Cristalizarea parafinei din uleiuri in prezenta solventilor

Cristalizarea parafinei din uleiuri in prezenta solventilor.

Prin parafina se intelege in mod obisnuit produsul comercial solid, cu punct de topire 50-55˚C si in general toate hidrocarburile solide la temperatura normala sau care precipita la racirea titeiului sau a unei fractiuni [4].

Parafinele se pot imparti in doua tipuri principale:

parafina propriu-zisa, care se separa din fractiunile de ulei cu viscozitate mica sub forma de cristale distincte;

parafina microcristalina, impropriu denumita amorfa, din uleiuri grele, din uleiul rezidual sau din diferite depuneri.

Prin racirea fractiunilor in care este continuta, parafina obisnuita cristalizeaza in placi hexagonale sau ace si in alte forme nedefinite denumite malcristale, in functie de conditiile de racire [5].

Caile prin care se poate ajunge de la o solutie omogena la o solutie care sa contina germeni de cristalizare sunt:

racirea solutiei;

concentrarea solutiei prin evaporare in regim izoterm;

racirea si concentrarea solutiei prin scaderea temperaturii si presiunii.

In general, cristalizarea cuprinde doua etape: formarea germenilor de cristalizare si cresterea cristalelor. Germenii de cristalizare au dimensiuni mici, putandu-se dizolva in solutia mama.

Formarea germenilor. Germenul se poate forma daca un numar de molecule ale substantei dizolvate se aglomereaza intr-un nucleu stabil, susceptibil de a se mari in loc de a ramane dispersat in lichid. Formarea germenilor impune o suprasaturare si este nevoie de anumita energie pentru aceasta etapa. Demarajul cristalizarii poate fi provocat fie adaugand germeni de acelasi fel ca solutia suprasaturata, fie usurand formarea lor prin agitarea lichidului, printr-un soc mecanic sau prin actiunea unui camp magnetic sau electric, prin ultrasunete etc.

Cresterea cristalelor. Dupa formarea germenilor urmeaza cresterea acestora in cristale. In aceasta faza intervin urmatoarele procese: transferul de material din masa solutiei in imediata vecinatate a suprafetei cristalelor, adsorbtia la suprafata acestora si eliminarea caldurii care se degaja deja. Procesul   care se desfasoara cu viteza cea mai lenta impune viteza de crestere a cristalelor. In cazul deparafinarii uleiurilor, procesul de difuziune are viteza cea mai lenta si controleaza cristalizarea.

Dimensiunea cristalelor depinde de raportul dintre viteza de formare a germenilor si cea de crestere a lor. Daca viteza de formare a germenilor este mult mai mare decat viteza lor de crestere se formeaza cristale fine, dificil de separat din solutie prin filtrare [6.7].

Metodele de obtinere a germenilor de cristalizare pot fi puse in evidenta pe o diagrama de solubilitate lichid-lichid reprezentata in fig. 1.1. Cele doua curbe din fig.1.1. impart diagrama in trei domenii: stabil, metastabil si labil sau de nucleatie. In domeniul stabil (la temperaturi mari si concentratii mici de faza solida in solutie) nu pot sa apara germenii de cristalizare. In domeniul metastabil, cristalele introduse in sistem pot exista, dar nu apar germeni de cristalizare. Numai in domeniul labil este posibil ca germenii de cristalizare sa apara [1].

Curba 1 reprezinta conditiile in care solutia este saturata cu unul din constituenti. Intre curbele 1 si 2 este zona de lichid metastabila, iar curba 2 delimiteaza zona in care cristalizarea poate sa se produca spontan (dar nu obligatoriu).

Concent- 2 1

ratia de Domeniul labil

faza

solida

domeniul

metastbil

Domeniul

stabil

Temperatura

Figura 1.1. Diagrama de solubilitate pentru o solutie in care sunt dizolvate cristale [2]

Viteza de formare a germenilor de hidrocarburi parafinice in solutii a fost determinata pe baza unor ecuatii teoretice si empirice.

Din pacate , aceste ecuatii nu pot fi aplicate la uleiuri a caror compozitie este extrem de complexa. 

La deparafinarea uleiurilor, relatiile deduse pentru determinarea vitezei de crestere a cristalelor din solutii de compozitie cunoscuta nu se pot aplica. In acest caz, pentru aprecierea vitezei de crestere a cristalelor (Vcc) se poate folosi relatia empirica [2]:

Vcc=L/η*(C-S) (

unde:

L-este o constanta care depinde de conditiile de cristalizare;

-viscozitatea solutiei;

C-concentratia de parafina in solutie;

S-solubilitatea parafinei in solutie.

Relatia (1.1) arata ca viteza de crestere a cristaleloreste mare atunci cand viscozitatea solutiei este mica, solubilitatea parafinei in solutie este redusa si cristalizarea se face din solutii concentrate.

La deparafinarea uleiurilor cu solventi, viscozitatea solutiei depinde de urmatorii factori: viscozitatea materiei prime, viscozitatea solventului si raportul dintre cantitatea de solvent si de materie prima, numit ratie de solvent (S/F). Ratia de solvent de dilutie se alege astfel incat sa se asigure o viscozitate acceptabila pentru amestecul materie prima- solvent in timpul operatiei de cristalizare.

Concentratia de parafina din solutie (C) depinde de natura materiei prime si de ratia de solvent. Pentru a se realiza cristalizarea din solutii concentrate, solventul de dilutie poate fi introdus in portiuni (dilutie incrementala). De obicei se realizeaza o dilutie dubla sau tripla [2].

Solubilitatea parafinei in solutie depinde de natura uleiului, natura solventului si ratia de solvent. Ea depinde si de dimensiunea particulelor solide la echilibru cu solventul saturat.