（6）Sessile滴法
Surface Tension
原理：测量平板上形成 的液滴形状或平板下气 泡的形状。
二、动态法
Surface Tension
用以测定流动态下液体，在石化设备设计中动态更有用。 振动喷射法（oscillating Jet Method）
原理：从非圆形小孔中喷出液体，此液流形状受两 个因素影响。
1966年Hadden提出一个N型的Nomograph 图 的计算烃 类及其混合物在不同T的 。由Tr和K 半理论或经验型的关联式和方程式： 本节主要讨论此类。因纯烃和混合烃的计算方法不 。
同，将分别讨论。
一、纯烃液体表面张力 1、EOTVOS式
Surface Tension
2、Van der waals关系式
5、经验关联 ——粘度作关联参数
1932年Silverman等提出 1953年Murkerjel 1956年Sanyal-Mitra
Surface Tension

1 4

A

B

K 3 T log a b
(非缔合液体）
1962年Pratop
1966年 Pelofsky
ln
同C数 ：正烷、烯 < 环烷 < 芳；温度升高，表面张力下降 正构烷烃： C↗ 同温度时的表面张力↗
同C数烃类： 异构<正构
Surface Tension
两相为不同物质时
表2 两相不同物质的表面张力
No. 1 A 水 B 苯 t/℃ 20 A 72.75 B 28.1 AB 35.0
2
3 4
Surface 第二节 等张比容（Parachor） Tension
1923年Macleod发现一定t下，非缔合液体在气—液平衡时，
与气—液两相密度有关，即
式中C是常数，与液体本质有关，在一定范围内为常数。 1924年，Sugder重新处理上式,等式两边同乘以分子量
Sugder称此常数为等张比容（Parachor）以符号[P]表示。即表 示：相等表面张力下，容积之比。
均系在相界面上发生的引力。
表面张力的描述：
气—液相界面层液体分子与液体内部分子所处环境不同，液体内 部分子受周围相邻液体分子的引力是对称的，合力为零。表面层
分子受本体液体分子引力和气相分子引力，两种作用力的合力不
等于零，合力方向指向液体内部。所以这种作用力就导致了液体 表面处于紧张状态，使之自动缩小表面积。
测气泡中最大压力，因而被认为是最佳方法，甚至可测溶盐 和液态金属的表面张力。 原理：将一毛细管一端或一带小孔的平板插入被测液体中， 通入气体，在毛细管端面可形成一个承受压力的气泡，精确 测定气泡所能承受的最大压力，可计算表面张力 。
（5）悬滴法
石油烃类的蒸气压 Surface Tension
测定毛细管端面形 成液滴的形状。
举例：1）纳米材料的高分散性与颗粒团聚及高表面活性
Surface Tension
表面功与表面自由能的定义 由于表面层分子与体相中分子受力不同， 当把液体内部一个分子移至界面时（即要增大表面积），必须 克服液体内部分子间引力而对体系作功。 在T、P和组成恒定时，可逆地使表面积增加dA，对体系所需作 的功称为“表面功”。 即－dw
Surface Tension 不同学者想出不同原子和结构的[P]值
结构
修正后Quayle C 9.0 H 15.5 CH3— 55.5 —CH2— 40.0 6.0 五元环 0.8 六元环 207.9 CH3-CH（CH3）CH（CH3）C6H5— 189.6 19.1 双键（末端） 40.6 三键
式中 0、n为常数 当T《TC时，
Surface Tension
此式应用较多。
n：Fengason于1916年用当时有限数据提出n=1.21 1945年Guggenheim基于理论考虑 n=1.22 1961年Wright用14个化合物的实测数据，n=0.994~1.230 1975年Parteons以17种纯轻烃类实验数据关联后 有n均→1.22，但非常数。
Surface Tension
表 1 不同烃在不同温度时的表面张力
NO. 1 2 3 4 5 6 7
1-丁烯 甲苯
0℃ 18.20 22.20 24.41 17.18 21.20 18.23 30.89
40℃ 13.85 18.20 20.81 12.87 17.31 13.80 26.22
80℃ 9.72 14.36 17.32 8.80 13.56 9.55 21.69
水
水 水
n-C7
n-C6 n-C8
20
20 20
72.75
72.75 72.75
20.2
18.4 21.8
50.2
51.1 50.8
界面张力介于表面张力之间
温度与表面张力的关系
Surface Tension
由表1可见，t增加时，纯物质的下降（近似线性），到达临4H10 -0.1734 n-C5H12 -0.1865
n-C6H14 -0.1851
33.23
5、经验关联 ——用n关联
Surface Tension
压力与表面张力的关系
纯物质：按相律，t一定，P就确定，仅一个变量。 混合物：由于压力P影响了溶解度和吸附性，P增加 m下降。 而物质的Tc愈高， m随P变化下降的幅度愈大。 但P对 m远非如此简单，如n-C5 ～ n-C9 系， 当气体中存在He时，P增加使 m 增加而非 m下降。 所以P对 m影响必须具体物系具体分析。
Surface Tension
所以，比较不同物质的[P]，就等于比较各物质在 =1时的摩尔体积。 研究物质同系物及其同分异构体的[P]，证明[P]与 分子中结构形式有关，具有原子和结构形式[P]的可加 性。
由于[P]在一定T内与T无关，并具有可加性，与物质结构密切 相关。所以，[P]不仅与体积有关，且与其他性质有关。 [P]同一系列物性，如：Pc、Tr、Vc、粘度、焓变、Q燃、RI有 关。
由式（4）可见， 所以应用式（4）计算时，和[P]的选择对影响极大。当无 实测时，可用密度章中的有关方法计算。
Surface Tension
Surface Tension
3、GCM法——Ramana—Riddy方程（结构法二）
思路：Lyderson法计算Tc—估算Tb下的表面张力——扩展计算 基础：1954年Bowden式对大多数有机液体近似为：
第七讲 石油烃类的表面张力 Surface Tension of Hydrocarbon
2009年4月29日
Surface Tension
石油开采与石油加工过程与表面性质有关的问题：
石油加工过程：确定气—液接触的效率、计算雾沫夹带量、
塔内最大允许气速的确定、吸收过程的效率、萃取过程中界面
状态等。
石油开采过程：三次采油、原油破乳、强化蒸馏。
（1）影响使液流尽量趋于圆形截面；
（2）液体动量导致喷射呈非圆形截面。
此两因素影响的结果是使液流截面形状呈周期性变 化。称之为振动（意为类似波在传播方向上振幅周 期性的在截面的变化）。由振动波长可计算。
Surface Tension
图表法：
第四节 表面张力预测方法
以实验数据为基础，大都为API图表集所收集。
0：Brock—Bird在n=1.22基础上提出两种计算方法计算 0,
——用Tbr，——以临界性质为基础。
0：CH4为36.8 C4H10为56.1 标准偏差<0.1dyne/cm。
3、GCM法——Maclocd—Sugden方程（结构法一） Tension Surface
因式中[P]可由分子结构的各原子或结构的[P]I加和而得， 故此法又称结构法，偏差为2.3%。
研究的主要对象： 气—液、液—液、液—固等体系。 本章的主要内容：有关石油烃类纯物质和混合物的气—液表面 张力的实验和预测方法
Surface Tension
第一节 表面自由能和表面张力
注意：所谓表面（surface）现象实为界面（interface）现象，
例如气—液界面（自身蒸气压平衡），所研究的问题
Surface Tension
当T << Tc 时，
[P]为物质的一个固有特性，在一定T范围内与T无关，但密度 和表面张力必须是相同温度下测定的。 当两个液体的表面张力相同时，[P]之比等于V分子体积之比。 由式（5），可得到以下结论：
当在液体的 =1的温度下，其[P]等于该液体的摩尔体积，即 VL = [P]

∝ （1-Tr）4n ，n=0.25～0.31
只适用纯化合物，混合物的m复杂的多。
例如对CH4-nC9的二元系，P＝1atm时，t增加
m下降
Jasper 认为： m ＝a-b*T
而P＝1000atm时，t增加

m增加
适用
Tr＝0.4∽0.7
回归出200种物质的a,b值， ～t的关系将在预测方法中详述。
2.环法
3.Sessile Bubble of Sessile Drop 4.动态法
一、静态法 （1）毛细管高度法
Surface Tension

1 2
rgh( L V )
r 3
h h0
此法也可用于测定界面张力，但精 确性不如下面的滴重法。
（2）滴重或滴体积法
Surface Tension
B

ln A
Surface Tension
研究中发现，B与M似成正比，lnA可视为表示物质固相 时的表面张力。 M
C2H6 C3H8
B
-0.1391 -0.1696
lnA