Теоретические основы экстракционных процессов очистки масел

Критическая температура  у алканов повышается при переходе от пропана к бутану и далее пентану. У метана и этана критические температуры значительно ниже, однако у них слишком низкие температуры кипения, что обусловливает необходимость проведения жидкофазного процесса экстракции при высоких давлениях. В этой связи для целой деасфальтизации нефтяных остатков в качестве растворителя преобладающее применение получил сжиженный пропан. Таким образом, неполярные растворители при температурах вблизи критической избирательно растворяют высокомолекулярные углеводороды масляных фракций и разделяют их прежде всего по молекулярной их массе, только затем по их химическому строению.

Следует отметить, что в  процессах деасфальтизации пропан выступает не только как избирательный растворитель, но и одновременно как коагулятор смолисто-асфальтеновых веществ. Известно, что асфальтены в нефтяных остатках присутствуют только в коллоидном состоянии. При этом дисперсионной фазой являются асфальтены, а дисперсионной средой - масла, в т.ч. полициклические ароматические углеводороды и смолы сырья. В разбавленных растворах, в которых растворитель, как, например пропан, не обладает способностью растворять асфальтены, имеет место коагуляция последних. С точки зрения коагулирующей способности, алканы с молекулярной массой меньше, чем у пропана (этан, метан), превосходят пропан. Однако они требуют, как было указано выше, проведения процесса деасфальтизации при чрезмерно высоких давлениях.

Растворяющие и избирательные  свойства полярных растворителей обусловливаются, как указывалось ранее, энергией и соотношением дисперсионных и электростатических составляющих Ван-дер- Ваальсовых сил.

На растворяющую способность  полярных растворителей существенное влияние оказывают тип, количество и место расположения функциональных групп, способность их образовывать водородные связи,а также молекулярная масса и химическая структура (ациклическое или циклическое строение, изомерия, симметричность и др.) основной (ядерной) части их молекул. Так, бензол, имеющий симметричную молекулярную структуру, не обладает дипольным моментом, в то время как толуол и ксилолы, содержащие метильные группы, относятся к типу полярных (слабополярных) растворителей.

Влияние химической структуры молекул полярных растворителей  на их растворяющую способность.

 В молекулах полярных  растворителей, таких как фенол,  анилин и нитробензол, имеются  соответственно гидроксильная, аминная и нитрогруппы.

По результатам многочисленных исследований установлены следующие основные закономерности по влиянию химической структуры молекул полярных растворителей на их растворяющую способность:

- у растворителей с  моноциклической молекулярной структурой с одной функциональной группой РС растет симбатно их дипольным моментам;

- у растворителей с  ациклической структурой с одной  и той же функциональной группой  РС повышается с увеличением  длины алкильной цепи независимо от значений их дипольных моментов (за счет увеличения доли дисперсионных сил);

- наличие в молекуле  растворителя второй и более  функциональных групп снижает его РС (как у фурфурола и N-метилпирролидона);

- наличие в молекуле  полярного растворителя функциональных  групп, способных образовывать  водородные связи, всегда приводит  к снижению их РС.

На избирательную способность  полярных растворителей также влияют величина дипольного момента и особенности  молекулярной их структуры. Исследования показали, что у органических соединений одного и того же класса, различающихся только функциональной группой, избирательная способность увеличивается с ростом дипольного момента их молекул. Такая закономерность характерна как для ароматических, так и для алифатических растворителей.

Растворимость углеводородных компонентов масляных фракций в  полярных растворителях зависит  как от растворяющей способности последних, так и от химического состава, прежде всего способности молекул сырья поляризоваться под действием электрического поля молекул растворителя. При идентичных условиях в полярных растворителях лучше всех растворяются полярные компоненты сырья, то есть смолы и другие неуглеводородные компоненты; в этом случае наряду с ориентационными проявляются и дисперсионные силы межмолекулярного взаимодействия.

Наибольшим значением  средней молекулярной поляризации  характеризуются ароматические  углеводороды, наименьшим - парафиновые, а нафтеновые занимают промежуточное положение. Вследствие этого ароматические углеводороды имеют самые низкие значения КТР в полярных растворителях, а парафиновые - самые высокие. По растворимости углеводородных компонентов масляных фракций в полярных растворителях установлены следующие закономерности:

- самую высокую растворимость  имеют ароматические углеводороды;

- с ростом числа колец  в молекуле углеводорода сырья  растворимость резко возрастает;

- с увеличением длины  алкильных цепей растворимость  снижается;

- при одинаковом числе  атомов углерода в кольцах  нафтеновых и ароматических углеводородов  растворимость последних значительно выше;

- самую низкую растворимость  имеют нормальные парафиновые углеводороды;

- растворимость твердых  углеводородов в полярных (как  и в неполярных) растворителях  ниже, чем жидких;

- растворимость всех компонентов  масляных фракций в полярных растворителях растет с повышением температуры.

Для получения высокоиндексных  масел с достаточно высоким выходом  большое значение имеет оптимальное  сочетание растворяющей способности и избирательности полярных растворителей. В ряде случаев возникает необходимость улучшить одно из этих свойств без ухудшения другого. С этой целью к основному растворителю добавляют небольшое количество другого, улучшающего одно из свойств первого. Для снижения растворяющей способности основного растворителя в качестве антирастворителя в промышленных условиях часто применяют воду. Однако вода обладает тем недостатком, что из-за высокой теплоты испарения требует больших затрат энергии при регенерации растворителя. Кроме того, добавка воды не всегда приводит к увеличению избирательности смешанного растворителя.