硅油和矿物油混合液分层速度的影响因素

2023-01-10张美琼马蕊燕

炼油与化工 2022年6期

张美琼，何军，马蕊燕，张静

（中石油克拉玛依石化有限责任公司炼油化工研究院，新疆克拉玛依 834000）

矿物油的主要组成为各种烃类的混合物，矿物油中的白油为无色透明状、相对分子量为300～400的烃类混合物［1～4］。硅油为无色无味的透明液体，是不同聚合度链状结构的聚有机硅氧烷的混合物［5］。白油和硅油作为单独的物料在工业上应用比较广泛，但2者混合后的性质如何，文献中较少提到［6～9］。

某设备仪器原先使用硅油，当油品更换为矿物油后，矿物油能否与仪器中残留的硅油兼容，是应该探索的实际问题［10～13］。

此项研究进行了硅油和矿物油的混合试验和2者混合液的分层试验，考察了硅油和矿物油混合液分层速度的影响因素，目的在于对实际应用时提供指导性建议。

1 硅油和矿物油的混合试验

将硅油A跟矿物油B按不同比例混合，其中硅油A的比例分别为0.5%、1%、5%。

混合过程为：先向烧杯中加入硅油A，然后再加入矿物油B。硅油A跟矿物油B都加入后，先不搅拌，可以看到烧杯底部有非均匀现象，并随着硅油比例的增加，非均匀现象越来越明显。

将各比例的硅油A+矿物油B混合液不加热搅拌，出现浑浊，即使硅油A的比例低至0.5%时，混合液搅拌后外观也很浑浊，将该浑浊的混合液在60～70℃下加热搅拌0.5 h后，浑浊程度有改善，但仍然不透亮。

将加热后的混合液冷却至室温时，外观浑浊程度恢复得跟没加热时一致。

当硅油A为1%、5%分别跟矿物油B混合时，不加热搅拌时、加热搅拌0.5 h后及冷却至室温后的外观现象跟硅油A（0.5%）+矿物油B混合液的现象相同。

从试验结果可以看出：硅油和矿物油相互是不溶解的，即使升高温度，也不能让它们互溶。

2 硅油和矿物油混合液的分层试验

硅油A和矿物油B的密度差别较大，依据SH/T 0604对2者进行分析，结果见表1。

表1 硅油A和矿物油B的密度

硅油A和矿物油B混合后浑浊，直接影响油品的使用，可以利用2者的密度差别较大这一特点让混合液分层，将2者分开。

研究进行了硅油A和矿物油B混合液的分层试验，从混合液中硅油比例、混合方式、混合液的总量、存放混合液的容器形状、存放混合液的温度等5个方面来考察单变量因素对分层速度的影响。

2.1 单变量因素为混合液中硅油比例

将硅油A和矿物油B按不同比例混兑，硅油A占总量的质量比分别为0.5%、1%、5%，3份混合液总量均为50 g，混合方式为60～70℃下以200 rpm的速度搅拌20 min，混合完成后3份混合液均存放于室温下100 mL的烧杯中。

如前所述，刚混合完后，3份混合液均浑浊。存放过程中，每天观察混合液的外观，看其是否分层，存放240 h后，硅油5%的混合液整体变透亮，分成上下2层，下层占很小部分，而硅油1%、0.5%的混合液仍然浑浊，说明硅油占混合液的比例影响分层快慢，硅油比例越大，分层越快［14～16］。

2.2 单变量因素为混合方式

混合液总量均为400 g，硅油比例均为5%，单变量为混合方式不同，1份混合液在60～70℃下以200 rpm的速度搅拌20 min，另1份混合液以200次/min的速度剧烈摇晃20 min，2混合液混合均匀后均在室温下存放于500 mL烧杯中，刚混合完的外观均很浑浊。

持续观察2份混合液外观，混合液存放240 h后，混合方式为“搅拌”的混合液整体变透亮，分成上下2层，下层硅油占很小部分，混合方式为“摇晃”的混合液仍然浑浊。

混合液存放480 h后，混合方式为“摇晃”的混合液也变透亮，分成2层，下层硅油占很小部分。因此，在60～70℃下以200 rpm速度搅拌20 min的混合液比以200次/min的速度剧烈摇晃20 min的混合液更容易分层，原因是，跟搅拌相比，摇晃的液体分子相互串动得更剧烈，导致混合液静置分层时更不容易分开［17,18］。

2.3 单变量因素为混合液总量

1份混合液总量为400 g，另1份混合液总量为50 g，2份混合液的硅油比例均为5%，混合方式均为在60～70℃下以200 rpm的速度搅拌20 min，2份混合液混合均匀后均在室温下存放于相应大小的烧杯中，刚混合完后2份混合液外观均很浑浊。

每天观察2份混合液外观，混合液存放240 h后，总量不同的2份混合液均整体变透亮，分成上下2层，下层占很小部分，因此，混合液总量对混合液的分层速度没有影响。

2.4 单变量因素为存放混合液的容器形状

2份混合液总量均为400 g，硅油比例均为5%，混合方式均为200次/min的速度剧烈摇晃20 min，混合均匀后1份混合液于室温下存放于分液漏斗中，另1份混合液于室温下存放于500 mL烧杯中，刚混合完的2份混合液外观均很浑浊。

每天观察2份混合液外观，存放容器形状不同的2份混合液均在存放480 h后整体变透亮，分成上下2层，下层占很小部分，说明存放容器形状不同对分层速度没有影响。

2.5 单变量因素为存放混合液的存放温度

3份混合液总量均为50 g，硅油比例均为5%，混合方式均为在60～70℃下以200 rpm的速度搅拌20 min，3份混合液混合均匀后均存放于100 mL烧杯中。

第1份混合液一直室温存放；第2份混合液一直50℃存放；第3份混合液先室温放20 h、后50℃存放。3份混合液混合均匀后的外观均很浑浊。

每天观察混合液外观，先室温放20 h后50℃存放的混合液于50℃存放2 h后，即总共存放22 h后整体变透亮，分成上下2层，下层占很小部分，将该分层的混合液冷至室温后，混合液变浑浊，由此说明混合液没有真正分层，只是稍高的温度增加了硅油在矿物油中的溶解性/分散性，降至室温后，溶解性/分散性降低，所以又变浑浊。

金日华和华幼卿认为［4］，聚合物高分子的分子运动具有温度依赖性，随温度升高，分子热运动能量增加，分子链解缠，体积膨胀，活动空间加大；反之，则分子链收缩缠绕，运动减缓。当温度升高时，硅油高分子链解缠舒展，活动空间变大，能使更多的小的矿物油分子进入，2者互溶性提高；反之，温度降低时，硅油高分子链蜷缩重新缠结，白油分子被挤出，发生浑浊现象［5］。

先室温放20 h后50℃存放的混合液于50℃存放240 h后的现象跟先室温放20 h后50℃存放的混合液于50℃存放2 h后的现象相同，仍然没有分层。

一直室温存放的混合液和一直50℃存放的混合液存放240 h后的外观为：一直室温存放的混合液整体变透亮，分成上下2层，下层占很小部分，一直50℃存放的混合液仍然浑浊，说明室温下存放的混合液比50℃存放的混合液分层更快。