泡沫中气体扩散规律实验研究_徐友红.pdf
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1、77 学术研讨目前普遍认为泡沫的衰变机理有两个:气体穿过液膜的扩(3)泡沫气体扩散系数的计算:运用Lemlich模型来研究泡1-5沫体系中气体扩散规律,通过理论模型的推导以及发泡剂K12和散及泡沫的排液。泡沫的排液即为泡沫中的液体由于重力、复配发泡剂YLB的实验计算分析来研究气体透过液膜扩散的变泡沫相互挤压等众多因素脱离泡沫的现象,而气体的扩散即为化规律。泡沫内的气体由于压差而穿过泡沫液膜的现象,二者均会引发3 分析结果与讨论泡沫的不稳定,最终影响泡沫的稳定性。在实验时,不管采用3.1 发泡剂性能评价何种方式生成的气泡,泡沫体积总是非均一的,大泡内压相较(1)发泡剂浓度。本文将复配后的发泡剂Y
2、LB配制成离子于小泡内压要低,所以小泡中的气体在压差作用下会先穿过液浓度分别为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%(100mL膜扩散至液体后再进入至大泡内,造成小泡持续缩小,大泡持基液的百分含量)的基液,用Waring-Blender法测定泡沫的发泡续增大的现象。因此,在泡沫的稳定性机理方面,研究泡沫大高度和半衰期,并用BZY-1表面张力仪测定泡沫基液的表面张小随时间的变化十分重要。力。考察浓度对泡沫稳定性及其溶液表面张力的影响,最终选1 泡沫体系中气体的扩散出发泡剂YLB的最佳发泡浓度。在热力学上泡沫是作为气相分散在液相中的不稳定体系,其拥有的自由能相较于液体
3、与空气的自由能之和还要高,因此泡沫会自由破裂,来减小其体系的总自由能。泡沫衰变机理泡沫的稳定性即指泡沫保留其所含液相并维持自身存在的一种能力。根据其衰变状况,可将泡沫分为液相流失及气体扩散这两大类。2 实验方案2.1 实验仪器与材料实验仪器:Warning-Blender搅拌器、JD210-4P型电子天平(沈阳龙腾电子有限公司,Max=220g,d=0.1mg)、立体显微图1 泡沫性能、基液表面张力与发泡剂浓度关系镜、BZY-1表面张力仪。由图1可知,随着发泡剂浓度的增加,基液发泡体积和半衰2.2 实验内容期也随之先增大后略有降低。从表面张力曲线中可以看出,发(1)泡沫性能评价实验:采用War
4、ing Blender法来研究在泡剂YLB的临界胶束浓度(cmc)位于其浓度为0.1%左右。在表不同浓度下常见的发泡剂K12和复配发泡剂YLB(0.3%K12+0.1%面活性剂浓度不高时,溶液表面的吸附量小,伴随着浓度的增BS-12)的泡沫性能,比较发泡剂的发泡能力和稳泡性能。加,溶液表面的吸附量会变大,表面张力也会随之减小,继而(2)泡沫粒径大小分析实验:采用显微镜技术与Scion 泡沫的稳定性就上升了,而当浓度增大到一定时,溶液的表面Image软件相结合来研究泡沫的粒径大小。吸附达到了饱和,之后再随着浓度的升高,会减弱溶液的马拉泡沫中气体扩散规律实验研究徐友红 陈 泽 张馨月 廖飞龙 高
5、原中国石油集团川庆钻探工程有限公司安全环保质量监督检测研究院西南石油大学“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室 中油测井质量安全环保处在热力学上泡沫是作为气相分散在液相中的不稳定体系,其拥有的自由能相较于液体与空气的自由能之和还要高,因此泡沫会自由破裂,来减小其体系的总自由能。室内实验研究了不同类型泡沫的粒径大小随时间的变化规律,并根据Lemlich理论,给出了气体扩散系数的计算方法,分别计算了发泡剂YLB和发泡剂K12的气体扩散系数。结果表明,随着时间的变化,最终发泡剂K12粒径大小集中在1600m,YLB粒径大小集中在1400m,计算得出发泡剂YLB气体扩散系数小于发泡剂K12的气体扩散系
6、数,从微观及宏观上分析证明了发泡剂YLB较发泡剂K12稳定。782023 年 第 3 期高尼效应,最终导致泡沫的稳定性变差。当发泡剂YLB浓度达迅速取出适量泡沫在显微镜下观察泡沫的粒径大小,多次发泡到0.3%以后,发泡体积和半衰期趋于稳定,此时发泡高度取样,取平均值,对发泡初始时刻的泡沫大小进行了记录,得(780mL)和半衰期(605s)均到达最高,即YLB的最佳发泡浓出初始时刻不同泡沫的尺寸概率密度分布 ,根据张东等度为0.3%。人提出的经验公式 ,即可计算得出经验公式(2)发泡剂类型。本文将单一发泡剂K12与复配发泡剂中的参数 、。YLB,在各自的最佳发泡浓度发泡,考察两种发泡剂的泡沫稳将
7、初始时刻所得经验公式方程代入其中,得到 定性能。用Waring-Blender法测定泡沫的发泡高度和半衰期。复 ,初始时刻泡沫的尺寸概率密度分布函数为:配发泡剂YLB的发泡高度和半衰期均高于单一发泡剂K12,这是 (1)因为阴离子发泡剂K12与两性离子发泡剂BS-12产生了明显的协由迭代即可得到不同无因次时刻的密度分布函数:。同作用,其中的阳离子基团与阴离子基团产生强烈的电极吸引最终得到随着无因次时间 的变化,无因次半径 与无因次时作用,也从宏观上证明复配发泡剂YLB较单一发泡剂K12稳定。间 下的气泡大小概率密度的分布函数 之间的关系。随3.2 泡径大小分析着时间的增加,泡沫的粒径是逐渐增大
8、的。而且上述曲线的每(1)浓度对泡径大小的影响。实验将单一的发泡剂K12和个无因次时间所对应的函数均满足:发泡剂YLB分别配制成离子浓度为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、(2)0.5%、0.6%、0.7%的100mL泡沫基液,用Waring-Blender法产生每个无因次时间 均对应唯一的特征系数 值,为此将 与无泡沫后,迅速将发泡后的泡沫移至载玻片上,用立体显微镜进因次时间 对应的数据进行拟合。行观察,并进行自动拍照,间隔时间为5s,下同。将照片导入不同体系的曲线特征系数 值均对应唯一的无因次时间 。Scion Image软件中,进行泡沫粒径大小分析。即为若知道曲线特征系数 和无因次
9、时间 中其中一项,即可不同类型发泡剂在不同的浓度下,泡沫粒径大小相差较由表中数据对应得出相应的另外一项。大,泡沫不均匀,但随着浓度的增加,泡沫粒径越来越均匀。实验过程中,在时间 为50s时,记录发泡剂YLB和发泡剂对发泡剂K12,初始时泡沫粒径主要集中在200800m,泡沫K12对应的显微镜照片中泡沫粒径大小,经过上述经验方程的数粒径大小相差较大,此时泡沫不稳定。当浓度增大到0.6%时,据拟合,获得发泡剂YLB对应的曲线特征系数 值为1.05,对应获得粒径主要集中在200600m且含量高达72.7%,此时泡沫大小较无因次时间 =0.8,获得发泡剂K12对应的 值为0.85,对应获均匀,泡沫相对
10、稳定性较好,得到发泡剂K12最佳发泡浓度为得无因次时间 =0.73,又因已知 =50s,=273.15K,=1MPa,0.6%。对发泡剂YLB,初始时泡沫粒径大小主要集中在100 =8.314J/(molK),=26.3mN/m,=31.5mN/m,600m,随着浓度的增加,泡沫粒径越来越均匀,在浓度为YLB的 =86.29m,K12的 =246.94m。由公式计算出扩散0.3%时,泡沫粒径主要集中在1400m,此时泡沫最稳定,得-102-1-9到YLB最佳发泡浓度为0.3%。上述结果均与之前实验所得结果系数的值:=9.94210 mol/s(m Pa),=5.96102-1相一致。Mol/s
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