无关的流体：牛顿流体，胀流型流体，宾汉姆流体，屈服-假塑性流体，卡森流体18 随着剪切速率的增加，表观粘度是减小的，因此假塑性流体具有剪切稀释性 19 剪切稀释性：对于假塑性流体，随着剪切速率的增加或剪切应力的增加，表观粘度降低，对其他类型的非牛顿流体，也表明这一特点，这一特点在流变学上称为剪切稀释性 20 具有剪切稀释性的原因：假塑性流体是最常见的非牛顿流体，在乳胶类，悬浮类，分散类物料中广泛遇到。
复杂油田原油破乳方法的研究进展
复杂油田原油破乳方法的研究进展复杂油田是指储层条件复杂、开发难度较大的油田。
由于其特殊的地质背景和复杂的流体性质，原油中往往会含有大量的沉淀物和胶体物质，导致原油粘度升高、流动性差，给油田开发和生产带来了很大的困难。
破乳是指将原油中的沉淀物和胶体物质重新分散、悬浮，降低原油的粘度，提高流动性的过程。
本文将对复杂油田原油破乳方法的研究进展进行论述。
目前，常用的原油破乳方法主要包括机械破乳、化学破乳和物理破乳三种方式。
机械破乳是指通过机械力的作用使原油中的沉淀物和胶体物质重新分散。
其中常用的方法包括搅拌、喷射、振动等。
搅拌是一种简单有效的机械破乳方法，通过搅拌设备将原油进行强力搅拌，使油中的沉淀物和胶体物质分散均匀。
喷射则是通过喷射装置将原油进行高速喷射，使其产生剪切力和冲击力，从而使固体物质重新悬浮。
振动则是通过振动装置将原油进行震动，使悬浮的固体物质重新分散到原油中。
机械破乳方法存在设备复杂、能耗大、工艺复杂等问题，且对原油的粘度、温度、固体物质浓度等条件有一定的限制。
化学破乳是指通过添加破乳剂，使原油中的沉淀物和胶体物质在化学反应的作用下重新分散。
破乳剂通常是一种具有表面活性剂性质的有机物，能够降低油水界面张力，改变界面物质的排布，从而使胶体物质从大团分散成小分散。
常用的破乳剂有非离子型、阴离子型和阳离子型等。
近年来，一些新的破乳剂被研究出来，如聚合物破乳剂、复合破乳剂等，这些破乳剂具有破乳效果好、环境友好等特点。
化学破乳方法操作简单、效果明显，适用于各种条件下的破乳，但对破乳剂的使用量、反应时间、油水界面张力等参数需要进行合理控制。
物理破乳是指利用物理力学原理将原油中的沉淀物和胶体物质重新分散。
常见的物理破乳方法包括超声波破乳、微波破乳和电磁场破乳等。
超声波破乳是利用超声波在介质中产生的微小空化作用，形成空化冲击波，从而使油中的胶体物质重新分散。
微波破乳是通过微波能量对油中的沉淀物和胶体物质进行加热，从而改变其分子结构，使其重新分散。
分散系及胶体PPT
实例 空气 云、雾 烟灰尘 泡沫 牛奶、酒精的水溶液 糖水、油漆 泡沫塑料 珍珠(包藏着水的碳酸钙) 有色玻璃、合金
(2)按照分散质粒子的大小来分
• 分散系 •溶液 •胶体 •浊液
• 二、胶体
• (1)本质特征：分散质粒子的直径在
1~100nm之间．
• (2)丁达尔效应：区分胶体与溶液的一种物
理方法．
能
不能
是否有丁达尔
否
效应
实例
饱和ＮａＣｌ溶 液
是
豆浆
否
泥浆水
Q：如果空气中没有气溶胶，我们的 环境将会是什么样？
• 光照下无
丁达尔效应
空间变得一团 漆黑
人类难以生存
随堂检测
• １．用特殊方法把固体物质加工到纳米级
(1nm~100nm)的超细粉末粒子，然后制得纳米材 料．下列分散系中的分散质粒子的大小和这种纳 米粒子大小具有相同的数量级的是( )
• Ａ． 溶液 Ｂ．悬浊液 Ｃ．胶体 Ｄ． 乳浊液 • ２．下列分散系属于胶体的是( ) • Ａ．淀粉溶液 Ｂ．食盐水 Ｃ．牛奶 Ｄ．碘酒
• ３．根据中央电视台报道，近年来，我国的一些
沿江或沿海城市多次出现大雾天气，致使高速公 路关闭，航班停飞，雾属于下列分散系中的( )
• Ａ． 溶液 Ｂ． 悬浊液 Ｃ．乳浊液 Ｄ． 胶体 • ４．区别溶液和胶体的最简单的方法是( ) • Ａ． 观察外观 Ｂ． 丁达尔效应 Ｃ． 加热 • ５．胶体的最本质的特征是( ) • Ａ． 丁达尔效应 Ｂ． 可以通过滤纸 • Ｃ． 分散质粒子的直径在1nm~100nm之间
一、分散系及其分类
• 1 、分散系：把一种(或多种)物质分散在另
一种(或多种)物质中所得到的体系．
石油胶体分散体系理论及其在工业中的应用
石油胶体分散体系理论及其在工业中的应用根据传统,石油原料加工过程的工艺计算和实际的操作,是基于将原油和渣油视为分子溶液的概念,而不是将它看作分散体系,并假定原油组分仅与溶夜的性质有关,至于分散相结构基元的大小则不影响传质和传热过程,因而也就不影响加工结果[1]。
自1924年以来,人们不断发觉和证明了石油分散体系的胶体溶液的行为特征[2,3],进一步熟悉到,沥青质所以成为原油中最难加工的组分是因其形成了胶体颗粒,由于它的极性和复杂的结构,使它在原油的开采和加工的过程中有絮凝和沉淀的趋势[4],因而对石油分散体系状态重新熟悉,并将其考虑进石油加工和开采过程,对于提高石油的开采率、利用率及改善石油产品的分布和质量具有特殊重要的意义。
现有的石油分散体系认为,可通过转变外界条件(温度、超声波、添加剂等)来调整体系的状态,转变其传质、传热特性,并把体系处于最有利于加工的状态称为活化状态。
在催化裂化工艺中通过往催化裂化原料中加入添加剂,使其处于活化状态,取得了提高轻质油收率,降低焦炭产率的良好效果。
1石油分散体系的胶体特征1.1分散相的外形和大小胶体化学中把分散相颗粒大小在1～100ｎｍ范围内的分散体系称为胶体。
胶体可以是多分散的也可以是单分散的,这主要取决于胶体的制备方法[5]。
Ｈｅｒｚｏｇ等人[6]采用小角度Ｘ散射研究了苯中的沥青质,认为这样的分散体系是以0.34ｎｍ厚,1.3～80ｎｍ为半径的盘状聚集体为分散相的多分散体系。
ＳｈｅｎＥＹ[3]等人通过ＳＡＮＳ研究了甲苯中的沥青质,并提出了一种考虑多分散性的数学处理方法对数据进行处理,得出沥青质是以平均半径为4.5ｎｍ左右的球形聚集形式存在的,沥青质-苯分散体系是一种多分散体系。
1.2沥青质分散体系的光学性质光散射是胶体的一种重要的光学性质,胶体光散射的出现是由于胶体质点的存在,造成介质的光学不匀称性(即胶体质点和分散介质的折光指数不同)以及分子热运动引起的折光指数的局部涨落引起的,而前者为主要因素[5]。
胶体系统物理化学中的理论分析
胶体系统物理化学中的理论分析胶体是指由微米级或纳米级的颗粒和分子组成的分散体系，由于其特殊的性质和广泛的应用，胶体系统的研究一直是物理化学领域的热点。
在理论分析方面，胶体系统的动力学行为、相互作用力、热力学性质和结构都是研究的重点。
本文将介绍一些常见的胶体系统理论分析方法。
1. 动力学行为的理论分析胶体系统的动力学行为是指其微粒在胶体溶液中的运动方式和速度分布。
在分析胶体的动力学行为时，可以使用布朗运动理论。
根据布朗运动理论，微观粒子的运动速度服从高斯分布，粒子的位移随时间的变化符合随机游走模型。
运用随机游走理论和分子碰撞原理，可以进一步分析汇聚现象、扩散系数、碰撞次数等动力学参数。
另外，胶体系统的重要特征之一是其非平衡状态。
在非平衡胶体系统中，微粒的运动和分布受到许多复杂因素的影响，例如外场作用、表面作用和相互作用。
因此，研究胶体系统的非平衡状态需要结合动力学理论和实验方法，以得到更精确的结果。
2. 相互作用力的理论分析胶体系统中微粒之间的相互作用力对于胶体的物理性质和行为有着重要的影响。
常用的相互作用力包括范德华力、库仑相互作用和双曲线势力。
其中，范德华力描述的是无电荷的分子间相互作用力，而库仑相互作用主要描述带电分子之间的相互作用力。
在理论分析方面，经典分子动力学和场论方法被广泛应用于计算胶体系统的相互作用力。
在经典分子动力学方法中，胶体溶液中微粒之间的相互作用力由Lennard-Jones势和Coulomb势来描述。
而在场论方法中，常用的理论包括均匀场理论、粘度理论和分子平均场理论。
这些方法可以用于模拟电荷、温度和压力变化对胶体系统的影响，从而推断出胶体系统微粒之间的相互作用力和相互作用的强度。
3. 热力学性质的理论分析胶体系统的热力学性质也是胶体化学研究领域的一个重要问题，常用的热力学参数包括熵、自由能和焓。
熵描述了胶体系统无序度的大小，自由能是描述系统状态稳定程度的重要参数，而焓则表征了胶体系统的热力学状态。
第8章 胶体分散体系稳定性(共46张PPT)
8.2.2 慢聚沉：
• 当质点之间有势垒存在时，势垒的作用相当于质点 之间存在一斥力，在其作用下，质点向彼此远离的 方向扩散。
• 于是，慢聚沉的聚沉速度常数 Ks 比快聚沉小〔应加 一阻力校正项〕：
U
K K exp( m )
s
r
kT
〔Ks 即 Kslow 〕
B
• 式中 Kr 相当于碰撞频率，Vm 势垒相当于慢聚沉过
14
8.1.3 总的势能曲线
系统的总势能为斥力势能和引力势能的加和。
UUAUR
以总势能对距离作图， 即得总势能曲线
Umax为势垒
当粒子的动能大于势垒时方能聚沉
势垒的上下决定了胶体的稳定性
15
当颗粒动能较小时，不能越过能垒而相互靠近； 只有当动能很高时，方能越过能垒而聚沉。这就很好 地说明了溶胶是一种亚稳的系统。
M 1 :M 2:M 3 (1 )6:(1 )6:(1 )6 1 :6:7 429 1 ccccccccc 2 3
CCC：临界絮凝浓度〔临界聚沉值〕
19
临界聚沉浓度
胶体的稳定性取决于总势能曲线上的势垒的大小。那 么就可以定性地把是否存在势垒作为判断胶体稳定与否的 标准。
势垒的高度随溶液中电解质浓度的增大而降低，
ψ0为正值，随距离增大呈指数衰减。 (4) 参加电解质对引力势能影响不大，但对斥力势能的影响却十分显著
从电解质对胶体粒子势能的影响看, 当电解质的浓度或价数增加使溶胶发生聚沉时, 所必须克服的势垒高度和位置皆发生变化。
(b) 聚沉值与分散介质介电常数的立方成正比
22
DLVO理论总结〔1〕
胶粒既存在斥力势能，也存在引力势能。前者是带电胶粒靠
4
原油中水滴电分散的研究
原油中水滴电分散的研究
近年来，由于原油中存在大量的水滴，对原油中水滴电分散的研究受到了广大科学家的重视。
以下是对原油中水滴电分散的研究内容：
一、电分散传热机理
1、电分散过程中涉及的传热机理，比如电流带来的侵蚀热传递、电压变化使得液滴中电荷的聚集与分散，以及液滴表面的电势变化等因素。
2、电流对液滴的侵蚀和热传递的影响下，液滴的温度会有明显的变化，对液滴的电分散和液滴的变形以及振动效应等都有很大的影响。
二、液滴电分散机理
1、电分散机理中，液滴内部介质本身电性质是相当重要的，例如液滴内部电荷密度变化以及电位驱动等，是液滴电分散以及操控的关键因素之一。
2、液滴内外环境电场强度、液滴半径以及液滴的表面张力也是影响液滴电分散的一个重要参数。
三、原油中水滴电分散机理
1、由于原油中包含有大量的非电导性物质，在原油中水滴的电分散过程中会受到不同的热传递机理的影响，包括凝胶热传、热传递、热液运动等。
2、在电分散过程中，因原油中的离子聚集和分散，离子受到电场的影响而发生迁移和对流，热传递机理得到改变，从而影响电分散过程中水滴的变形以及液滴的温度升高等。
四、原油中水滴电分散的应用
1、原油中水滴电分散的研究在市场上有着广泛的应用，可以应用在石油工业的储存、运输和处理等领域，延长系统的运行寿命，提高整个系统的性能。
2、此外，对于油井以及连接油管的控制系统，由于原油中水滴电分散的研究可以有效减少因水滴引起的失速损失，可大大提高油井操作的精度。
总之，原油中水滴电分散的研究由于其市场应用范围广泛，得到了广大科学家的重视与关注，未来的研究非常值得期待。
胶体分散系统ppt课件
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2024/8/7
Brown运动的本质
Brown运动的公式
1
x
RT L
t
3r
2式Leabharlann x 是在观察时间t内粒子沿x轴方向的平均位移； r为胶粒的半径；
为介质的粘度；
L为阿伏加德罗常数。
这个公式把粒子的位移与粒子的大小、介质粘度、 温度以及观察时间等联系起来。
分散相与分散介质
把一种或几种物 质分散在另一种物质 中就构成分散系统。 其中，被分散的物质 称为分散相，另一种 物质称为分散介质。
例如：云，牛奶，珍珠
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2024/8/7
（1）按分散相粒子的大小分类
1.分子分散系统 分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，
没有界面，是均匀的单相，分子半径大小在10-9 m以 下 。通常把这种体系称为真溶液。 2.胶体分散系统
分散相粒子的半径在1 nm~100 nm之间的系统。目 测是均匀的，但实际是多相不均匀系统。 3.粗分散系统
当分散相粒子大于100 nm,目测是混浊不均匀体系， 放置后会沉淀或分层。
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2024/8/7
（2）按分散相和分散介质的聚集状态分类
1.液溶胶 将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散
因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不 稳定体系，有自发降低表面自由能的趋势，即小粒子会自 动聚结成大粒子。
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2024/8/7
胶团的结构
形成憎液溶胶的必要条件是： （1）分散相的溶解度要小； （2）还必须有稳定剂存在，否则胶粒易聚结而
石油开采中的胶体化学
石油开采中的胶体化学
胶体化学在今天已经广泛应用于石油开采全过程中，它主要包括胶体在藏烃水合作用、流体淋洗表面物理柔性、凝胶阻断滤失等方面的研究。
石油开采的胶体化学多用于池抽取，它可以控制水泥干混黏度，理想情况下在复杂的渗流条件下可以消除过滤失，使注入液能有效地驱动储层。
在孔隙媒质的末端，它能把大分子物质均匀地分布在储层裂隙内，从而形成凝胶屏障，达到滤失阻止的效果。
其次，胶体与藏烃溶液之间的逆相对和互溶性质，能加强烃析构，增强藏烃的基本比收率，从而达到石油开采的效果。
此外，多年来，许多学者也根据胶体化学的运用来研究石油开采过程中的淋洗表面柔性问题。
利用圆柱体模型，他们可以探究凝胶形成后，藏烃水如何对孔壁进行流体淋洗，从而形成液体柔性膜层，提高孔容，提升烃析收率。
综上所述，胶体化学在石油开采行业发挥着越来越重要的作用，是石油开采领域高级教育应用的重要组成部分。
分散体系
注意事项
①溶液这种分散系中，溶质是分散质，溶剂是分散剂。 ②悬浊液或乳浊液中不存在溶质和溶剂的概念 即浊液中的分散质不能叫溶质，分散剂也不能叫溶剂。 ③根据分散质与分散剂的状态，它们之间可有9种组合方式： 气体→气体、液体、固体液体→气体、液体、固体固体→气体、液体、固体 ④溶液不一定是液体，如合金属于溶液；同理，浊液不一定是液体，不洁净的空气属于浊液 。
相关概念
（1）分散系：把一种（或多种）物质分散在另一种（或多种）物质中所得到的体系，叫做分散系。如把 NaCl溶于水形成的溶液；把酒精溶于水形成的溶液；把牛奶溶于水形成的乳浊液；把泥土放入水中形成的悬浊液； 水蒸气扩散到空气中液化形成的雾。这些混合物均被称为分散系。
（2）分散质：被分散的物质（可以是固体、液体、气体）。 如上述分散系中的NaCl、酒精、牛奶、泥土、水蒸气都是分散质。 （3）分散剂：起容纳分散质作用的物质（可以是气体、液体、固体）。 （4）介稳体系：胶体的稳定性介于溶液和浊液之间，属于介稳体系。 如上述分散系中的水、空气都是分散剂。
谢谢观看
分散系
分散系是混合分散体系的简称。
分散系中被分散的物质叫做分散质，容纳分散质的叫做分散剂。在水溶液中，溶质是分散质，水是分散剂。 溶质在水溶液中以分子或离子状态存在。
分散系பைடு நூலகம்分散相（或分散质）+分散剂
分散体系的某些性质常随分散相粒子的大小而改变。因此，按分散相质点的大小不同可将分散系分为三类： 低分子（或离子）分散系，其分散质粒子的线形大小在1nm以下，称为溶液；胶体分散系，其分散质粒子的线形 大小在1-100nm之间，称为胶体；粗分子分散系，其分散质粒子的线形大小在100nm以上，称为浊液。三者之间无 明显的界限。
分子分散体系（溶液）：颗粒大小<1×10`-9，特性：粒子能通过滤纸，扩散很快，能渗透，在超显微镜下 也看不见。
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原油胶体分散体系理论
该理论以胶体理论为基础：胶体之间既存在着斥力势能也存在着引力势能[69]。
前者是由于带电胶粒相互靠拢时形成双电层交叠产生的静电排斥力，后者是由于长程范德华引力形成的。
胶粒之间的总势能U 可用其斥力势能UR和引力势能UA来表示。
斥力势能和引力势能的相对大小决定了胶体的稳定性。
总势能U、斥力势能UR和引力势能UA随粒子间距的变化如图4-2 所示。
在总势能曲线上有一个势能峰值和两个势能最小值。
两个势能最小值中，距离原点较近且深的称为第一最小值；距离原点较远而且浅的称为第二最小值。
峰值的大小构成了阻碍胶粒聚结的势垒（Umax），如果胶粒要发生聚结，则必须
要越过这一势垒才能实现。
通常情况下胶粒在第一最小值处聚结，形成结构、性质较为稳定的物质，但对于较大的粒子，特别是形状不对称的粒子如片状粒子或者棒状粒子，则很容易在第二最小值处聚结，形成结构松散的物质。
当原油的温度低于蜡的结晶温度时，液态的蜡质从原油中析出，由于原油中所含有的胶质和沥青质等物质的存在，使得析出的蜡质胶体具有胶粒的性质。
这种蜡质晶体胶粒本身的性质，使得位能上有较深的第二最小值的存在。
在外磁场作用下，胶粒间的范德华引力势能的增加导致蜡质的聚结在第一和第二最小值处同时发生。
蜡质在第一最小值处聚结生成结构致密的晶体，但是在聚结速率较大的条件下，生成的蜡晶结构与蜡晶胶粒在第二最小值处生成的蜡晶聚集体有相似之处，蜡晶间距较大，吸引力不强，结构松散。
另外，原油粘度的大小与原油中所含轻馏分的浓度有关。
磁处理前原
油中蜡晶胶粒体积小，相对来说表面积较大，有较多的轻馏分油吸附在蜡晶表面，因而游离的轻馏分油的浓度较低，原油的粘度大。
而磁处理原油中蜡晶胶粒聚结成为较大蜡晶或蜡晶聚集体，将吸附的轻馏分油完全或部分释放出来，从而增加了轻馏分油的浓度，降低了原油的粘度[70,71]
4.1.3 磁场影响分子间色散作用理论
石油胶体分散体系理论”为“DLVO理论”在磁处理机理探讨中的应用提供了必要的理论前提[72]。
原油的胶凝过程也就是石蜡等物质的结晶析出并结成网络的过程。
对于非极性分子而言，色散力是物质分子间相互吸引的主要原因。
长程范德华力是分子间色散力的宏观表现。
根据DLVO理论，影响蜡晶颗粒能否发生凝聚的一个重要因素
就是蜡晶颗粒的长程范德华引力的作用。
在原油管道输运中，采用磁处理来防蜡、降粘增输，正是利用了磁场对于分子间色散力的影响。
磁处理的原油是具有相变趋势的原油，此时原油中已经析出大量蜡晶颗粒，它们的表面吸附着轻馏分油悬浮于原油中。
从梁长青等的试验结论可知，磁场均匀性对磁处理效果的影响是至关重要的，用永磁体的磁场处理原油，沿轴向分布的均匀磁场可以获得最好的效果[73]
磁场影响分子体系瞬时偶极矩在垂直于磁场方向上的涨落，使分子在垂直于磁场方向上产生σ振动。
根据景辉对低维色散能的研究结果，在低维情况下，色散作用能不仅与电偶极矩涨落的大小有关，还与涨落的相对取向有关。
对于二维色散作用能，瞬时电偶极矩在同一平面内（纵向）的两个分子较不在同一平面内的其它情况色散作用能大。
纵向、横向、以及混合型二维色散三作用能之比为1:0.4:0.7[74] 。
磁场方向与原油流向正交并且沿轴向均匀分布，保证了蜡晶分子瞬时电偶极矩的涨落在同一平面内，最强的色散作用发生在原油流动的方向上。
均匀的磁场对蜡晶分子的影响相同，保证了在外加磁场作用下，蜡晶分子瞬时偶极矩能够精确的同位相，从而分子间产生较强的色散作用。
分子间的色散作用在均匀磁场作用下增强，蜡晶颗粒间的范德华力引力势能也相应的随之增强。
于是蜡晶颗粒在无磁场时尚不能聚结的条件下聚结，并释放出吸附的液态轻馏分油，这种聚结发生在原油内部并且形成的蜡晶悬浮于原油中，因而防止了其网络化以及在输油管壁上的聚结。
由于色散作用的累加效应，磁场对高分子量石
蜡分子的影响显著于液态轻馏分油的影响，在流经磁场作用的区域后，由于磁处理效应的暂态性，轻馏分又很快恢复到原来的状态，而磁场对石蜡颗粒的影响却在输油管道持续降温的背景条件下保持下来。
在磁场作用下结果是，原油中的石蜡颗粒的数量减少，并且游离态轻馏分油浓度增加。
原油的粘度随游离态轻馏分油浓度的增加而降低，因此，磁处理原油可以产生降粘的效果[31]。