Теоретическая часть

Лабораторная работа №4

«Оксиэтилирование нонилфенола»

Цель работы: изучение процесса оксиэтилирования алкилфенола в зависимости от параметров процесса, определение характера продуктов процесса и их использования в химической промышленности.

Теоретическая часть.

Неионогенные ПАВ

Неионогенные ПАВ обладают хорошими моющими свойствами, в том числе возможностью применения их при низких температурах, стойкостью в жесткой воде, способностью удерживать загрязнения без добавок специальных реагентов, а также высокой биоразлагаемостью и хорошей совместимостью с другими ПАВ. Производство НПАВ характеризуется наличием широкой сырьевой базы, низкой себестоимостью продукта. ПАВ на основе оксиэтилированных алкилфенолов являются наиболее многотоннажными из числа неионогенных ПАВ (свыше 50% их производства).

Неионогенные ПАВ нашли широкое применение в нефтяной и газовой промышленности, в частности, для повышения извлечения нефти при эксплуатации месторождений. Эффективные ПАВ, используемые для нефтеизвлечения, должны отличаться следующими характеристиками:

ü снижать межфазное натяжение на границе нефть/вода до очень низких значений при низких концентрациях реагента;

ü не сильно сорбироваться породами месторождений;

ü быть физически и химически стабильными к действию солевых растворов в пластах при соответствующих температурах;

ü проникать на большую часть призабойной зоны пласта;

ü быть дешевыми и обеспеченными сырьевой базой;

ü хорошо совмещаться с другими химическими реагентами, используемыми в нефтедобыче;

ü обладать хорошей биоразлагаемостью;

ü характеризоваться отсутствием токсичности и низкой пожаро- и взрывоопасностью;

ü обладать достаточно высокой технологичностью при применении в процессах нефтедобычи.

Эффективность заводнения нефтяных месторождений растет, если к закачиваемой воде добавлять оксиэтилированные алкилфенолы. Извлечение нефти можно увеличить, закачивая в месторождение также водные пены.

Оксиэтилированные алкилфенолы могут быть использованы в качестве деэмульгаторов при обработке свежих промысловых водно-нефтяных эмульсий для снижения остаточного содержания воды в нефти.

Неионогенные ПАВ использутся в качестве эмульгаторов для получения обратных (инвертных) эмульсий в нефтедобывающей промышленности, а так же как структурирующие добавки и регуляторы реологических свойств инвертно-эмульсионных растворов и других дисперсных систем на углеводородной основе.

Водорастворимые неионогенные ПАВ с высоким значением ГЛБ (более 8) могут быть стабилизаторами прямых эмульсий, а с низкими значениями ГЛБ – обратных эмульсий.

Оксиэтилирование изооктилфенолов

Принимается, что оксиэтелирование нонилфенола описывается теми же уравнениями, что и октилфенола.

В литературе опубликованы данные кинетических исследований по оксиэтилированию октилфенола в реакторе с мешалкой, т.е. периодическим методом в условиях, приближенных к условиям идеального перемешивания.

В общем виде реакция оксиэтилирования описывается схемой:

Оксиэтилирование изучалось в присутствии щелочного катализатора - NaOH в количестве 0,075 моль/кг. Согласно этим данным, скорость оксиэтилирования, выраженная числом молей оксида этилена, присоединенным к 1 молю октилфенола, после 24 минут реакции является величиной постоянной и при данной температуре (пределах от 150 до 220 ⁰С) зависит только от продолжительности реакции.

Математически эту закономерность можно выразить функцией:

z=f₁(t) + f₂(t)∙(x-24)

z = (2,6439 – 0,037∙t + 1,448∙10^-4∙t₂) + (0,8123 – 0,01428∙t + 7,9943∙10^-3∙t₂ –

– 1,1548∙10^-7∙t₃)∙(х - 24)

где z - средняя степень оксиэтилирования, т.е. среднее число молей оксида этилена, присоединенное к 1 молю алкилфенола за время реакции t.

Первый член выражения f₁(t) представляет собой функцию, характеризующую число молей оксида этилена, присоединившихся к алкилфенолу к двадцать четвертой минуте реакции в зависимости от температуры реакции.

Второй член выражения f₂(t) характеризует степень оксиэтилирования от времени реакции оксиэтилирования.

Для изучения реакции оксиэтилирования можно воспользоваться программным продуктом OXIET_F, чтобы рассчитать среднюю степень оксиэтилирования в зависимости от температуры и времени реакции.

Распределение компонентов в оксиэтилированных фенолах по числу присоединенных оксиэтильных групп сходна с аналогичной задачей для оксиэтилированных спиртов, так как после присоединения оксида этилена к алкилфенолу (что происходит в первую очередь), на второй стадии оксиэтилирования алкилфенолов оксид этилена присоединяется к спиртовым группам. Поэтому для определения состава полимергомологов реакционной массы предлагается воспользоваться распределением Пуассона:

где N_i – количество (выраженное в %_мольн.) оксиэтилированного продукта, содержащего i молей оксида этилена;

i – число молей оксида этилена, присоединенное к 1 молекуле спирта или степень оксиэтилирования каждой отдельной молекулы оксиэтилированного спирта;

v – средняя степень оксиэтилирования, т.е. среднее число молей оксида этилена, присоединенное к одному молю спирта;

е – основание натуральных логарифмов.

Коэффициент 100 введен для того, чтобы результат расчетов выразить в процентах.

Рис. 9. Состав продуктов оксиэтелирования,% масс

Количество присоединенных оксиэтилированных групп, n	Состав продуктов оксиэтилирования, %мольн.	Состав продуктов оксиэтилирования, %мольн. На 100%	М, г/м	Состав продуктов оксиэтилирования, %масс.
	0,00	0,00		0,00
	0,00	0,00		0,00
	0,00	0,00		0,00
	0,00	0,00		0,00
	0,01	0,01		0,01
	0,02	0,02		0,02
	0,06	0,07		0,06
	0,16	0,18		0,19
	0,35	0,39		0,35
	0,69	0,76		0,81
	1,23	1,36		1,25
	2,01	2,23		2,37
	3,04	3,37		3,09
	4,27	4,73		5,05
	5,60	6,21		5,72
	6,89	7,64		8,18
	7,97	8,83		8,17
	8,70	9,64		10,36
	9,01	9,99		9,27
	8,86	9,82		10,58
	8,30	9,20		8,57
	7,42	8,22		8,89
	6,34	7,03		6,57
	5,20	5,76		6,25
	4,09	4,53		4,25
Всего	90,22	100,00		100,00

Содержание целевой фракции (синтетические полиоксиэтелированные масла) с количесвом присоединённых оксиэтелированных групп от 16 до 22 равно 64,01 % масс в реакционной смеси.

Выводы: При температуре реакции 223 ^оС и времени реакции 80 мин. степень оксиэтилирования составила 19,7. При времени реакции 90 мин и при той же температуре степень оксиэтилирования равна 22,9. Следовательно, увеличение времени реакции, при неизменной температуре реакции, приводит к увеличению степени оксиэтилирования. Целевую фракцию можно использовать в качестве синтетических полиоксиэтилированных масел.