Baza fizico-chimică a proceselor (interacțiunea cu transferul de sarcină)
Forțele care acționează între molecule asociate cu transferul de sarcină se formează în timpul interacțiunii dintre donatorii de electroni cu energie redusă de ionizare și acceptori, electroni legați de electron. Rezistența solventului donatorului este caracterizată de capacitatea de a dizolva compușii cu legături ionice și covalente și de a provoca ionizarea soluției. Compus cu proprietăți diferite ale donatorilor rezistente donor sulfoxide forță mai mici sunt cetone, pentru donatori slabi includ nitrili și sulfone, apa este donatorul mediu. Experimentele efectuate în ultimii ani, au stabilit că forțele asociate transferului de încărcare, mai slabă decât cea determinată anterior, și totuși, ele pot provoca nespecifice van der Waals forțe suplimentare de interacțiune intermoleculară.
În procesul de dizolvare a componentelor materiei prime petroliere, toți participanții la forțele de interacțiune dintre molecule pot fi arătați într-un grad diferit în solvenți. Cu temperatura crescândă, valoarea legăturilor de hidrogen și interacțiunea de orientare scade, valoarea forțelor de dispersie devine cea mai importantă. Solvenții organici și anorganici pot fi împărțiți în două grupe, în funcție de capacitatea de dizolvare a hidrocarburilor. Grupa 1 include solvenți care, în condiții normale de temperatură, interacționează cu constituenții lichizi ai materiei prime, de obicei în multe privințe; procesul de dizolvare a componentelor solide în ele se încadrează în teoria generală a solubilității solidelor în lichid. Astfel de solvenți includ compușii nepolari - hidrocarburi cu randament redus de parafină, compuși lichizi cu greutate moleculară mică cu un moment mic de dipol, și anume eter etilic, tetraclorură de carbon, cloroform și altele.
Solvenți. Grupa 2 se referă la compuși organici polari cu un moment dipol foarte ridicat: fenol, cetone alifatice, crezoluri, furfural, dietilenglicol și altele. Capacitatea componentelor de materii prime petroliere la solubilitatea în acești solvenți depinde de raportul cantitativ și temperatura, solvenții cu diferite solubilitate la diferite componente ale materiei prime petroliere, numite de obicei solvenți selectivi (selectiv).
În procesul de interacțiune a materiilor prime petroliere cu solvenții aparținând celui de-al doilea grup și a temperaturii medii, o cantitate mică de solvent se dizolvă în materiile prime. Odată cu creșterea volumului de solvent relativ la volumul de materii prime se formează un sistem în două faze: în prima fază - produs petrolier cu o cantitate mică de solvent în al doilea - partea de solvent dizolvat a componentelor de materii prime. Cu creșterea în continuare cu solvent de solubilitate multiplicitate ca intermediari de sinteză componente crește, și cu o creștere semnificativă a volumului de solvent are loc complet amestecarea cu materia primă.
Când temperatura amestecului se schimbă în condițiile unui raport constant între solvent și ulei, se obține o curbă generală, adică Este solventul pentru ambele grupuri și este construit pentru propan. Partea stângă a curbei caracterizează separarea componentelor materiilor prime din soluție datorită saturației sale cu scăderea temperaturii. Punctul KTP corespunde temperaturii critice de dizolvare a materiei prime petroliere într-un solvent dat, la un raport de materii prime și solvent. După acest punct, există un interval de temperatură la care se menține solubilitatea materiei prime din solvent. Partea dreaptă a curbei caracterizează separarea componentelor materiei prime petroliere la temperaturi situate deasupra punctului KTP2 și aproape de starea critică a solventului. La temperatura critică a solventului și la presiunea corespunzătoare presiunii vaporilor saturați, are loc o separare completă a componentelor materiei prime din soluție.
Solubilitatea componentelor materiei prime în solvenții din al doilea grup depinde de compoziția lor chimică și de natura solventului. În condiții neschimbate, cel mai bine este să se dizolve componentele polare ale materiei prime, adică rășini și alte componente non-hidrocarbonate; În acest caz, împreună cu orientarea, apar și forțele de dispersie ale interacțiunii intermoleculare. Componentele hidrocarbonate ale alimentului sunt compuși nepolari și sunt dizolvați în solvenți polari ca urmare a interacțiunii dipolilor constanți ai moleculelor de solvenți cu dipolii induși ai moleculelor de hidrocarburi.
Așa cum s-a arătat mai sus, dipolul indus în moleculele de hidrocarburi neutre crește cu creșterea intensității câmpului moleculelor de solvent (momentul dipolului) și cu polarizabilitatea moleculelor de hidrocarburi, adică capacitatea lor de a se deforma sub acțiunea unui câmp de forță extern. Cea mai mare valoare a polarizabilității este posedată de hidrocarburile aromatice, rezultând astfel că acestea au cel mai scăzut KTP. Acestea sunt urmate de hidrocarburi naftenice-aromatice și naftenice. În conformitate cu această secvență, temperatura critică a dizolvării lor în solvenți polari este crescută în condițiile unei structuri similare sau similare a moleculelor. CTE cele mai ridicate sunt hidrocarburile de parafină cu structură normală, care se datorează celei mai scăzute valori a polarizării moleculare medii.
În plus față de natura chimică, structura moleculelor de hidrocarburi influențează de asemenea valoarea KTP: Astfel, cu o creștere a numărului de inele în hidrocarburi, KTR lor scade brusc, cu creșterea lungimii lanțurilor alchilice - crește. Dependența scăderii KTP asupra numărului de inele din moleculele de hidrocarburi aromatice și naftenice este rectilinie. Cu numărul crescut de inele din moleculă, KTP de hidrocarburi naftenice cu cinci membri scade mai intens decât cele cu șase membri. În consecință, hidrocarburile aromatice policiclice, puțin protejate de lanțurile alchil laterale și inelele naftenice, se dizolvă mai întâi în solventul polar, deoarece în aceste hidrocarburi se produce mai întâi momentul dipolului pionizat. Pentru hidrocarburile naftenice și parafinice, se dizolvă în solvenți polari, în principal sub influența forțelor de dispersie.
Așa cum s-a indicat mai sus, solubilitatea componentelor de ulei în solvenții din al doilea grup depinde de natura solventului. La evaluarea impactului acestui factor asupra solubilității componentelor de alimentare ar trebui să ia în considerare două proprietăți de solvenți și natura lor conexe: selectivitate solubilitate. Capacitatea de dizolvare a solvenților este înțeleasă ca capacitatea sa de a dizolva cel mai complet componentele de materii prime care trebuie extrase. Selectivitatea solventului caracterizează capacitatea sa de a separa în mod clar unele dintre componentele materiei prime care trebuie extrase. Selectivitatea solventului caracterizează capacitatea sa de a separa în mod clar unele componente ale materiilor prime din celelalte. Între solvenți solubilității și momentul lor de dipol a găsit o asociere: cu cât momentul de dipol, datorită naturii grupării funcționale în moleculă, mai mare puterea sa de solvent. Totuși, acest lucru nu este întotdeauna cazul.
De exemplu, dipol momentele comune în solvenți practici industriale precum furfurol și fenol sunt, respectiv, 3,56 și 1,70D, în timp ce alimentarea cu solvent mult inferior fenol furfurol. Acest lucru se explică prin faptul că puterea de dizolvare a solvenților depinde, de asemenea, de structura radicalului hidrocarbonat al moleculelor lor, care determină forțele de dispersie ale solventului. Astfel, pe măsură ce lungimea radicalului de hidrocarbură din moleculele de cetonă crește, puterea de dizolvare crește, deși momentul dipolului chiar scade. Solvenții, în molecule din care pentru aceeași grupă funcțională conțin radicali de hidrocarburi de natură chimică diferită, diferă una de alta în puterea de dizolvare. radicalii hidrocarbonați în capacitatea lor de a crește solubilitatea acestor solvenți pot fi aranjate în următoarea ordine: alifatic> inel de benzen> inel tiofen> inel furan. Puterea de dizolvare a solvenților din al doilea grup scade cu creșterea numărului de grupări funcționale în molecula lor, în special dacă această grupare funcțională este capabilă să formeze o legătură de hidrogen.
Selectivitatea solventului este de asemenea afectată de magnitudinea momentului dipolului și de caracterul radicalului hidrocarbonat. Cu un radical de hidrocarbură constant, selectivitatea crește odată cu creșterea momentului dipol al solventului. Grupurile funcționale privind efectul asupra selectivității solvenților sunt situate în următoarele serii: NO2> CN> CHO> COOH> OH> NH2. Influența grupului funcțional poate fi atenuată de influența diferitelor radicali. Evident, solventul are o selectivitate bună numai cu o anumită combinație a radicalului hidrocarbonat și a speciilor din grupul polar.
În utilizarea practică a solvenților pentru curățarea produselor petroliere, se dovedește adesea că capacitatea sau selectivitatea solventului nu asigură rezultatele de curățare necesare. De exemplu, solventul ales are o solubilitate ridicată la selectivitate scăzută sau invers. În acest caz se utilizează solvenți amestecați sau se adaugă o cantitate mică de alt solvent la solventul principal, îmbunătățind una din proprietățile bazei. Pentru a reduce puterea de dizolvare, apa este folosită cel mai adesea drept anti-solvent în practică. Cu toate acestea, selectivitatea solventului polar se deteriorează de asemenea. De exemplu, atunci când curățarea unui ulei distilat de ulei vâscos Tuimazinskaya cu un conținut de apă în creștere în cantitate de fenol componentelor insolubile crește în aceasta, dar calitatea rafinatul se deteriorează; acest lucru indică o scădere simultană a puterii de dizolvare a fenolului și a selectivității acestuia.
Când se adaugă apă la furfural, puterea de dizolvare scade și ea, ceea ce se dovedește a fi extras din materia primă a hidrocarburilor solubile în el:
Apa are o influență semnificativă asupra capacității de dizolvare a cetonelor. Astfel, cu adăugarea a 1% (în masă) de apă, uleiul KTP crește cu 17C. Când un conținut de apă în cetonă atinge o valoare CTE maximă și creșterea în continuare a conținutului de apă duce la eliberare din soluție. Unii compuși organici pot fi, de asemenea, utilizați ca antisolvenți. De exemplu, pentru a reduce puterea de solvent de fenol poate fi adăugat la acesta etanol, glicol etc. Se obțin rezultate bune cu amestec anti-solvent, de exemplu un amestec de etanol și apă. Atunci când se alege un antisolvent, trebuie luată în considerare și selectivitatea acestuia: trebuie să fie egală sau mai mare decât selectivitatea solventului de bază.
În practica industrială, solvenții organici nepolari, cum ar fi benzenul și toluenul, sunt utilizați pe scară largă pentru creșterea capacității solventului. Atunci când sunt adăugate la dioxidul de sulf, furfurol, fenol, solvent cetonic dramatic crește capacitatea acesteia din urmă și a redus coeficientul de dilatație termică, dar la aceeași selectivitate redusă. La creșterea puterii de solvent de acetonă și metil etil cetonă (MEK), adăugând la acesta toluen pot fi evaluate în funcție de coeficientul de dilatație termică uglvodorodov naftenice și aromatice izolate din diferite uleiuri (solvent raportul: hidrocarbură = (3: 1):
Când se adaugă toluen la cetonă, solubilitatea hidrocarburilor crește mai mult pentru soluții în acetonă decât în metil etil cetona. Cu alte cuvinte, adăugarea de toluen într-un solvent cu o solubilitate redusă (acetonă) determină o creștere mai mare a puterii de dizolvare.
Dintre toate fracțiunile petroliere hidrocarburi cea mai mică solubilitate în solvenți posedă votare hidrocarburi solide parafinice și naftenice, aromatice, naftene și aromatică cu catene alchil lungi ale structurii normale. Dacă adăugat la selectiv solvent, benzen sau toluen (sau ambele), este posibil să se aleagă un amestec în care la anumite temperaturi care nu se dizolvă uleiurile de hidrocarburi solide și se dizolvă toate celelalte hidrocarburi. De exemplu, atunci când este adăugat benzen dioxid de sulf lichid (15-20% SO2 și 75-80% benzen) amestec crește puterea de solvent, astfel încât la 30 ° C pentru a se dizolva toate hidrocarburile conținute în distilat, vâscozitate medie, cu excepția hidrocarburi solide. Pe măsură ce lungimea radicalului de hidrocarbură crește în moleculele de solvent, de exemplu în cetone, crește solubilitatea tuturor componentelor de ulei. Dar în acest caz, solubilitatea componentului lichid crește mai repede decât solidele, ceea ce permite o solubilitate completă a componentelor lichide în condiții de temperatură scăzută la solubilitate scăzută a componentelor solide. Astfel de solvenți sunt cetone mai mari (metil-n-propil cetonă, metilbutil cetone, etc.). Cu hidrocarbură elongație cetonă radical dispersie solvent creșterea forțelor, astfel încât adăugarea de toluen sau benzen la high cetone nu este necesară.
Adăugarea unui al doilea solvent, solventul nepolar la solvent nepolar, cum ar fi propan lichefiat, poate fi reglată puterea acesteia din urmă dizolvare. Deci, atunci când adăugați metan la propan. etan și alți alcooli, solubilitatea acestuia scade. Butanul, pentan și alți omologi mai mari metan, olefine și unii solvenți polari crește solubilitatea propan. Pentru aditivi care modifică solubilitatea componentelor materiei prime petroliere în propan la temperaturi apropiate critice includ fenol, crezol, furfurol și alți solvenți. Acești compuși, atunci când este adăugat la propan în cantități care sunt complet dizolvate în aceasta, crește puterea de solvent. Dacă solvenții polari se adaugă propan în cantități mai mari decât poate în aceste condiții dizolvate, atunci există o a doua fază lichidă, care servește ca bază introdus în sistemul de solvenți. Propanul în acest caz este în principal un diluant de materii prime și pierde parțial capacitatea de deplasare.
Astfel, utilizarea solvenților amestecați pentru purificarea și separarea materiilor prime petroliere face posibilă reglarea solubilității și selectivității lor.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: