Estudio de los efectos de surfactante en la cristalización de hidratos en interfaces aceite-agua utilizando un dispositivo de peltier modular integrado de bajo costo

Resumen

Presentamos un protocolo para estudiar la formación de hidratos en presencia de tensioactivos no iónicos en la interfaz de una gota de agua sumergida en ciclopentano. El protocolo consiste en la construcción de un regulador de temperatura programable y de bajo costo. El sistema de control de temperatura se combina con técnicas de visualización y mediciones de presión interna.

Resumen

Introducimos un enfoque para estudiar la formación y el crecimiento de hidratos bajo la influencia de tensioactivos no iónicos. El sistema experimental incluye un regulador de temperatura, técnicas de visualización y mediciones de presión interna. El sistema de control de temperatura contiene un regulador de temperatura programable de bajo costo fabricado con componentes Peltier de estado sólido. Junto con el sistema de control de temperatura, incorporamos técnicas de visualización y mediciones de presión interna para estudiar la formación e inhibición de hidratos en presencia de tensioactivos no iónicos. Estudiamos la capacidad inhibidora de los hidratos de los tensioactivos no iónicos (monolaurato de sorbitano, monooleato de sorbitano, PEG-PPG-PEG y tristearate de polioxietileno) a bajas (es decir, 0,1 CMC), medias (es decir, CMC) y altas (es decir, 10 concentraciones de CMC). Se formaron dos tipos de cristales: planos y cónicos. Los cristales planos se formaron en aguas corrientes y bajas concentraciones de surfactantes. Los cristales cónicos se formaron en altas concentraciones de surfactantes. Los resultados del estudio muestran que los cristales cónicos son los más eficaces en términos de inhibición de los hidratos. Debido a que los cristales cónicos no pueden crecer más allá de un cierto tamaño, la tasa de crecimiento de los hidratos como un cristal cónico es más lenta que la tasa de crecimiento de hidratos como cristal plano. Por lo tanto, los tensioactivos que obligan a los hidratos a formar cristales cónicos son los más eficientes. El objetivo del protocolo es proporcionar una descripción detallada de un sistema experimental que es capaz de investigar el proceso de cristalización de hidratos de ciclopentano en la superficie de una gota de agua en presencia de moléculas de surfactante.

Introducción

El incentivo para entender el mecanismo de cristalización e inhibición de los hidratos proviene del hecho de que los hidratos se producen naturalmente en las tuberías de petróleo y pueden resultar en dificultades en la garantía del flujo. Por ejemplo, el derrame de petróleo¹ del Golfo de México de 2010 fue el resultado de la acumulación de hidratos en un sistema de tuberías de petróleo subacuático, causando contaminación al medio ambiente. Por lo tanto, la comprensión de la formación e inhibición de los hidratos es crucial para prevenir futuros desastres ambientales. Gran parte de la fuerza motriz para el estudio de la cristalización de hidrato....

Protocolo

1. Formación de hidratos en gotas de agua en ciclopentano

NOTA: El procedimiento experimental descrito a continuación es para el estudio de la formación de hidratos en una gota de agua en ciclopentano utilizando el IMPd y la célula de visualización de hidratos descrito en la introducción.

1. Coloque una aguja de 19 G en la jeringa de vidrio de 1 ml(Figura 2b, C).
2. Enjuague la jeringa de vidrio de 1 ml y la aguja de 19 G 3x con agua DI.
3. Llene la jeringa con agua DI.
4. Llene la célula de visualización de hidratos(Figura 2b, E....

Resultados

Usando este sistema experimental se puede examinar la formación de hidratos en la interfaz aceite-agua y medir el estrés interfacial asociado con el proceso de cristalización. La Figura 6 muestra un conjunto representativo de resultados que incluyen la formación de cristales y el estrés interfacial. En el crecimiento de la cáscara plana(Figura 6a),el cristal creció de los dos polos hacia el ecuador. Por esa razón, en el cristal plano, la cáscara.......

Discusión

En este artículo describimos una técnica experimental para estudiar la cristalización de hidratos en la interfaz aceite-agua en presencia de tensioactivos no iónicos. El aparato se compone de un sistema de control de temperatura y una celda de visualización que incluye una cámara de latón con ventanas, cámara CMOS y transductor de presión. El sistema de control de temperatura se compone de un microcontrolador, una potente placa Peltier, un enfriador de CPU de 120 mm como el disipador de calor y un sensor de temperatura d.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
1/16 pulg. Swagelok 316 acero inoxidable con racor en T	Swagelok
Tubo de PTFE calibre 19	Scientific Commodities, Inc.
Aguja de calibre 19 (modelo: 1001 LTSN SYR)
DS18B20 de 1 hilo - sensor
antivaho	RainX
Tubo de latón de 1/16 pulg.	K& S Precision Metals Chemyx
Fusion 100 Bomba de infusión	Chemyx
Cámara cMOS acA640-750um	Basler
Ciclopentano 98% extra puro	ACROS orgánicos	AC111481000
Lámpara de cuello de cisne de fibra óptica 150W	Tubos
Fotodiox, 35 mm
Jeringa de vidrio Hamilton 1 mL
			ImageJ
Adaptador de Kipon EOS a montura C	Kipon
Lens 28-90 mm	Software Canon
Mathematica Transductor	Mathematica
OMEGA PX409-10WGUSBH	Placa OMEGA
Peltier TEC1-12715	Amazon
Pluronic L31 (PEG-PPG-PEG)Sigma	Aldrich	9003-11-6
Pylon Viewer v5.0.0.6150	Basler
Span 20 (Laurato de sorbitán, Monolaurato de sorbitán)	Sigma Aldrich	1338-39-2
Span 80 (Monooteato de sorbitán)	Sigma Aldrich	1338-43-8
Thermaltake NiC C4 CPU de 120 mm refrigerador	Thermaltake
Tween 65 (Polioxietilenosorbitán Tristearato)	Sigma Aldrich	9005-71-4
variable Tooluxe Fuente

de temperatura digital resistente al aguaMicrocontrolador de código abierto Arduino Leonardo de extensión AmScope Software Hamilton de presión de alimentación DC