Коалесценция и предельный размер кристаллов карбоната кальция в водном растворе в присутствии нитрилотриметилфосфоната кальция
Рассылка: Защита теплосетей от накипи и коррозии, реагентная водоподготовка.
Адрес электронной почты: chausoff@yandex.ru
Сайт рассылки: http://www.labudgup.ru/
Автор - Чаусов Федор Федорович,
кандидат химических наук (направление научной деятельности -
физическая химия водных растворов, водоподготовка и водно-химические режимы
теплоэнергетических систем), автор более 70 научных трудов, автор более 20 изобретений.
Выпуск 30.
Исследована кристаллизация карбоната кальция в сильно пересыщенных водных растворах в присутствии примеси — нитрилотриметилфосфоната кальция. Определён предельный стационарный размер кристаллов карбоната кальция в зависимости от концентрации примеси. Предложена модель процесса коалесценции кристаллов карбоната кальция в сильно пересыщенных водных растворах на основе модели Лифшица — Слёзова в присутствии нитрилотриметилфосфоната кальция. Полученная теоретическая оценка зависимости предельного роста кристаллов карбоната кальция от концентрации примеси согласуется с экспериментальными данными.
Введение
Актуальность исследования процессов кристаллизации карбоната кальция из сильно пересыщенных водных растворов обусловлена практическим значением этих процессов. Например, кристаллизации минеральных солей из высокоминерализованных пластовых вод в процессах нефтедобычи приводит к снижению проницаемости нефтеносного пласта и дебита скважин. Отложение карбоната кальция на поверхности теплотехнического оборудования, приводит к снижению коэффициентов теплопередачи и эффективности этого оборудования.
В качестве эффективных ингибиторов кристаллизации нашли применение оксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФ) и нитрилотриметилфосфоновая кислота (НТФ), которые образуют с ионами металлов стойкие соединения (фосфонаты). Установлено, что адсорбция металлокомплексов фосфонатов, в частности, нитрилотриметилфосфоната кальция (НТФК) на поверхности растущих кристаллов карбоната кальция способствует эффективному ингибированию кристаллизации при невысоких значениях относительного пересыщения раствора. Также установлено, что область концентрации ионов кальция (и, соответственно, карбонат-ионов), в пределах которой возможно полное ингибирование кристаллизации, ограничена. При бóльших значениях концентрации ионов кальция полное ингибирование кристаллизации невозможно, так как радиус критического зародыша становится сопоставимым с параметром кристаллической решётки. В этих условиях зародышеобразование приобретает массовый характер и протекает с высокой интенсивностью во всём объёме раствора. При этом лимитирующей стадией процесса кристаллизации становится не зародышеобразование (нуклеация), а последующее укрупнение зародышей (коалесценция). Коалесценция происходит за счёт укрупнения исходно более крупных микрокристаллов при одновременном растворении мелких зародышей. Последнее вызвано снижением относительного пересыщения раствора.
Процесс коалесценции описывается классической теорией Лифшица — Слёзова, основанной на следующих допущениях. Во-первых, форма микрокристаллов условно предполагается шарообразной. Во-вторых, массоперенос между микрокристаллами осуществляется только через посредство жидкой фазы, то есть непосредственный механический контакт микрокристаллов отсутствует или его влияние пренебрежимо мало. При этих условиях процесс коалесценции практически неограничен и, теоретически, завершается образованием одного монокристалла, находящегося в равновесии с насыщенным раствором. В условиях ингибирования роста кристалла адсорбированными на его поверхности частицами фосфоната рост кристаллов ограничен. Однако процесс коалесценции в присутствии примесей, адсорбирующихся на поверхности растущих микрокристаллов и ингибирующих их рост, в практическом отношении исследован недостаточно. Различные авторы приводят различные значения концентрации НТФ, необходимой для предотвращения роста кристаллов карбоната кальция. В настоящей работе приводятся результаты экспериментов и рассматривается математическая модель типа Лифшица — Слёзова в условиях адсорбционного ингибирования кристаллизации на примере системы «вода — карбонат кальция — НТФК».
Экспериментальная часть
Исследование распределения ионов кальция между жидкой и твёрдой фазами проводили путём термической обработки пересыщенного раствора гидрокарбоната кальция, имитирующего типичную жёсткую воду нефтеносного пласта. Целью данного исследования было определение зависимости стационарного («квазиравновесного») размера микрокристаллов карбоната кальция от концентрации НТФК.
Далее в статье детально описывается проведение эксперимента и подробно обсуждаются его результаты. Полный вариант статьи Вы можете найти здесь.
Заключение
В присутствии примеси ингибитора процесс коалесценции протекает ограниченно, завершаясь по получении микрокристаллов с определёнными размерами. Предельные размеры кристаллов карбоната кальция уменьшаются с увеличением концентрации ингибитора. Предложена математическая модель, описывающая коалесценцию в присутствии примеси ингибитора. Модель предсказывает самоторможение процесса коалесценции и позволяет дать теоретическую оценку предельного размера образующихся кристаллов от концентрации ингибитора. Полученная теоретическая оценка хорошо согласуется с экспериментальными данными по росту кристаллов карбоната кальция в присутствии нитрилотриметилфосфоната кальция. Предложенная математическая модель позволяет объяснить имеющееся в литературных источниках расхождение между значениями необходимой дозировки ингибитора, экспериментально определенными различными методами.
Полный вариант статьи "Коалесценция и предельный размер кристаллов карбоната кальция в водном растворе в присутствии нитрилотриметилфосфоната кальция" Вы можете найти здесь.
Адрес электронной почты: chausoff@yandex.ru
Сайт рассылки: http://www.labudgup.ru/
С уважением, Ф.Ф.Чаусов.
Архив почтовых рассылок:
Защита теплосетей от накипи и коррозии, реагентная водоподготовка
