Untersuchung der Tensideffekte auf die Hydratkristallisation an Öl-Wasser-Schnittstellen mit einem kostengünstigen integrierten modularen Peltier-Gerät

Zusammenfassung

Wir präsentieren ein Protokoll, um die Bildung von Hydraten in Gegenwart von nichtionischen Tensiden auf der Schnittstelle eines Wassertropfens in Cyclopentan untergetaucht zu studieren. Das Protokoll besteht aus dem Aufbau eines kostengünstigen, programmierbaren Temperaturreglers. Die Temperaturregelung wird mit Visualisierungstechniken und internen Druckmessungen kombiniert.

Zusammenfassung

Wir führen einen Ansatz ein, um die Bildung und das Wachstum von Hydraten unter dem Einfluss nichtionischer Tenside zu untersuchen. Das experimentelle System umfasst einen Temperaturregler, Visualisierungstechniken und Innendruckmessungen. Das Temperaturregelungssystem enthält einen kostengünstigen, programmierbaren Temperaturregler aus Festkörper-Peltier-Komponenten. Zusammen mit dem Temperaturregelungssystem haben wir Visualisierungstechniken und interne Druckmessungen integriert, um die Hydratbildung und -hemmung in Gegenwart nichtionischer Tenside zu untersuchen. Wir untersuchten die hydrathemmende Fähigkeit von nichtionischen Tensiden (Sorbitanmonolaurat, Sorbitanmonooleat, PEG-PPG-PEG und Polyoxyethylenesorbitan-Tristearat) bei niedrigen (d. h. 0,1 CMC), mittleren (d. h. CMC) und hohen (d. h. 10 CMC) Konzentrationen. Es entstanden zwei Arten von Kristallen: planar und konisch. Planare Kristalle wurden in klarem Wasser und niedrigen Tensidkonzentrationen gebildet. Konische Kristalle wurden in hohen Tensidkonzentrationen gebildet. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass konische Kristalle am effektivsten in Bezug auf die Hydrathemmung sind. Da konische Kristalle nicht über eine bestimmte Größe hinaus wachsen können, ist die Feuchtigkeitswachstumsrate als konischer Kristall langsamer als die Feuchtigkeitswachstumsrate als planarer Kristall. Daher sind Tenside, die Hydrate zwingen, konische Kristalle zu bilden, die effizientesten. Das Ziel des Protokolls ist es, eine detaillierte Beschreibung eines experimentellen Systems zu liefern, das in der Lage ist, den Cyclopentan-Hydratkristallisationsprozess auf der Oberfläche eines Wassertröpfchens in Gegenwart von Tensidmolekülen zu untersuchen.

Einleitung

Der Anreiz, den Mechanismus der Hydratkristallisation und -hemmung zu verstehen, ergibt sich aus der Tatsache, dass Hydrate natürlicherweise in Ölpipelines vorkommen und zu Schwierigkeiten bei der Durchflusssicherung führen können. So war beispielsweise die Ölpest¹ im Golf von Mexiko im Jahr 2010 das Ergebnis einer Ansammlung von Hydraten in einem Unterwasser-Ölrohrsystem, die eine Kontamination der Umwelt verursachte. Daher ist das Verständnis der Hydratbildung und -hemmung von entscheidender Bedeutung, um zukünftige Umweltkatastrophen zu verhindern. Ein großer Teil der treibenden Kraft für die Untersuchung der Hydratkristallisation in den let....

Protokoll

1. Hydratbildung auf Wassertröpfchen in Cyclopentan

HINWEIS: Das unten beschriebene experimentelle Verfahren dient der Untersuchung der Hydratbildung an einem Wassertröpfchen in Cyclopentan unter Verwendung der in der Einleitung beschriebenen IMPd- und Hydrat-Visualisierungszelle.

1. Befestigen Sie eine 19 G Nadel an der 1 ml Glasspritze (Abbildung 2b, C).
2. Spülen Sie die 1 ml Glasspritze und 19 G Nadel 3x mit DI-Wasser.
3. Füllen Sie die Spritze mit DI-Wasser.
4. Füllen Sie die Hydrat-Visualisierungszelle (Abbildung 2b, E

Ergebnisse

Mit diesem experimentellen System kann man die Hydratbildung an der Öl-Wasser-Schnittstelle untersuchen und die mit dem Kristallisationsprozess verbundene Grenzflächenspannung messen. Abbildung 6 zeigt eine repräsentative Reihe von Ergebnissen, die sowohl die Kristallbildung als auch die Grenzflächenspannung umfassen. Im planaren Schalenwachstum (Abbildung 6a) wuchs der Kristall von den beiden Polen in Richtung Äquator. Aus diesem Grund wuchs im.......

Diskussion

In diesem Artikel beschreiben wir eine experimentelle Technik zur Untersuchung der Hydratkristallisation an der Öl-Wasser-Schnittstelle in Gegenwart von nichtionischen Tensiden. Das Gerät besteht aus einem Temperaturregelungssystem und einer Visualisierungszelle, die eine Messingkammer mit Fenstern, CMOS-Kamera und Druckwandler umfasst. Das Temperaturregelungssystem besteht aus einem Mikrocontroller, einer leistungsstarken Peltierplatte, einem 120 mm CPU-Kühler als Kühlkörper und einem wasserdichten digitalen Temperaturs.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
1/16 Zoll Swagelok 316 Edelstahl T-Verschraubung	Swagelok
19 Gauge PTFE-Schlauch	Scientific Commodities, Inc.
19-Gauge-Nadel (Modell: 1001 LTSN SYR)
1-Draht-DS18B20 - wasserdichter digitaler Temperatursensor
Anti-Fog	RainX
Arduino Leonardo Open-Source-Mikrocontroller
Messingschlauch 1/16 Zoll	K& S Precision Metals
Chemyx Fusion 100 Infusionspumpe	Chemyx
cMOS-Kamera acA640-750um	Basler
Cyclopentan 98% extra rein	ACROS organische Stoffe	AC111481000
Faseroptische Schwanenhalslampe 150W	AmScope
Fotodiox Makro-Verlängerungshülsen, 35 mm
Hamilton Glasspritze 1 mL	Hamilton
ImageJ Software
Kipon EOS auf C-Mount Adapter	Kipon
Objektiv 28-90 mm	Canon
Mathematica Software	Mathematica
OMEGA PX409-10WGUSBH Druckmessumformer	OMEGA
Peltier-Platte TEC1-12715	Amazon
Pluronic L31 (PEG-PPG-PEG)Sigma	Aldrich	9003-11-6
Pylon Viewer v5.0.0.6150	Basler
Span 20 (Sorbitan-Laurat, Sorbitan-Monolaurat)	Sigma Aldrich	1338-39-2
Span 80 (Sorbitan-Monoacryl)	Sigma Aldrich	1338-43-8
Thermaltake NiC C4 120mm CPU Kühler	Thermaltake
Tween 65 (Polyoxyethylenorbitantristearat)	Sigma Aldrich	9005-71-4
variables Tooluxe DC Netzteil