1、中國石油大學油田化學實驗報告實驗日期：成績：班級：學號：姓名:教師：王增寶一同組者： 一表面活性劑的性能測定與評價一、實驗目的. 了解用指示劑和染料通過顯色反應鑒別表面活性劑類型的原理和方法；. 了解離子型表面活性劑克拉夫特點和非離子型表面活性劑濁點的測定方法及不 同類型表面活性劑的使用性質；.學會一種表面活性劑的表面張力的測定原理和方法，并掌握由表面張力計算臨界 膠束濃度（CMC的原理和方法，學習Gibbs公示及其應用；.學會表面活性劑溶液與原油的油水界面張力的測定原理和方法，并掌握超低界面 張力在三次采油中的作用原理；.學會觀察表面活性劑溶液與原油混合后的乳化現象；并掌握用不穩定體系數法評

2、 價表面活性劑的乳化能力。二、實驗原理表面活性劑分子是由具有親水性的極性集團和具有憎水性的非極性基團所組成的 有機化合物，當它們以低濃度存在于某一體系中時，可被吸附在該體系的表面上，采取 極性基團向著水、非極性基團脫離水的表面定向，從而使表面自由能明顯降低。表面活 性劑廣泛用于石油、紡織、農藥、采礦、食品、民用洗滌等各個領域，具有潤濕、乳化、 洗滌、發泡等重要作用。.表面活性劑克拉夫特點和濁點離子型表面活性劑在溫度較低時溶解度很小，但隨溫度升高而逐漸增加，當達到某特定溫度時，溶解度急劇陡升，把該溫度稱為臨界溶解溫度（又稱克拉夫特點）濁點是非離子型表面活性劑的一個特性常數，其受表面活性劑的分子結

3、構和共存物 質的影響。表面活性劑在水溶液中，當溫度升到一定值時，溶液出現渾濁。而不完全溶 解的現象，此時該溫度稱為濁點溫度。.表面活性劑的表面張力由于靜吸引力的作用，處于液體表面的分子傾向于到液體內部來，因此液體表面傾向于收縮。要擴大面積，就要把內部分子移到表面來，這就要克服靜吸引力做功，所做 的功轉變為表面分子的位能。單位表面具有的表面能叫表面張力。在一定溫度、壓力下純液體的表面張力是定值。但在純液體中加入溶質，表面張力 就會發生變化。若溶質使液體的表面張力升高，則溶質在溶液相表面層的濃度小雨在溶 液相內部的濃度；若溶質使液體的表面張力降低，則溶質在溶液相表面層的濃度大于在 溶液相內部的濃度

4、。這種溶質在溶液相表面的濃度和相內部的濃度不同的現象叫吸附。在一定的溫度、壓力下，溶質的表面吸附量與溶液的濃度、溶液的表面張力之間的 關系，可用吉布斯吸附等溫式表示：c do 1= RTde式中吸附量（mol/L）;C吸附質在溶7內部的濃度（mol/L ）;表面張力（N/m）;R通用氣體常數（N.m/K.mol）;T絕對溫度（K）。若ddc0溶質為負吸附。通過實驗若能測出表面 張力與溶質濃度的關系，即可做出一一 c曲線，并在此曲線上任取若干個點作曲線的 切線，這些曲線的斜率即為濃度對應的 ddc,將此值代入公式可求出在此濃度時的 溶質吸附量。表面活性劑的臨界膠束濃度（CMC是表面活性劑溶液非常

5、重要的性質。若使液體 的表面擴大。需對體系做功，增加單位表面積時，對體系做的可逆功稱為表面張力或表 面自由能。他們的單位分別是 N-m1和J m2,在因次上是相同的。表面活性劑在溶液中能夠形成膠束時的最小濃度稱為臨界膠束濃度，在形成膠束 時，溶液的一系列性質都發生改變，原則上，可以用任何一個突變的性質測定值，但常 用的是表面張力一濃度對數圖法。該法適合各種類型的表面活性劑，準確性好，不受無 機鹽的影響，只是當表面活性劑中混有高表面活性的極性有機物時，曲線中出現最低點。表面張力的測定方法也有多種，較為常用的方法有最大壓差法、滴體積（滴重）法 和拉起液膜法（吊環法及吊片法）。吊環法把一圓環平置于頁

6、面，測量將環拉離液面所需最大的力， 由此可計算出液體的表面 張力。假設當環被拉向上時，環就帶起一些液體。當提起液體的質量 mg與沿環液體交 界處的表面張力相等時，液體質量最大。再提升則液環斷開，環脫離液面。設環拉起的P為:P=mg=2R +2 冗(R+2r) 丫 =4 兀(R+r) 丫+4 兀 Ry液體呈圓筒形，對環的附加拉力（即除去抵消環本身的重力部分）式中，m為拉起來的液體質量，R為環的內半徑，r為環絲半徑。實際上，是自是 不完善的，因為實際情況并非如此，而是如圖所示。因此對式子還需要加以校正。于是丫 = (P/2 兀 R) XF從大量的實驗分析與總結，得出校正因子F的計算公式為：0.01

7、452PT679rF -0.7250+ 0,04534-*（D-d）R式中：P顯示的讀數值，mN/m ;C環的周長，cm；R 環的半徑，cm；D 下相密度（30 C） , g/ml ；上相密度(30 C) , g/ml ;r 環絲半徑，cm,.表面活性劑的油水界面張力的測定在地層溫度下，表面活性劑溶液與原油的界面張力在 10的零次方到負六次方mN/m 的范圍，可用旋滴法測定該體系的油水界面張力， 為選擇各種魚原油形成低或超低界面 張力的驅油劑溶液提供基礎依據。該方法是將油珠懸浮在水或水溶液中， 在高速繞水平軸旋轉下降油珠拉成柱形， 柱 體的直徑與界面張力有關。在相同條件（轉速、油水相密度差）下

8、，油珠直徑越小，界 面張力越低。旋滴法測定界面張力時，油滴在樣品管中高速旋轉，呈橢球形，橢球的長軸直徑為L,短軸直徑為D,當L/D 乂時，界面張力按下式計算:IFT式中 油水密度差，kg/m；樣品管轉動的角速度，rad/s ；r 油滴短軸半徑，m又可寫為:IFT1 .2336當L/D 4時，修正。.表面活性劑的乳化張力的測定表面活性劑分子具有親水基和親油基，可分布在油水界面上，這些表面活性物質可 使原油乳化形成水包油（O/W）乳狀液。水包油乳狀液的形成與穩定性對于化學驅和稠 油乳化降黏具有重要作用，例如化學驅中乳化 -攜帶、乳化-捕集、自發乳化等機理的發 生，稠油乳化降黏中原油乳化分散機理的發

9、生都是以水包油乳狀液的形成為前提條件 的。因此表面活性劑是提高石油采收率的十分重要的一類添加劑。表面活性劑的乳化能 力可用不穩定系數法進行評價乳狀液的穩定性可用不穩定系數（USI）表示。不穩定系數按式2-16定義:USI式中USI不穩定系數ml;V （t）乳化體系分出水體積與時間的變化函數；T 乳化體系靜止分離的時間；從定義式可以看出，不穩定系數越小，乳狀液的穩定性越好。三、實驗儀器及藥品儀器：表面張力儀、Texas-500型旋轉液滴界面張力儀、密度瓶、溫度計、25ml具塞刻度試管、大試管、攪拌器、500ml燒杯、150ml燒杯、50ml燒杯、15ml移液管、50ml容量瓶、100ml量筒、滴

10、管、試管架、秒表、電爐。藥品：十二烷基硫酸鈉（SDS /十二烷基苯磺酸鈉（SDBS、聚氧乙烯辛基 苯酚醴-10 （OP-10）、脫水原油/煤油、蒸儲水。四、實驗步驟1.表面活性劑表面張力及CMC勺測定取1.44gSDBS,用少量蒸儲水溶解，然后在50ml容量瓶中定容（濃度為 1.0 M0-1mol/L）。從1.0 X0-1mol/L的SDS溶液中移取5ml,放入50ml的容量瓶中定 容（濃度為1.0X10-2mol/L）。然后依次從上一濃度的溶液中移取 5ml稀釋十倍，配制 1.0 M0-11.0 M0-5mol/L五個濃度的溶液。吊環法用吊環法首先測定蒸儲水的表面張力，對一起進行校正。然后從

11、稀至濃依次測定 SDBS 溶液，并計算表面張力，作出表面張力 -濃度對數曲線，拐點處即為 CMC 值。如 希望準確測定值，在拐點處增加幾個測定值即可實現。吊環法測定表面活性劑溶液的表面張力的步驟如下：1 ）將儀器放在不受振動和平穩的地方，調節儀器下面的螺絲把儀器調到水平狀態。用熱洗液浸泡鉑絲環和測試時裝測試液的玻璃杯，然后用蒸餾水洗凈，烘干。鉑絲 環應十分平整，洗凈后不能用手觸摸。2 ）開機，預熱30min 。3）配制表面活性劑溶液（一般情況下，配制的表面活性劑溶液濃度范圍為1.0 M0-61.0 M0-3mol/L）,用配制好的溶液潤洗玻璃杯。4）將自動張力儀與超級恒溫水浴相連。5）顯示標志

12、為“ A”或F”時調整升降桿，調整范圍是 010mN/m。6）將表面活性劑水溶液倒入玻璃杯中至一定深度，掛上鉑環，點“復位”按鈕。7）等穩定恒定后，點“上升” 按鈕， 升高升降臺使鉑金環浸入液面下 57mm 處，點“停止”按鈕，當出現“ H”時點“零點”按鈕，然后點“下降”和“保持”按鈕， 記錄顯示的最大拉力值P。8）根據測定的表面活性劑不同濃度C 時溶液的表面張力 ，繪制 -logC 曲線。.表面活性劑乳化能力的測定（1）取25ml具塞刻度試管10支，分別加入濃度為0、1.0 X0-1、1.0 M0-2、1.0 M0-3、 1.0 M0-4、1.0 M0-5mol/L的SDBS溶液各10ml

13、 ,分別用滴管準確加入原油或煤油 10ml , 蓋上試管塞子，每支試管各上下震蕩30 次。2 ）將震蕩后的試管立即垂直放在試管架上，同時開始計時， 并每隔 3min 記錄一次試管中分出水的體積 （若分出水的速度較快， 可每隔 1min 記錄一次） ， 共記錄 30min 。3 ）取乳化最穩定的試管重新震蕩30 次，用分散法判別乳狀液類型。. 表面活性劑油水界面張力的測定通過Texas-500型界面張力儀測量油珠在溶液中的拉伸長度及直徑，并用軟件進行圖像采集和分析，計算油水動態界面張力。界面張力測定步驟如下：1）開機、預熱2）裝樣A. 樣品管依次用石油醚、丙酮或乙醇清洗23 遍，最后用蒸餾水清洗

14、干凈34遍。B.用注射器注入所測定的外相溶液（水相），注意不能注進氣泡C.用注射器注入內相（油相），若是油相較粘稠，則用針頭挑起一個小油滴，送 入樣管內，將針頭貼在樣管內壁并轉動，使油滴粘在樣管內壁，然后迅速拔出針頭，蓋 上樣品蓋帽。（3）測定A.儀器達到所設定的溫度后，將樣品管裝入旋轉軸內，擰緊壓緊帽（扶住軸端 的擋圈即可防止軸轉動）。B.將觀測顯微鏡調整到合適的位置，以利于觀測。C.按下電機開機開關，調整轉速，選擇測定軟件的“數據菜單”，然后打開“數 據”菜單，點擊“開始采集”，程序開始采集數據。4.實驗整理實驗結束后，將用過的量筒、燒杯、帶塞具塞量筒等玻璃儀器清洗干凈，晾干，擺 放整齊，

15、待老師檢查完畢后方可離開。五、實驗結果處理.整理所測得的表面張力數據，繪制-logC曲線，根據曲線求出CMOS。 溶液濃度 mol/l01.0 x 10-11.0 X10-21.0 X10-31.0 X10-41.0 X10-5最大拉力值Mn/m,173.9429.2432.4731.3841.5160.16273.7329.2832.8131.4241.4760.54373.6129.3232.9431.3841.7660.21平均值73.7629.2832.7431.3941.5860.30由圖可知cmc直約為10-3.12 mol/l.整理所測得界面張力數據，繪制界面張力隨時間的變化曲線

16、-t曲線，根據曲線指出超低界面張力區域。表3油水界面張力測定實驗溫度：20.2C油相：煤油密度差：0.216g/cm3SDBS-0.011283970,mN / m37.192225.620927.708626.0298SDBS-0.11244461,mN / m23.640911.56944.78064.1469K蒙m口aPix a 工31. TOii/ ILiflG 1卜-2015SDS-0.011222736,mN / m97.426360.011151.161250.1590SDS-0.1191758,mN / m85.105558.587944.979543.80623、求出表面活性

17、劑在不同質量分數下的乳化原油的不穩定系數。(1)在坐標紙上繪制分出水的體積與時間的關系(V-t)曲線，注意每個表面活性劑的 質量分數下的V-t曲線都應在同一規格坐標中繪出。(2)將V-t曲線與時間軸所包面積剪下，在電子天平上稱其質量W.(3)在坐標紙上剪下已知面積(A，單位為mL*min)的方框稱取其質量 W(4)不穩定系數按下式求出：T0v (t) dt w?aUSI TW0 ?tt/s051015202530001.03.05.07.59.510.0t/s030601201801.0 10 501.03.55.09.5t/s0306012024030054041.0 1001.02.53.

18、09.59.510t/S060120180240360540720900108012601500180011.0 100001.51.51.52.02.53.03.54.04.55.01.0 10 2003.04.55.06.06.57.07.57.58.08.08.531.0 1003.08.09.010.0分出水的體積與時間的關系（V-t）曲線0-lOxity-b1 SOO 70000根據擬合可知：濃度mol/lV (t)0V = 0.3679t - 0.3751.0 X10-1V = 0.0028t + 0.34051.0 X10-2V= -9E-12t 4 + 4E-08t3- 6E-

19、05t 2 + 0.037t - 1.18671.0 X10-3V = -0.0002t 2 + 0.0814t - 0.3429一一-41.0 X10V = -6E-05t 2 + 0.0506t - 0.5137-51.0 X10V= 0.0511t - 0.1897USITV (t) dtUSI TV dtT由此可計算出不穩定系數:0. 18395 3030 - 0. 375 30 5. 143530同理可得出:濃度mol/lUSI05.14351.0 10-12.86051.0 10-26.73761.0 10-35.58511.0 10-47.31631.0 10-54.40934、繪制USI(SDS)的關系曲線，找出使原油乳化的最佳表面活性劑質量分數范圍, 并解釋曲線的變化規律。USI-w (SDS)的美系曲淺B由曲線可以看出原油乳化的最佳表面活性劑質量分數范圍為0.010.1mol/l。圖像分析：質量分數的增加使得生成乳狀液的粒徑增大 ，乳狀液粒徑越大，由兩相密度差導致的油水分離速度也越快, 從而導致油水分層速度加快, 乳狀液析水率增值較大。另外 , 乳狀液液滴上浮聚集成團后 , 石油磺