张美琼,何 军,马蕊燕,张 静
(中石油克拉玛依石化有限责任公司炼油化工研究院,新疆 克拉玛依 834000)
矿物油的主要组成为各种烃类的混合物,矿物油中的白油为无色透明状、相对分子量为300~400的烃类混合物[1~4]。硅油为无色无味的透明液体,是不同聚合度链状结构的聚有机硅氧烷的混合物[5]。白油和硅油作为单独的物料在工业上应用比较广泛,但2者混合后的性质如何,文献中较少提到[6~9]。
某设备仪器原先使用硅油,当油品更换为矿物油后,矿物油能否与仪器中残留的硅油兼容,是应该探索的实际问题[10~13]。
此项研究进行了硅油和矿物油的混合试验和2者混合液的分层试验,考察了硅油和矿物油混合液分层速度的影响因素,目的在于对实际应用时提供指导性建议。
将硅油A跟矿物油B按不同比例混合,其中硅油A的比例分别为0.5%、1%、5%。
混合过程为:先向烧杯中加入硅油A,然后再加入矿物油B。硅油A跟矿物油B都加入后,先不搅拌,可以看到烧杯底部有非均匀现象,并随着硅油比例的增加,非均匀现象越来越明显。
将各比例的硅油A+矿物油B混合液不加热搅拌,出现浑浊,即使硅油A的比例低至0.5%时,混合液搅拌后外观也很浑浊,将该浑浊的混合液在60~70℃下加热搅拌0.5 h后,浑浊程度有改善,但仍然不透亮。
将加热后的混合液冷却至室温时,外观浑浊程度恢复得跟没加热时一致。
当硅油A为1%、5%分别跟矿物油B混合时,不加热搅拌时、加热搅拌0.5 h后及冷却至室温后的外观现象跟硅油A(0.5%)+矿物油B混合液的现象相同。
从试验结果可以看出:硅油和矿物油相互是不溶解的,即使升高温度,也不能让它们互溶。
硅油A和矿物油B的密度差别较大,依据SH/T 0604对2者进行分析,结果见表1。
表1 硅油A和矿物油B的密度
硅油A和矿物油B混合后浑浊,直接影响油品的使用,可以利用2者的密度差别较大这一特点让混合液分层,将2者分开。
研究进行了硅油A和矿物油B混合液的分层试验,从混合液中硅油比例、混合方式、混合液的总量、存放混合液的容器形状、存放混合液的温度等5个方面来考察单变量因素对分层速度的影响。
将硅油A和矿物油B按不同比例混兑,硅油A占总量的质量比分别为0.5%、1%、5%,3份混合液总量均为50 g,混合方式为60~70℃下以200 rpm的速度搅拌20 min,混合完成后3份混合液均存放于室温下100 mL的烧杯中。
如前所述,刚混合完后,3份混合液均浑浊。存放过程中,每天观察混合液的外观,看其是否分层,存放240 h后,硅油5%的混合液整体变透亮,分成上下2层,下层占很小部分,而硅油1%、0.5%的混合液仍然浑浊,说明硅油占混合液的比例影响分层快慢,硅油比例越大,分层越快[14~16]。
混合液总量均为400 g,硅油比例均为5%,单变量为混合方式不同,1份混合液在60~70℃下以200 rpm的速度搅拌20 min,另1份混合液以200次/min的速度剧烈摇晃20 min,2混合液混合均匀后均在室温下存放于500 mL烧杯中,刚混合完的外观均很浑浊。
持续观察2份混合液外观,混合液存放240 h后,混合方式为“搅拌”的混合液整体变透亮,分成上下2层,下层硅油占很小部分,混合方式为“摇晃”的混合液仍然浑浊。
混合液存放480 h后,混合方式为“摇晃”的混合液也变透亮,分成2层,下层硅油占很小部分。因此,在60~70℃下以200 rpm速度搅拌20 min的混合液比以200次/min的速度剧烈摇晃20 min的混合液更容易分层,原因是,跟搅拌相比,摇晃的液体分子相互串动得更剧烈,导致混合液静置分层时更不容易分开[17,18]。
1份混合液总量为400 g,另1份混合液总量为50 g,2份混合液的硅油比例均为5%,混合方式均为在60~70℃下以200 rpm的速度搅拌20 min,2份混合液混合均匀后均在室温下存放于相应大小的烧杯中,刚混合完后2份混合液外观均很浑浊。
每天观察2份混合液外观,混合液存放240 h后,总量不同的2份混合液均整体变透亮,分成上下2层,下层占很小部分,因此,混合液总量对混合液的分层速度没有影响。
2份混合液总量均为400 g,硅油比例均为5%,混合方式均为200次/min的速度剧烈摇晃20 min,混合均匀后1份混合液于室温下存放于分液漏斗中,另1份混合液于室温下存放于500 mL烧杯中,刚混合完的2份混合液外观均很浑浊。
每天观察2份混合液外观,存放容器形状不同的2份混合液均在存放480 h后整体变透亮,分成上下2层,下层占很小部分,说明存放容器形状不同对分层速度没有影响。
3份混合液总量均为50 g,硅油比例均为5%,混合方式均为在60~70℃下以200 rpm的速度搅拌20 min,3份混合液混合均匀后均存放于100 mL烧杯中。
第1份混合液一直室温存放;
第2份混合液一直50℃存放;
第3份混合液先室温放20 h、后50℃存放。3份混合液混合均匀后的外观均很浑浊。
每天观察混合液外观,先室温放20 h后50℃存放的混合液于50℃存放2 h后,即总共存放22 h后整体变透亮,分成上下2层,下层占很小部分,将该分层的混合液冷至室温后,混合液变浑浊,由此说明混合液没有真正分层,只是稍高的温度增加了硅油在矿物油中的溶解性/分散性,降至室温后,溶解性/分散性降低,所以又变浑浊。
金日华和华幼卿认为[4],聚合物高分子的分子运动具有温度依赖性,随温度升高,分子热运动能量增加,分子链解缠,体积膨胀,活动空间加大;
反之,则分子链收缩缠绕,运动减缓。当温度升高时,硅油高分子链解缠舒展,活动空间变大,能使更多的小的矿物油分子进入,2者互溶性提高;
反之,温度降低时,硅油高分子链蜷缩重新缠结,白油分子被挤出,发生浑浊现象[5]。
先室温放20 h后50℃存放的混合液于50℃存放240 h后的现象跟先室温放20 h后50℃存放的混合液于50℃存放2 h后的现象相同,仍然没有分层。
一直室温存放的混合液和一直50℃存放的混合液存放240 h后的外观为:一直室温存放的混合液整体变透亮,分成上下2层,下层占很小部分,一直50℃存放的混合液仍然浑浊,说明室温下存放的混合液比50℃存放的混合液分层更快。
硅油和矿物油相互是不溶解的,即使升高温度,也不能让它们互溶。此研究进行了硅油A和矿物油B混合液的分层试验,从混合液中硅油比例、混合方式、混合液的总量、存放混合液的容器形状、存放混合液的温度等5个方面来考察单变量因素对分层速度的影响并得出结论。
(1)硅油占混合液的比例影响分层快慢,硅油比例越大,分层越快。
(2)在60~70℃下,以200 rpm的速度搅拌20 min的混合液比以200次/min的速度剧烈摇晃20 min的混合液更容易分层。原因是:跟搅拌相比,摇晃的液体分子相互串动得更剧烈,导致混合液静置分层时更不容易分开。
(3)硅油A和矿物油B混合液总量对混合液的分层速度没有影响。
(4)存放混合液的容器形状不同对分层速度没有影响。
(5)一直室温存放的混合液的分层速度比先室温后50℃存放、一直50℃存放的混合液的分层速度快。
实际应用时,当硅油和矿物油不可避免地混合后出现浑浊现象影响使用时,可以根据此研究结论选择适当的条件让混合液更快地分层,然后再让硅油和矿物油分离。
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