우리는 사이클로펜탄에 잠긴 물방울의 계면에 대한 요온 계면 활성제의 존재에서 수화물의 형성을 연구하는 프로토콜을 제시한다. 이 프로토콜은 저비용, 프로그래밍 가능한 온도 조절기 구축으로 구성됩니다. 온도 제어 시스템은 시각화 기술 및 내부 압력 측정과 결합됩니다.
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방법 논문
저비용 통합 모듈형 펠티에 장치를 사용하여 오일-워터 인터페이스에서 수화물 결정화에 대한 계면활성제 효과 연구
이 논문에서
요약
초록
우리는 난오 계면 활성제의 영향으로 수화물의 형성과 성장을 연구하는 접근 법을 소개합니다. 실험 시스템에는 온도 조절기, 시각화 기술 및 내부 압력 측정이 포함됩니다. 온도 제어 시스템에는 고체 펠티에 부품으로 제작된 저비용의 프로그래밍 가능한 온도 조절기가 포함되어 있습니다. 온도 제어 시스템과 함께, 우리는 비주얼리제이션 계면활성제의 존재에 수화물 형성 및 억제를 연구하기 위해 시각화 기술과 내부 압력 측정을 통합했습니다. 우리는 낮은 (즉, 0.1 CMC), 중간 (즉, CMC), 및 높은 (즉, 10 CMC) 농도에서 난오 계면 활성제 (소르비탄 모노 라우 레이트, 소르비탄 모노 올레이트, PEG-PPG-PEG 및 폴리 옥시에틸렌 레스코비탄 트리스테아레이트)의 수화물 억제 능력을 연구했다. 결정의 두 가지 유형이 형성되었다 : 평면과 원두. 평면 결정은 일반 물과 낮은 계면 활성제 농도에서 형성되었다. 원뿔형 결정은 높은 계면 활성제 농도로 형성되었다. 연구 결과는 원유질 결정이 수화물 억제의 관점에서 가장 효과적이다는 것을 보여줍니다. 원유결정은 특정 크기를 초과하여 성장할 수 없기 때문에 원엽 결정으로서 수화물 성장 속도는 평면 결정으로서 수화물 성장 속도보다 느립니다. 따라서 원유질 결정을 형성하기 위해 수분을 공급하는 계면활성제가 가장 효율적입니다. 프로토콜의 목적은 계면활성제 분자의 존재에 물방울의 표면에 사이클로펜탄 수화 결정화 공정을 조사 할 수있는 실험 시스템의 상세한 설명을 제공하는 것입니다.
서론
수화물 결정화 및 억제 메커니즘을 이해하는 인센티브는 수화물이 석유 파이프 라인에서 자연적으로 발생하고 흐름 보증에 어려움을 초래할 수 있다는 사실에서 비롯됩니다. 예를 들어, 2010년 멕시코 만 오일 유출1은 수중 오일 배관 시스템에 수화물이 축적되어 환경에 오염을 일으킨 결과입니다. 따라서 미래의 환경 재해를 예방하기 위해서는 수화물 형성과 억제를 이해하는 것이 중요합니다. 지난 몇 년 동안 수화물 결정화 연구를 위한 원동력의 대부분은 수화물 플러그 응집 및 후속 흐름 막힘을 방지하기 위한 석유 산업의 노력입니다. 수화물이 연결 된 유동선에 대한 책임이 있음을 결정하는 첫 번째 연구는 1934 년 Hammerschmidt에 의해 수행되었다2. 오늘날까지, 석유 생산자는 흐름 보증3을이해하고 수화물 형성을 억제하는 것이 매우 중요하다고 합니다.
수화물 형성을 방지하는 한 가지 방법은 얼음이 형성되지 않도록 깊은 물 파이프 라인을 절연하는 것입니다. 그러나 파이프 라인을 적절하게 절연하는 것은 비용이 많이 들며 추가 비용은 $ 1 백만 / km3의순서일 수 있습니다. 메탄올과 같은 열역학적 억제....
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프로토콜
1. 사이클로펜탄의 물방울에 수화물 형성
참고: 아래에 기술된 실험 절차는 소개에 기재된 IMPd 및 수화물 시각화 세포를 사용하여 사이클로펜탄의 물방울 에 수화물 형성을 연구하기 위한 것이다.
- 1mL 유리 주사기에 19G 바늘을 부착하십시오(그림 2b, C).
- DI 물로 1 mL 유리 주사기와 19G 바늘 3x를 헹구다.
- 주사기를 DI 물로 채웁니다.
- 수화물 시각화 셀(그림 2b, E)을사이클로펜탄 25 mL로 채웁니다.
- 주사기를 사용하여 수화물 시각화 셀의 하단에 DI 물방울(즉, 50-100 μL)을 삽입합니다. 이 물방울은 씨앗 수화물입니다.
참고: 드롭은 수화물 시각화 셀의 맨 아래에 배치해야 합니다. 종자 수화물의 목적은 수화물의 형성을 개시하고 성장 속도의 일관된 핵 형성 및 추적을 형성하는 것이다. - 온도 센서를 수화물 시각화 셀 내부에 놓고 셀 하단에 가까이 놓습니다.
- 사이클로펜탄의 증발을 방지하기 위해 수화물 시각화 셀에 아크릴 커버....
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결과
이 실험 시스템을 사용하여 오일-워터 인터페이스에서 수화물 형성을 조사하고 결정화 공정과 관련된 계면 응압을 측정할 수 있습니다. 도 6은 결정 형성 및 계면 응력 모두를 포함하는 대표적인 결과 세트를 나타낸다. 평면 껍질 성장(그림 6a)에서,결정은 적도를 향해 두 극에서 성장했다. 이러한 이유로 평면 결정에서 수화물 쉘은 끊임없이 증가했습니다. 도 6a에서볼 수 있는 바와 같이 순수한 물과 낮은 계면활성제 농도에서 수화물이 평면 쉘 형태를 형성했다.a 도 6b에 도시된 시간에 따른 압력 및 명백한 평균 계면 응력의 변화는 평면 쉘 형태에 대해 수화물 성장이 진행됨에 따라 명백한 평균 안면 응력의 점진적인 감소를 보였다. 수화.......
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토론
이 기사에서는 난오계면활성제가 있는 오일-워터 인터페이스에서 수화물 결정화를 연구하는 실험 기술을 설명합니다. 이 장치는 온도 제어 시스템과 창문이 있는 황동 챔버, CMOS 카메라 및 압력 변환기가 포함된 시각화 셀로 구성됩니다. 온도 제어 시스템은 마이크로 컨트롤러, 강력한 펠티에 플레이트, 방열판으로 120mm CPU 쿨러, 방수 디지털 온도 센서로 구성됩니다. 수화물 시각화 황동 셀은 창에 고정 된 카메라와 한 방울 내부의 압력을 측정 할 수있는 압력 센서로 설계되었습니다. 장치로 시험된 계면활성제는 소르비탄 모노라우레이트, 소르비탄 모노올레이트, PEG-PPG-PEG 및 폴리옥시에틸렌아비안 트리스테아레이트였으며, 이는 석유 산업에서 일반적으로 사용된다. 이 장치는 수화물 결정화를 거치면서 방울 내부의 내부 압력 변화뿐만 아니라 수화물 결정의 성장 속도를 측정할 수 있습니다. 압력 변화로부터 하나는 수화물 결정의 형상을 나타낼 수 있는 명백한 평균 계면 응을 추출할 수 있다.
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공개 사항
저자는 공개 할 것이 없다.
감사의 글
저자는 미국 화학 협회 - 석유 연구 기금 (ACS - PFR), 보조금 번호 감사합니다 : PRF # 57216-UNI9, 재정 지원을 위해.
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재료
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| 1-Wire DS18B20 - 방수 디지털 온도 센서 | |||
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| Arduino Leonardo 오픈 소스 마이크로컨트롤러 | |||
| 황동 튜빙 1/16 인치. | 케이& S 정밀 금속 | ||
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| Tween 65 (폴리옥시에틸렌소르비탄 트리스테아레이트) | Sigma Aldrich | 9005-71-4 | |
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참고문헌
- Graham, B., et al. Deep water: The Gulf Oil disaster and the future of offshore drilling. Report to the President. , (2011).
- Hammerschmidt, E. Formation of gas hydrates in natural gas transmission lines. Industrial & Engineering Chemistry.
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재인쇄 및 허가
