Ιστορία επιτυχίας πελάτη
Υπερμοριακή Χημεία: Από τον έλεγχο των οσμών στη βελτιστοποίηση της ανάκτησης πετρελαίου: NETZSCH
Μια αναφορά πεδίου από τον Andrew Howe
"Είμαι ο Andrew Howe, ένας βιομηχανικός επιστήμονας κολλοειδών/συσκευασιών/μαλακής ύλης, ο οποίος απολαμβάνει να εργάζεται με τα ρεόμετρα NETZSCH, και τους άμεσους προκατόχους τους Malvern και Bohlin, από το 1988.
Τα ρεόμετρα αποδεικνύονται ανεκτίμητα στο σχεδιασμό υλικών για μέγιστη αποδοτικότητα στις διαδικασίες παραγωγής και για βέλτιστη απόδοση του τελικού προϊόντος. Χρησιμοποίησα ρεομετρικά δεδομένα κατά τη διαμόρφωση για γρήγορες, αποτελεσματικές διαδικασίες επικάλυψης και ξήρανσης στον πρώην εργοδότη μου, την Kodak, και για τη βελτιστοποίηση της μετατόπισης ρευστών σε πορώδεις γεωμετρίες στην Schlumberger.
Σήμερα εργάζομαι στο Aqdot, μια εταιρεία που ξεκίνησε από το Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ το 2013. Η Aqdot εμπορεύεται μια τεχνολογία υπερμοριακής χημείας μέσω των cucurbiturils (ή "CBs"), μακροκυκλικών μορίων που είναι μοναδικά αποτελεσματικοί υπερμοριακοί "ξενιστές". Τα CBs δεσμεύουν μη ομοιοπολικά μια μεγάλη ποικιλία "φιλοξενούμενων", ιδίως υδρόφοβες, όξινες, βασικές και cationic ομάδες.
Μεγάλο ακαδημαϊκό έργο έχει πραγματοποιηθεί σχετικά με τα ομόλογα CB (CB[6], CB[7] και CB[8]), αλλά τα υλικά ήταν διαθέσιμα μόνο σε κλίμακα γραμμαρίων -ακόμη και τότε μόνο με μεγάλο κόστος- μέχρι τώρα" .
Καινοτόμος έλεγχος οσμών σε κλίμακα Large
"Η Aqdot έχει κλιμακώσει την παραγωγή των CBs σε κλίμακα πολλών τόνων και η άμεση αγορά large για το υλικό αυτό είναι η απομάκρυνση δυσάρεστων οσμών και πτητικών οργανικών ενώσεων (VOCs). Η τεχνολογία επιτρέπει τη δέσμευση μορίων διαφόρων μεγεθών και μοριακών χαρακτηριστικών.
Η προσέγγιση της Aqdot είναι η αδειοδότηση και προμήθεια του προϊόντος της και οι ενεργές αγορές, συμπεριλαμβανομένων των αγορών οικιακής και προσωπικής φροντίδας, κλωστοϋφαντουργίας και πλαστικών, ιδίως για εφαρμογές στην αυτοκινητοβιομηχανία. Μια συνέπεια της εργασίας σε τόσες πολλές αγορές είναι ότι τα προϊόντα πρέπει να συμπεριληφθούν "απρόσκοπτα" σε πολλούς τύπους σκευασμάτων και οι ρεολογικές μετρήσεις είναι ένας εξαιρετικός οδηγός για το πόσο επιτυχημένοι ήμασταν, παρέχοντας ενδείξεις για το πού θα μπορούσαμε να κάνουμε προσαρμογές, εάν απαιτείται.
Η ρεολογία παρέχει μοναδικές γνώσεις
Κάθε φορά που υπάρχει μια "μαλακή" (όχι αμιγώς στερεή) διατύπωση προς εξέταση, το ρεόμετρο παρέχει μοναδικές γνώσεις. Ένα από τα μεγάλα πλεονεκτήματα της ρεολογίας είναι ότι δεν απαιτεί αραίωση του δείγματος, δηλαδή τα υλικά μπορούν να διερευνηθούν σε συγκεντρώσεις-στόχους.
Συνήθεις ερωτήσεις είναι οι εξής:
- Θα ρέει το υλικό, θα αιωρείται, είναι πιθανό να ψεκαστεί κ.λπ
- Πόσο ευαίσθητο είναι το υλικό στη συγκέντρωση, το μοριακό βάρος, τη θερμοκρασία και την αντοχή Ionic
- Είναι κάθε παρτίδα προϊόντος πανομοιότυπη
Όλα αυτά τα ερωτήματα είναι συνήθως επιδεκτικά απλών ρεομετρικών μετρήσεων. Τα αποτελέσματα της ρεολογίας είναι πάντα άμεσα χρήσιμα για το σχεδιασμό προϊόντων και τη βελτιστοποίηση της απόδοσης. Οι μετρήσεις μπορούν να βοηθήσουν στον περιορισμό των επιλογών και στην επιτάχυνση της ανάπτυξης, καθώς και στην αντιμετώπιση προβλημάτων.
Για παράδειγμα, οι ρεομετρικές μετρήσεις είχαν μεγάλη σημασία για την ανάπτυξη του "Oderase", μιας σύνθεσης αποσμητικού χώρου χωρίς άρωμα με βάση το νερό, κατάλληλης για χρήση μέσω ψεκασμού με αντλία. Προσεκτικά επιλεγμένα ρεολογικά πειράματα βοήθησαν στην ταχύτερη αναγνώριση μιας σύνθεσης με κατάλληλες ιδιότητες και σταθερότητα.
Η θητεία μου στη ρεολογία ξεκίνησε με την ένταξή μου στην Kodak. Το 1988, επιλέξαμε ένα ρευόμετρο περιστροφής Bohlin VOR, ένα όργανο ελεγχόμενης παραμόρφωσης, ως το όργανο εργασίας μας. Έκτοτε, η τεχνολογία ελεγχόμενης τάσης έχει εξελιχθεί ραγδαία, οπότε μετά από αρκετές εκδόσεις των ρευομέτρων Bohlin CS (στην Kodak και στη συνέχεια στην Schlumberger) χάρηκα που το διοικητικό συμβούλιο της Aqdot ενέκρινε την αγορά δύο ρευομέτρων Kinexus Pro+, των διαδόχων των οργάνων Bohlin.
„Η επιλογή αυτών των οργάνων NETZSCH ήταν μια εύκολη απόφαση. Τα όργανα έχουν (και, το σημαντικότερο, πληρούν!) εξαιρετικές προδιαγραφές. Οι επιστήμονες και οι μηχανικοί του NETZSCH είναι πάντα πολύ εξυπηρετικοί, παρέχοντας σαφείς λύσεις σε "εύκολα" προβλήματα και διορατικές προτάσεις για να βοηθήσουν να ξεπεραστούν οι πιο "οριακές" ή καινοτόμες προκλήσεις.“
Το χαρτοφυλάκιο προϊόντων NETZSCH Kinexus Prime
Εξαιρετική εξυπηρέτηση και υποστήριξη πελατών
Η επιλογή αυτών των οργάνων NETZSCH ήταν μια εύκολη απόφαση. Τα όργανα έχουν (και, το σημαντικότερο, πληρούν!) εξαιρετικές προδιαγραφές. Επίσης, κρίσιμο είναι ότι το NETZSCH διατήρησε την εξαιρετική εξυπηρέτηση και υποστήριξη πελατών. Οι επιστήμονες και οι μηχανικοί του NETZSCH είναι πάντα πολύ εξυπηρετικοί, παρέχοντας σαφείς λύσεις σε "εύκολα" προβλήματα και διορατικές προτάσεις για να βοηθήσουν να ξεπεραστούν οι πιο "οριακές" ή καινοτόμες προκλήσεις.
Πιο πρόσφατα, τα διαδικτυακά σεμινάρια παρείχαν καλές γνώσεις και άμεση βοήθεια ευρύτερα στους χρήστες, όχι μόνο απαντώντας σε συνήθεις ερωτήσεις, αλλά ίσως υποδεικνύοντας ευκαιρίες για νέους τρόπους με τους οποίους μπορούν να αναπτυχθούν τα όργανα.
Χάρηκα με το πρόσφατο σεμινάριο για τα τεχνουργήματα ρεολογίας: η κατανόηση των τεχνουργημάτων είναι απαραίτητη για την πραγματοποίηση των καλύτερων δυνατών μετρήσεων και για να είναι κανείς σε θέση να περιγράψει, με εμπιστοσύνη, τα αποτελέσματα σε άλλους.
Ενισχυμένη ανάκτηση πετρελαίου με πολυμερή: Πολυμερών Πολύ Υψηλού Μοριακού Βάρους: Η Ασυνήθιστη Συμπεριφορά Ροής Υδατικών Διαλυμάτων Πολύ Υψηλού Μοριακού Βάρους
Οι τυπικές καθημερινές μετρήσεις περιλαμβάνουν τόσο συνεχείς (καμπύλες ροής) όσο και ταλαντούμενες διατμητικές μετρήσεις (σάρωση συχνότητας και τάσεων). Η εργασία στη βιομηχανία σημαίνει ότι η πλειονότητα των μετρήσεων δεν μπορεί να αποκαλυφθεί. Ωστόσο, μαζί με τον Andrew Clarke και τους συναδέλφους του στην Schlumberger δημοσιεύσαμε μια σειρά εργασιών σχετικά με την ασυνήθιστη συμπεριφορά ροής υδατικών διαλυμάτων πολυμερών πολύ υψηλής ΜW σε πορώδη μέσα, με εφαρμογή την ανάκτηση αργού πετρελαίου[1]
Η εργασία μας ακολούθησε το προαναφερθέν φαινόμενο ότι με ρευστά που περιέχουν εύκαμπτα πολυμερή εξαιρετικά υψηλού MW (>15 MDa), οι πιέσεις οπισθοχώρησης αυξάνονται πέρα από εκείνες που συνάδουν με το ιξώδες διάτμησης πάνω από έναν κρίσιμο ρυθμό ροής: ο κρίσιμος αυτός ρυθμός ήταν προσβάσιμος σε συνθήκες ροής σε πετρελαιοπηγές. Επιβεβαιώσαμε ότι ο κρίσιμος ρυθμός ήταν ανεξάρτητος από τη συγκέντρωση του πολυμερούς αλλά μειωνόταν με το τετράγωνο του MW του πολυμερούς. Τέτοιες εξαρτήσεις είναι πολύ απροσδόκητες.οι μικρορευστολογικές μελέτες έδειξαν ότι η ροή γινόταν ασταθής πάνω από αυτόν τον κρίσιμο ρυθμό ροής. Καταφέραμε να αναπαράγουμε την αστάθεια ροής σε απλή διατμητική ροή, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1 για πολύ υψηλό MW (18-20 MDa) μερικώς υδρολυμένου πολυ(ακρυλαμιδίου).σε χαμηλούς ρυθμούς, είναι εμφανής η συμβατική συμπεριφορά (αραίωση με νόμο δύναμης του Νεύτωνα), η οποία μπορεί να προσαρμοστεί με ένα μοντέλο Carreau-Yasuda, δίνοντας ένα χρόνο χαλάρωσης lCY. Ωστόσο, υπάρχει μια εμφανής πύκνωση από 100s-1 η οποία, αρχικά, φαίνεται εκπληκτική.
Αυτός ο μικρότερος χρόνος χαλάρωσηςlt αυξάνεται (ο ρυθμός έναρξης μειώνεται) με το τετράγωνο του πολυμερούς MW, κάτι που είναι το ίδιο που παρατηρείται στη ροή αυτών των ρευστών μέσα σε πυρήνες πετρωμάτων (Σχήμα 2).
Το ιξώδες μηδενικής διάτμησης h(0), οι χρόνοι χαλάρωσης για την έναρξη της λέπτυνσης lCY και η διασταύρωση G'=G" (losc) αυξάνονται το καθένα με τη συγκέντρωση του πολυμερούςC3, ενώ η έναρξη της πάχυνσης σε υψηλή διάτμηση (αναπροσαρμοσμένη ως lPM) και στο βράχο (lcore) είναι ανεξάρτητες από τη συγκέντρωση (Σχήμα 3).
Η πύκνωση αντιστοιχεί σε μια μετάβαση σε ασταθή ροή: στις μετρήσεις "σταθερής κατάστασης" με βηματική τάση υπάρχει υστέρηση στην τιμή του φαινομενικού ιξώδους, ενώ στη ράμπα τάσης (0,3 s σε κάθε τιμή τάσης) η ροή είναι ασταθής με κυμαινόμενες τιμές του "στιγμιαίου" ιξώδους (Σχήμα 4).
Η μετάβαση σε ασταθή ροή είναι σύμφωνη με την "ελαστική τύρβη"[2], ένα φαινόμενο που σχετίζεται με πολυμερή πολύ υψηλής ΜW που ρέουν σε καμπύλες γραμμές ροής: πορώδη μέσα όπως τα πετρώματα έχουν ιδιαίτερα καμπύλες δομές, ενώ οι ρεομετρικές γεωμετρίες πολύ λιγότερο. Ωστόσο, ακόμη και τα χαμηλά επίπεδα καμπυλότητας σε μια γεωμετρία κωνικής πλάκας είναι αρκετά για να δημιουργηθεί ασταθής ροή με αυτόν τον μηχανισμό[3 ].
Τα πειράματα με κώνους 1ο και 4ο έδωσαν τα αναμενόμενα επικαλυπτόμενα δεδομένα σε χαμηλή διάτμηση, αλλά η πύκνωση/ασταθής ροή σε υψηλούς ρυθμούς αρχίζει σε χαμηλότερους ρυθμούς με τον κώνο γωνίας r large.
Αυτή η συμπεριφορά είναι πολύ διαφορετική από τις δευτερεύουσες ροές (δίνες Turian) που ξεκινούν σε υψηλότερο ρυθμό με την αύξηση του ιξώδους: για αυτά τα πολυμερή, η έναρξη της ασταθούς ροής εξαρτάται από το MW, τον ρυθμό και τη γωνία κώνου αλλά όχι από το ιξώδες.
Συμπέρασμα
Πριν από την παρούσα εργασία, η κατανόηση της ενισχυμένης ανάκτησης πετρελαίου με πολυμερή βασιζόταν στην απλή ιξωδοελαστική συμπεριφορά σε πορώδη μέσα. Οι μελέτες αυτές έδειξαν ότι η ροή ισορροπίας δεν αποτελεί κατάλληλη περιγραφή της τοπικής συμπεριφοράς: στην ελαστική τύρβη το πεδίο ροής κυμαίνεται έντονα γύρω από τη μέση τιμή τόσο ως προς την κατεύθυνση όσο και ως προς το μέγεθος και, κατά συνέπεια, είναι σημαντικά πιο αποτελεσματικό στην εκτόπιση ενός παγιδευμένου ρευστού υψηλού ιξώδους, όπως το αργό πετρέλαιο, από ό,τι θα αναμενόταν.
Τα δεδομένα αυτά οδήγησαν σε μια προγνωστική κατανόηση του γιατί και υπό ποιες συνθήκες τα πολυμερή πολύ υψηλού ΜW εκτοπίζουν περισσότερο πετρέλαιο από ό,τι προβλέπεται από τη γραμμική ιξωδοελαστική συμπεριφορά τους. Ο ρόλος των ρεομετρικών μετρήσεων με ρεόμετρα υψηλής ποιότητας ήταν καθοριστικός για τη δημιουργία αυτής της κατανόησης.
Ευχαριστίες:
Όπως συμβαίνει συχνά, οι συζητήσεις με τον Adrian Hill και τη Shona Marsh (υποστήριξη πελατών στο Ηνωμένο Βασίλειο) βοήθησαν στην καθοδήγηση των βέλτιστων πειραματικών συνθηκών για τις μελέτες τάσης ράμπας/βήματος! Και ο Darren Tennant διατήρησε τα ρεόμετρα σε άριστη κατάσταση"
Andrew, σε ευχαριστούμε πολύ για αυτές τις ενδιαφέρουσες γνώσεις στο έργο σου research και για την εμπιστοσύνη που έδειξες στο NETZSCH και στα ρεόμετρα μας εδώ και δεκαετίες!
[1] Mechanism of anomalously increased oil displacement with aqueous viscoelastic polymer solutions, A Clarke, A M Howe, J Mitchell, J Staniland, L Hawkes, K Leeper, Soft Matter, 2015, 11, 3536 - 3541.Viscoelastic Flow of concentrated viscoelastic polymer solutions in porous media. Επίδραση του μοριακού βάρους MW και της συγκέντρωσης στην έναρξη ελαστικής τύρβης σε διάφορες γεωμετρίες. A M Howe, A Clarke and D Giernalczyk, Soft Matter, (2015) 11 6419 - 6431.
Παρακολούθηση κορεσμού πετρελαίου σε πραγματικό χρόνο σε πυρήνες πετρωμάτων με NMR χαμηλού πεδίου J Mitchell A M Howe, A Clarke Journal of Magnetic Resonance, (2015) 256, 34-42
Polymer Flows and Elastic Turbulence in Three-Dimensional Porous Structures, J Mitchell, K Lyons, A M Howe and A Clarke, Soft Matter, 2016,12, 460-468.
How Viscoelastic Polymer Flooding Enhances Displacement Efficiency, A Clarke, A M Howe, J Mitchell, J Staniland, L A Hawkes, SPE Journal, SPE-174654-MS, SPE Journal SPE J. 21 (03): 0675-0687.
[2] Elastic turbulence in a polymer solution flow A Groisman and V Steinberg, Nature 405, 53 (2000).
αποτελεσματική ανάμιξη σε χαμηλούς αριθμούς Reynolds με χρήση πολυμερών προσθέτων A Groisman and V Steinberg, Nature 410, 905 (2001).
[3] Elastic instability and curved streamlines P Pakdel and G H McKinley, Physical Review Letters, 77, 2459, 1996.