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TEA水溶液的流变性研究.pdf

  • 上传人:first2
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    TEA 水溶液 流变 研究
    资源描述:
    第2 6 卷第3 期 2 0 1 6 年6 月 广东石油化工学院学报 J o u r n a lo fG u a n g d o n gU n i v e r s i t yo fP e t r o c h e m i c a lT e c h n o l o g y V 0 1 2 6N o 3 J u n e2 0 1 6 T E A 水溶液的流变性研究 张帮亮1 ,王彩娇2 ,杨志坚3 ,刘华标1 ,黄伟莉2 ,毛宁1 ( 1 广东石油化工学院石油工程学院,广东茂名5 2 5 0 0 0 ;2 广东石油化工学院化学工程学院,广东茂名5 2 5 0 0 0 ; 3 辽宁石油化工大学石油天然气工程学院,辽宁抚顺1 1 3 0 0 1 ) 摘要:研究了在I E A 质量分数2 0 8 0 ,温度4 0 7 0 ,剪切速度4 0 0 10 0 0d m i n ,剪切时间0 5 2h 的条件下T E A 水 溶液的流变性。结果表明,7 I E A 水溶液呈现近似B i n h a 衄流型,其表观黏度随认水溶液质量分数的增加而增大,随温度的 升高和剪切速度的增加而略微降低。T F A 水溶液具有触变性,在温度为6 0 、剪切速度10 0 0r m i n 和剪切时间1 0h 的优 化降黏条件下,质量分数为5 0 的T F A 水溶液于4 0 下静置,8h 后其表观黏度基本恢复。 关键词:T E A ;流变性;表观黏度 中图分类号:T Q 0 2 1 1 文献标识码:A文章编号:2 0 9 5 2 5 6 2 ( 2 0 1 6 ) 0 3 0 0 1 7 0 5 0引言 三乙醇胺( T r i e t h a n o l a m i n e ,I 卧) 为无色至淡黄色透明黏稠液体,具有叔胺的典型性质,能够与无机酸 或有机酸反应生成盐,还能与高级脂肪酸反应生成酯,是一种用途广泛的化工原料,可以用作硅酸盐水泥 早强改性剂,有机胺型钻井液,天然气中C q 、H 2 S 等酸性气体的吸收剂,湿法烟气脱氮助剂【l 。4 1 等。T E A 的分子式为N ( C H 2 C I - 1 2 0 H ) ,分子上有3 个羟基,氮原子上有孤对电子,分子间易形成氢键而聚集,常温下 较二乙醇胺( D E A ) 和一乙醇胺( M E A ) 黏度大,7 瞰的流动变形性对于其生产灌装、泵启动停输,与其它物 质的热交换效率、反应速度、传质速度和化学稳定性等都有一定的影响。截至目前,国内外罕见A 水溶 液流变性研究的公开报导。B l a n c oA 【9 ,L iX i nx u e 【1 0 J ,A h m a d k e l a y e hS 【l 和M a h a mY 【1 2 1 等采用毛细管黏度计 研究了认及其水溶液的运动黏度,但该方法只能显示重力作用下引起的固定剪切速率所对应的运动黏 度。本研究应用可编程控制式B r t m k f i e l dL V D V mU l t r a 流变仪,考察了不同质量分数的r I E A 水溶液在4 0 7 0 温度范围内经剪切处理后的流变性,可为海上油田伴生气中酸性气体的高效净化处理,m 的工 业化安全生产和以其为原料的合成反应研究、应用提供借鉴。 1实验部分 1 1 实验试剂和仪器 T E A ( 分析纯,天津市百世化工有限公司) 。 可编程控制式流变仪( B r 0 0 l d i e l dL V D V mU l t r a ,美国B r o o k f i e l d 公司) ;超级恒温槽( r I H s 一1 0 型,宁波 天恒仪器厂) ;数显电动搅拌器( J J A 型,常州澳华仪器有限公司) ;电子天平( 量程5 0 0g 、精度0 0 0 1g ,诸暨市 超泽衡器设备有限公司) ;2 2 0m L 玻璃水循环夹套杯,自制;2 5 0m L 具塞三角烧瓶、5 0 0m L 量筒和玻璃烧杯等。 1 27 瞰水溶液的制备 用分析天平准确称取A 于1L 烧杯中,加人预先准备好的蒸馏水,在室温,转速为4 0 0r m i n 的条件 收稿日期:2 0 1 6 0 5 0 4 ;修回日期:2 0 1 6 0 5 一l l 基金项目:广东大学生科技创新培育专项资金项目( p d j h 2 0 1 5 b 0 3 6 2 ) ;广东大学生科技创新培育专项资金项目( p d j h 2 0 1 5 b 0 3 6 5 ) ;2 0 1 5 年广东石油化工学院大学生创新创业校级培育计划项目( 2 0 1 5 p y A 0 0 1 ) 作者简介:张帮亮( 1 9 r 7 3 一) ,男,陕西西乡人,硕士,工程师,研究方向为原油采出液处理和天然气净化处理。 万方数据 1 8广东石油化工学院学报2 0 1 6 年 下,用玻璃搅拌桨搅拌1h ,配制成质量分数为2 0 ,4 0 ,6 0 和8 0 的T E A 水溶液,然后分别转移至容 积为1L 的棕色细口瓶中储存。质量分数为5 0 的T E A 溶液按以上方法配制成5L 溶液。以上溶液均稳 定7d 后使用。 1 3 实验方法 1 ) 剪切降黏。量取上述T E A 水溶液各1 8 0m L ,倒人规格为2 5 0m L 的玻璃烧杯内,置于恒温水浴内。 装上不锈钢叶片搅拌桨,并将桨叶置于T E A 水溶液中央,再插入氮气管于T E A 水溶液液面下约1 0m i l l ,并 通人N 2 均匀鼓泡排除空气,以防止C 0 2 干扰( 见图1 ) 。按实验要求设定好搅拌速度和时间,对T E A 水溶 液进行剪切处理,随后进行流变性测试。 2 ) 流变性测试。采用变速剪切测量法来研究表 观黏度与测量转速的对应关系,并对T E A 水溶液的 流变性进行评价。具体实验操作方法如下:开启 B r o o k f i e l dL V D V mU l t r a 流变仪,调整仪器零点,安 装L V l 转子于玻璃水循环夹套杯内。开启水浴恒 温槽外循环,待温度达到设定值并且稳定5m i n 后, 量取1 7 0m L 预先经过恒温的待测液于夹套杯内,稳 定2m i n 。设定流变仪转子的增速梯度为ld m i n ,测 量1 1 9 0r m i n 剪切速度条件下待测液的表观黏度 值,并记录、整理测量数据。 2 结果与讨论 2 1T E A 水溶液质量分数对流变性的影响 在温度为4 0 的条件下,质量分数为2 0 8 0 的T E A 水溶液经1 1 9 0r m i n 变速剪切测得表 观黏度数据如图2 所示。 T E A 水溶液在质量分数为2 0 。8 0 时都存在 初始的表观黏度值,即溶液必须经过一定的剪切应 力作用才能流动。以上T E A 溶液整体呈现类似 B i n h a n m 流型。一旦T E A 溶液流动起来,其表观黏 度值大幅度下降,之后数值逐渐平稳,即黏度基本不 随剪切应力增加而变化,近似牛顿流体。T E A 水溶图2T E A 水溶液表观黏度与测量转速的关系 液的屈服黏度值随T E A 质量分数增加而增大,质量分数为8 0 的T E A 溶液的表观黏度值达6 5 9m P a s , 后迅速下降至2 7 0m P a S ,然后又突然上升到4 9 5m P a s ,后又小幅降低到4 4 0m P a S 左右,接近平稳。 在测量转速达1 3 0r m i n 后,该T E A 溶液的表观黏度值近似斜线下降。原因是该溶液的T E A 分子数量多, 形成的氢键数目多,溶液黏度值高,转子启动时需克服黏附于其表面T E A 分子间较大的拖拽力。转子转 动初期,距离转子近的液体离开转子表面,后续的液体又会补充上来,由于液体黏度大,新旧液体更替速度 不一,易造成液体运动不均匀,转子受力不均,表现为黏度值的剧烈波动。待夹套杯内整个流体运动的速 度与转子增速相适应后,T E A 水溶液的表观黏度值相对平稳,适应了新流场的T E A 分子有机会再通过氢 键重新结合,表观黏度值略有回升。因此,当转子运动速度增加到约1 3 0r m i n 时,在转子表面的T E A 水溶 液明显发生滑脱现象,随着转速的增加,滑脱现象越明显,表观黏度值斜线下降。质量分数为2 0 ,4 0 , 5 0 和6 0 的T E A 水溶液,T E A 分子聚集键合数量少,启动屈服黏度值低,初始黏度值波动小,平衡表观 黏度值相对较低,但是区分度明显,即平衡表观黏度值随T E A 质量分数增加而增大。T E A 水溶液近似牛 顿流体,其表观黏度值与剪切速率无关,即与实验测量转子的转速无关,在测量转速达5 0r m i n 后,黏度值 趋于平缓。 万方数据 第3 期张帮亮等:T E A 水溶液的流变性研究1 9 2 2 预剪切作用对T E A 水溶液流变性的影响 选用质量分数为5 0 的T E A 水溶液,在温度为4 0 、剪切时间为1 0m i n 的条件下,研究搅拌桨预剪 切速度为4 0 0 10 0 0r m i n 时测量转速对溶液流变性的影响。经测量转子1 。1 9 0r r a i n 变速测得的表观黏 度数据如图3 所示。采用同样的初始溶液和转子测试方法,在4 0 、10 0 0r m i n 搅拌桨预剪切速度的条 件下,预剪切时间为0 5 2 0h 时对溶液流变性的影响数据如图4 所示。 j I ! ! _ 量转缝( j 】I I lm 心;转瞌m i n ) 图3T E A 水溶液表观黏度与预剪切速度的关系 图4 A 水溶液表现黏度与预剪切时间的关系 在4 0 0 10 0 0r m i n 搅拌桨预剪切速度范围内,对应的4 组质量分数为5 0 的T E A 水溶液同样呈现类 似B i n h a n m 流型,存在启动表观黏度值,且4 组表观黏度数值差距不明显,均在4 0m P a s 范围内波动。当 测量转子转速超过6 0r m i n ,经过4 种转速搅拌桨预剪切的溶液表观黏度值相对平稳,且黏度相对平衡值 随着预剪切速度的增加而减小。对于搅拌桨预剪切转速为10 0 0r m i n ,预剪切时间为0 5 2 0h 的4 组 溶液,其流变性与预剪切转速的实验结果类似,表现为B i n h a n m 流型,同样存在启动表观黏度值,且4 组的 黏度数值差距不明显。不同的是,当测量转子转速超过6 0r m i n ,4 组溶液的相对平衡表观黏度数据曲线 多处重叠,仅经2 0h 搅拌桨预剪切处理的溶液黏度数值略微低于其它3 组溶液数值。原因是质量分数 为5 0 的T E A 水溶液经过7d 的静止储存,分子间通过氢键相互连接已达到动态平衡,均匀地分布在整个 溶液中。稳定的T E A 溶液经过搅拌桨的预剪切,打破了已搭建好的分子间的平衡关系,分子聚集体被拆 散,在搅拌过程中分子重新排列、取向。初始启动应力对应的表观黏度值相对较低,随着快速搅拌和延长 搅拌时间增加了T E A 分子的混乱程度,T E A 水溶液的表观黏度值下降。 2 3 温度对T E A 水溶液流变性的影响 利用质量分数为5 0 的T E A 水溶液,研究了温度为4 0 。7 0 时测量转速对水溶液流变性的影响。 经1 1 9 0d m i n 变速测得的表观黏度数据如图5 所示。 在温度为4 0 。7 0 的条件下,质量分数为5 0 的T E A 水溶液整体呈现类似B i r d a a n m 流型,存在启动 表观黏度值,即稳定静止的溶液在一定的外力作用下达到其屈服值才能运动起来。一旦T E A 水溶液运动 起来,其表观黏度值大幅度下降,然后数值逐渐平稳,即黏度基本不随剪切应力增加而变化,近似牛顿流 体。启动屈服应力对应的表观黏度值随着温度的增加而减小,可观测到4 0 时的屈服应力对应的表观黏 度值高达3 5 3m P a s 同时,也存在黏度值初始波动的现象,而5 0 以后的初始黏度波动现象减少。当测 量转子的转速超过6 0r m i n ,4 0 7 0 这4 个温度条 件下的T E A
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