Ўзбекистон республикаси олий ва ўрта махсус таълим вазирлиги абу райхон беруний номидаги

4.3. Коллоид-дисперс хоссалар

Моддаларни дисперс ҳолати тўғрисидаги маълумот акад. П.А. Ребиндернинг биринчи илмий иш натижаларидан (1955-1958 йиллар) бошланган. Проф. З.И.Сюняев ва шогирдлари томонидан XX-аср 60-йилларидан ўрганила бошланган нефть дисперс системалари (НДС) суюлтирилган системаларга мансубдир (юқори концентрланган системалар бўлмиш пасталар, порошоклар, бетонлар ва бошқалардан фарқли ўлароқ). Дисперс системаларни умумий синфланишида (4.1-жадвал) НДС салмоқли ўринни эгаллайди ва ҳеч бўлмаганда 8 турни ўз ичига олган.

4.1-жадвал
Нефть дисперс системалар турлари

НДС компонентлари		НДС тури	Мисоллар
дисперс фаза	дисперс муҳит
1	2	3	4
Суюқлик	Газ	Аэрозоллар	Йўлдош ёки табиий газдаги бензин (ёки нам) томчилари
Қаттиқ жисм	Газ	Аэрозоллар	Табиий газдаги механик қўшимчалар (чанг зарралари), печлардан чиқаётган мўри газлари
Газ	Суюқлик	Газли эмульсия	Қудуқдан чиқаётган газга тўйинган нефть, барботаждаги газга тўйинган суюқлик (кўпиклар)
1	2	3	4
Суюқлик	Суюқлик	Суюқликли эмульсия	«Нефтдаги сув» ёки «сувдаги нефть» эмульсиялари
Қаттиқ жисм	Суюқлик	Куллар, суспензия-лар, геллар	Қудуқдан чиққан нефтдаги механик қўшимчалар, ёқилғилардаги углеводородлар кристаллари, асфальтенларга бой нефть қолдиқлари
Газ	Қаттиқ жисм	Қотиб қолган кўпиклар	Нефть кокси
Суюқлик	Қаттиқ жисм	Қаттиқ эмульсиялар	Нефть кокси
Қаттиқ жисм	Қаттиқ жисм	Қаттиқ НДС лар	Нефть коксидаги турли тузилма (анизотроп ва изотроп) ли углерод аралашмаси

Юқорида санаб ўтилган иккиланган НДС лардан ташқари, масалан ер қаъридан қазиб олинаётган нефтда газ-қаттиқ, қаттиқ-суюқлик ёки ер қаъридан қазиб олинаётган йўлдош газда газ-суюқлик-қаттиқ жисм – ушланган НДС лар ҳам мавжуд бўлиши мумкин.
НДС лар табиий шароитларда (ер ости қатламлардаги нефть ва газ) мавжуд бўлишлари ёки нефть ва газни қазиб олиш технологик жараёнларида («нефтда сув», «нефтда газ» эмулсиялари), шунингдек уларни ташишда ва қайта ишлашда (парафин кристалларини чўкишида, қайнаш, кокслаш ва шу кабиларда) ҳосил бўлиши мумкин.
НДС лар ичида битумларнинг коллоид-дисперс хоссалари ўрганилиб (1923 й.), биринчи бор уларнинг коллоид структураси кўрсатилган. Кейинчалик ушбу йўналиш ривожлантирилди ва ҳозирги вақтда турли НДС ларнинг табиати, нефтни қайта ишлаш технологияси билан бевосита ўзаро алоқадорликда жиддий ўрганилмоқда.
Ҳамма НДС лар мустаҳкамлик даражаси бўйича икки гуруҳга– қайтар ва қайтмасга бўлинади.
Қайтар НДС лар – бу физик ўзгаришлар (парафин кристалларини қайнашда буғ пуфакчаларини, смолалар ва асфальтенлар ассоциатларини ҳосил бўлишлари) натижасида ҳосил бўлувчи системалардир. Уларда ташқи таъсир (ҳарорат, босим ўзгартириб ёки эритувчи қўшиб) йўли билан эритмаларни бирламчи ҳолатга қайтариш мумкин.
Қайтмас НДС лар – бу дисперс фаза ҳосил қилувчи кимёвий ўзгаришлар натижасида ҳосил бўлувчи системалардир. Буларни ташқи таъсирлар натижасида эриган ҳолатга қайтариш мумкин эмас (карбоидларни чўкиши, кокс ва қурумни ҳосил бўлиши).
НДС ларда дисперс фазани юзага келтириш углеводородларни молекулалараро ўзаро таъсирига турли даражада мойиллиги билан алоқадордир.
Нефтнинг ҳамма углеводородли ва гетероатомли бирикмалари молекуляр ва ассоцирланган ҳолатда бўлишлари мумкин.
Улар молекуляр ҳолатда (ҳақиқий эритмалар) молекуладаги атомлар орасидаги масофага боғлиқ бўлган молекуладаги атомларнинг фақат кимёвий боғлари билан характерланадилар. Турли углеводородлар турлари ва боғлар учун ушбу боғлар энергияси тахминан 330÷800 кж/моль ни ташкил этади.
Молекулалар ассоцирланган ҳолатда кимёвий ва физик ўзаро таъсирлар йиғма таъсирига учрайди. Физик молекулалараро ўзаро таъсирлар табиати – бу Ван-дер-Ваальс кучлари, комплексларни ҳосил бўлиши ва радикал-молекуляр ўзаро таъсиридир. Уларни ичида асосийлари: Ван-дер-Ваальс кучлари – икки қутбланган молекулалар ўртасидаги ўзаро таъсир, яъни орентацион кучлар (бундай ўзаро таъсирини энергияси ҳарорат ортиши билан пасаяди) ва диполь молекула билан бошқа диполь, биринчиси орқали киритиладиган молекула ўртасидаги ўзаро таъсир, яьни индукцион кучлардир (ушбу ўзаро таьсир ҳароратга боғлиқ эмас).
Молекулалараро ўзаро таъсирни асосий ўзига хос хусусиятларига қуйидагиларни киритиш мумкин: уларни боғланиш энергияси, кимёвий боғ энергиясидан ўзаро таъсирланаётган молекулалар атомлари орасидаги масофани турличалиги (мос равишда 330-600 нм ва 120-160 нм) боис икки тартибга кичик (3,4÷4,2 кж/моль) дир; кимёвий боғ энергияси молекуляр массага боғлиқ эмас, физик боғ энергияси эса молекуляр масса ўсиши билан ортиб боради: молекулада атомлар сонини кўп бўлиши, молекулалараро ўзаро таъсир энергияси кимёвий боғ энергиясидан ортиқ бўлиши мумкин ва бундан ҳосил бўладиган ассоциатлар жуда юқори мустаҳкамликка эга бўлади; молекулалараро ўзаро таъсирда кал молекулаларни тортишиш потенциал энергияси мувозанат ҳолатда итариш кучлари билан иссиқлик (кинетик) ҳаракати ҳисобига мувозанатланади, шунинг учун ассоцирланган ҳолат ушбу энергияларни нисбатларига боғлиқдир, бу эса қайтар НДС лари учун ҳал қилувчи аҳамият касб этади.
Юқорида келтирилганлардан шундай хулоса қилиш мумкинки, дисперс фазани (ассоциатлар) ҳосил қилишда ўзаро таъсир энергияси қуйи молекуляр молекулалардагига нисбатан 1-2 тартиб юқорироқ бўлган, юқори молекуляр бирикмалар ҳал қилувчи роль ўйнайди.
Юқори молекуляр бирикмаларга, одатда углерод атомлари сони 30 тадан юқори бўлган, одатдаги ҳароратларда (0÷40⁰С) ассоциатлар (кристаллар) ҳосил қилишга қодир парафин углеводородлар киради. Ундан ташқари, юқори молекуляр бирикмаларга полициклик, ароматик ва нафтенароматик бирикмалар, смолалар ва асфальтенлар киритилади.
Тўйиниш концентрациясидан юқори бўлган концентрацияларда нефтнинг юқори молекуляр бирикмалари, молекула усти номли структураларни биринчи босқичи бўлган ассоциатлар ҳосил қиладилар. Бу НДС ларнинг биринчи бирлигидир. Улар тартибли (парафин кристаллари) ёки бетартиб (асфальтенлар ва карбоидларни ассоциатлари) бўлиши мумкин.
Молекула усти структураларни юзага келиши, система шароитларига боғлиқдир. Масалан, нисбатан қуйи ҳароратларда (300⁰С гача) ҳам тартибли (кристаллик), ҳам тартибсиз (буғ пуфакчалари, асфальтен ассоциатлари) бўлган физик ассоциатлар юзага келади.
300÷450⁰С ҳароратларда физик-кимёвий ассоциатлар юзага келади. Уларни ҳосил бўлишида смолалар ва (асфальтенли физик ассоциатлар) карбен ва карбоидлар турли кимёвий ассоциатлар катта роль ўйнайди.
450⁰С дан юқори ҳароратларда кокс, қурум турдаги фақат кимёвий комплекслар юзага келади.
Ташқи шароитларни ўзгартириш– НДС ларни дисперслик даражасини ўзгартириш хусусиятига эгадир.
Берилган шароитларда ўз ҳолича мавжуд бўлиш қобилиятига эга бўлган молекула, усти структурани энг кам миқдорини муртак ёки ядро деб аталади. Муртаклар атрофида улар ва дисперс муҳит орасида доимо маълум ўтиш қатлами ҳар доим мавжуд бўлиб, у “сольват қобиғи” деб аталади.
Муртакни (ядро) ўсишида молекулалараро ўзаро таъсир кучи ҳисобига модели 4.36-расмда схематик кўрсатилган мураккаб панжарали бирлик (ССБ) – дисперс фаза бирлиги юзага келади. ССБ ядроси қаттиқ модда (а), эримайдиган суюқлик (б) ёки газ (в) дан вужудга келган бўлиши мумкин.