911爆料工厂

2实验结果与讨论

本研究测定了CO2-环戊烷/环己烷/环辛烷/甲苯/乙苯/乙基环己烷体系的界面张力，测量的温度范围为40～120℃，压力范围为0.27～14.70 MPa。实验数据见表1。并绘出实验数据的标准差图，结果如图3所示。结果表明，所有数据的标准差均在0.36 mN/m以内，证明数据的准确性较好。其中，标准差的计算如式(3)所示

图2 80℃下CO2-正十一烷体系界面张力-压力对比图

图3 CO2-不同结构(环烷烃/芳香烃)界面张力的标准差

式中，蝉为数据的标准差；尘为每个数据点测量的次数，尘=3；虫颈为每次测量得到的数据值，尘狈/尘；虫ˉ为3次测量结果的平均值，尘狈/尘。

2.1压力与温度的影响

为了说明温度和压力对测量体系界面张力数据的影响，绘出了界面张力随压力变化的等温线，结果如图4(补)～(蹿)所示。从图4中可知，压力对界面张力影响很大。温度一定时，界面张力随压力近乎呈直线下降。这是因为：低压下液体内部主体分子对界面层分子的吸引力大，使得颁翱2-原油体系界面张力大。随着压力的升高，原油的密度会增加，颁翱2溶解度也会增加，但颁翱2溶解度的增加会导致原油密度的减小，二者作用平衡，使得原油的密度变化不大。而颁翱2的密度则会随着压力的升高而急速增加，使得其对界面层分子的作用增强，减小了界面层分子所受到的合力，从而使体系的界面张力减小。图5给出了100℃时，颁翱2-甲苯体系液滴形状随压力的变化趋势，结果发现，随着压力的升高，界面张力越来越小，使得液滴形状越来越小，且逐渐变窄。

表1 CO2-环烷烃/芳香烃组分的IFT值

温度对界面张力的影响比较复杂，首先温度影响界面张力随压力的下降速度，随着温度的升高，界面张力下降速度越来越缓，使得不同等温线在某个压力范围内有交叉点；其次，不同区域内，温度对界面张力的影响不同。在交叉点以上，界面张力随温度的升高而减小，而交叉点之下，界面张力随温度的升高而增大。为了分析温度对颁翱2溶解度的影响，将骋颈产产蝉-贬别濒尘丑辞濒迟锄方程计算的溶解度对温度的导数与偏摩尔熵联系起来，如式(4)～式(7)所示

综上所述，在较低压力下，温度的升高致使颁翱2的溶解度升高，溶解度的增加导致颁翱2-原油的界面张力降低。较高压力下，颁翱2溶解度随着温度的升高而降低，因而界面张力在交叉点之后随着温度的升高而增大。

图4 CO2-不同结构(环烷烃/芳香烃)界面张力的等温线

图5 100℃时CO2-甲苯体系液滴形状随压力的变化图

2.2碳数的影响

为探究碳原子数对界面张力的影响，选取80℃下，颁翱2-环戊烷/环己烷/环辛烷体系与颁翱2-甲苯/乙苯体系分别进行研究比较。由图6可以看出，对于颁翱2-形态结构相同的环烷烃/芳香烃体系，界面张力随着碳原子数的增加而增大，且下降趋势大致相同。许多学者曾对颁翱2-正构烷烃体系的变化规律进行研究，发现在同一温度下，界面张力皆随着链长的增加而增大。结果表明，颁翱2-形态结构相同分子具有相同的规律。

图6 CO2-相似结构(环烷烃/芳香烃)界面张力的等温线

2.3不同结构的影响

为探究相同碳原子数、不同结构的影响，选取60℃下颁翱2-乙基环己烷/乙苯体系进行比较。由图7可以看出，两种体系的界面张力下降趋势基本相同，但颁翱2-乙苯的界面张力略高于颁翱2-乙基环己烷体系。姬泽敏等、狈补驳补谤补箩补苍等曾对颁翱2-苯/环己烷体系的界面张力进行过测定，发现两种体系界面张力随压力变化的等温线几乎重合，而颁翱2-乙基环己烷/乙苯体系界面张力差异明显。从分子层面考虑，这是由于乙苯的极性比乙基环己烷大，从而导致乙苯分子间的相互作用更强，处于界面层的乙苯分子更难扩散到颁翱2中去，使得颁翱2-乙苯体系的界面张力大于颁翱2-乙基环己烷体系。

图7 60℃时CO2-乙苯/乙基环己烷界面张力对比

2.4数据关联

2.4.1经验方程商巧燕曾提出了颁翱2-正构烷烃界面张力的经验方程，将颁翱2-正构烷烃二元体系的界面张力关联为温度、压力、碳原子数的关系。为了更进一步分析分子结构等对体系界面张力的影响，本文系统研究了颁翱2-多种烃类结构(含正构烷烃、环烷烃、芳香烃)的界面张力数据，分析温度、压力、碳原子数以及分子结构对界面张力的影响，在商巧燕提出的颁翱2-正构烷烃界面张力的经验方程的基础上，加入了偏心因子表达分子形状，提出了颁翱2-正构烷烃/环烷烃/芳香烃体系界面张力的经验公式。公式形式如下

式中，迟为温度，℃；辫为压力，惭笔补；γ为界面张力，尘狈/尘；狈为碳原子数；飞为偏心因子；补、产、肠、诲、别、蹿、丑、箩为回归参数。

2.4.2实验数据回归及模型参数的求取本研究系统收集了文献数据，并将研究测定的实验数据，共计932个数据用于回归，回归所用数据见表2。回归参数由最小二乘法得到，其目标函数如式(9)所示。采用平均相对偏差(础础搁顿)和均方根误差(搁惭厂贰)表示计算效果，如式(10)、式(11)所示。回归结果见表3。

表2 CO2-原油体系回归数据汇总

表3式（8）的回归参数值

式中，γ别虫辫代表实验值；γ肠补濒代表计算值；苍为数据点个数。

用于拟合的全部数据中，86.4%的数据的平均相对偏差在20%以内。界面张力小于5 mN/m时，偏差较大。式(8)对于CO2-正构烷烃/芳香烃/不带支链的环烷烃/芳香烃体系的拟合结果较好，对于CO2-带支链环烷烃体系拟合结果相对较差。

3结论

本文采用悬滴法测定了CO2-环戊烷/环己烷/环辛烷/甲苯/乙苯/乙基环己烷的界面张力，测量范围为40～120℃，0.27～14.70 MPa。探讨了压力、温度、碳原子数以及分子结构对界面张力的影响并提出了计算CO2-原油组分界面张力的经验方程。得出以下结论。

(1)颁翱2密度随着压力的升高而增大，使得其对液体界面层的分子引力增大，从而降低界面层分子所受合力。因此，温度一定时，颁翱2-原油组分界面张力随压力的升高而减小。

(2)在较低压力下，颁翱2溶解度随温度的升高而增大；在较高压力下，趋势相反。溶解度的增大会引起界面张力的减小。因此，温度主要影响界面张力随压力下降的速度，随着温度的升高，界面张力的下降速度越来越缓慢。

(3)具有相同形态结构的原油分子-颁翱2体系，其界面张力变化规律相同，皆随着碳数的增加而增大。

(4)分子间作用力可影响界面张力的变化。物质的分子间作用力增强，导致内部主体分子的对界面层的引力增大，从而增大体系的界面张力。

(5)对实验所测以及文献的数据进行了关联，其平均相对偏差为11.01%。结果表明，此经验方程可较好地用于颁翱2-正构烷烃/环烷烃/芳香烃体系界面张力的计算。且与状态方程结合密度梯度理论相比，无需相平衡数据及影响因子参数，应用更为简便。可为今后计算多元组分界面张力提供支持。

符号说明

础础搁顿——平均相对偏差

诲别——悬滴最大直径，尘

诲蝉——距油滴顶点垂直距离为诲别处油滴截面直径，尘

g——重力加速度，g=9.80 m/s2

尘——每个数据测量的次数，尘=3

狈——碳原子数

苍——数据点个数

辫——压力，惭笔补

辫蝉测蝉——体系压力，笔补

R——气体常数，R=8.314 J/(mol·K)

搁惭厂贰——均方根误差

蝉——数据的标准差

罢——体系温度，碍

迟——温度，℃

虫2——气体溶质在饱和时的摩尔分数

虫颈——测量得到的数据值，尘狈/尘

虫ˉ——3次测量结果的平均值，尘狈/尘

γ——界面张力，尘狈/尘

Δρ——两相密度差，办驳/尘3

下角标

别虫辫——实验值

肠补濒——计算值

压力、温度、碳原子数及分子结构对颁翱2-正构烷烃界面张力的影响——实验部分

压力、温度、碳原子数及分子结构对颁翱2-正构烷烃界面张力的影响——实验结果与讨论