Müşteri BAŞARI HİKAYESİ
Supramoleküler Kimya: Koku Kontrolünden Petrol Geri Kazanımını Optimize Etmeye: NETZSCH reometreleri nasıl yardımcı olabilir?
Andrew Howe'dan Bir Saha Raporu
"Ben Andrew Howe, 1988'den beri NETZSCH reometreleri ve onların doğrudan öncülleri olan Malvern ve Bohlin ile çalışmaktan keyif alan endüstriyel bir kolloid/formülasyon/yumuşak madde bilimcisiyim.
Reometreler, üretim süreçlerinde maksimum verimlilik ve optimum nihai ürün performansı için malzeme tasarımında paha biçilmez değerdedir. Eski işverenim Kodak'ta hızlı, verimli kaplama ve kurutma süreçleri için formülasyon yaparken ve Schlumberger'de gözenekli geometrilerde sıvı yer değiştirmesini optimize etmek için reometrik verileri kullandım.
Bugün çalıştığım yer Aqdotaqdot, 2013 yılında Cambridge Üniversitesi'nde kurulmuş bir şirkettir. Aqdot, benzersiz derecede etkili supramoleküler "ev sahipleri" olan makrosiklik moleküller olan cucurbituriller (veya "CB'ler") aracılığıyla bir supramoleküler kimya teknolojisini ticarileştirmektedir. CB'ler, özellikle hidrofobik, asidik, bazik ve kediionic molekülleri olmak üzere çok çeşitli "misafirleri" kovalent olmayan bir şekilde bağlar.
CB homologları (CB[6], CB[7] ve CB[8]) üzerinde pek çok akademik çalışma yürütülmüştür, ancak malzemeler şimdiye kadar yalnızca gram ölçeğinde - o zaman bile yalnızca büyük masraflarla - mevcuttu."
Large Ölçeğinde Yenilikçi Koku Kontrolü
"Aqdot, CB'lerin üretimini çok tonlu ölçeğe kadar ölçeklendirmiştir ve bu malzeme için acil large ölçekli pazar, hoş olmayan kokuları ve VOC'leri (Uçucu Organik Bileşikler) gidermektir. Teknoloji, farklı boyutlarda ve moleküler özelliklerde moleküllerin bağlanmasını sağlıyor.
Aqdot'un yaklaşımı, özellikle otomotiv uygulamaları için ev ve kişisel bakım, tekstil ve plastik dahil olmak üzere ürünlerini ve aktif pazarlarını lisanslamak ve tedarik etmektir. Bu kadar çok pazarda çalışmanın bir sonucu, ürünlerin birçok formülasyon türüne "sorunsuz" bir şekilde dahil edilmesi gerektiğidir ve reolojik ölçümler, ne kadar başarılı olduğumuza dair mükemmel bir rehberdir ve gerekirse nerede ayarlamalar yapabileceğimize dair ipuçları sağlar.
Reoloji Benzersiz İçgörüler Sağlar
Ele alınması gereken "yumuşak" (tamamen katı olmayan) bir formülasyon olduğunda, reometre benzersiz bilgiler sağlar. Reolojinin en büyük avantajlarından biri, numune seyreltme gerektirmemesidir, yani malzemeler hedef konsantrasyonlarda incelenebilir.
Yaygın sorular şunlardır:
- Malzeme akacak mı, askıda kalacak mı, püskürme ihtimali var mı vs
- Malzeme konsantrasyona, moleküler ağırlığa, sıcaklığa ve Ionic gücüne ne kadar duyarlı?
- Her ürün partisi aynı mı?
Tüm bu sorular genellikle basit reometrik ölçümlere uygundur. Reoloji sonuçları, ürünlerin tasarlanması ve performansın optimize edilmesi için her zaman doğrudan yararlıdır. Ölçümler, sorunların giderilmesinin yanı sıra seçenekleri daraltmaya ve geliştirmeyi hızlandırmaya yardımcı olabilir.
Örneğin, pompa spreyi ile kullanıma uygun, su bazlı, kokusuz bir oda spreyi formülasyonu olan "Oderase" geliştirilirken reometrik ölçümler büyük önem taşıyordu. Dikkatle seçilen reolojik deneyler, uygun özelliklere ve stabiliteye sahip bir bileşimin belirlenmesini hızlandırmaya yardımcı oldu.
Reoloji alanındaki çalışmalarım Kodak'a katılmamla başladı. 1988 yılında, deformasyon kontrollü bir cihaz olan Bohlin VOR rotasyonel reometreyi en önemli cihazımız olarak seçtik. O zamandan bu yana, kontrollü StresStres, iyi tanımlanmış bir kesite sahip bir numune üzerine uygulanan kuvvet seviyesi olarak tanımlanır. (Stres = kuvvet/alan). Dairesel veya dikdörtgen kesitli numuneler sıkıştırılabilir veya gerilebilir. Kauçuk gibi elastik malzemeler orijinal uzunluklarının 5 ila 10 katına kadar gerilebilir.stres teknolojisi hızla gelişti, bu nedenle Bohlin CS reometrelerinin birkaç versiyonundan sonra (Kodak'ta daha sonra Schlumberger'de) Aqdot yönetim kurulunun Bohlin cihazlarının halefleri olan iki Kinexus Pro+ reometresinin satın alınmasını onaylamasından çok memnun oldum.
„Bu NETZSCH cihazlarını seçmek kolay bir karardı. Cihazlar mükemmel teknik özelliklere sahip (ve daha da önemlisi bunları karşılıyor!). NETZSCH bilim insanları ve mühendisleri her zaman çok yardımcı oluyor, "kolay" sorunlara net çözümler ve daha "öncü" veya yeni zorlukların üstesinden gelmeye yardımcı olacak anlayışlı öneriler sunuyor.“
NETZSCH Kinexus Prime Ürün Portföyü
- Kinexus Prime lab+
- Kinexus Prime pro+
Araştırmaarch ve geliştirme için
- Tork aralığı - viskometri: 5.0 nNm - 225 mNm
- Tork aralığı - salınım: 1.0 nNm - 225 mNm
- Kinexus Prime ultra+
En yüksek talepler için üst düzey reometre
- Tork aralığı - viskometri: 1,0 nNm - 250 mNm
- Tork aralığı - salınım: 0.5 nNm - 250 mNm
Üstün Hizmet ve Müşteri Desteği
Bu NETZSCH enstrümanlarını seçmek kolay bir karardı. Cihazlar mükemmel teknik özelliklere sahiptir (ve daha da önemlisi bunları karşılamaktadır!). Ayrıca NETZSCH 'un olağanüstü servis ve müşteri desteğini sürdürmesi de kritik önem taşıyor. NETZSCH bilim insanları ve mühendisleri her zaman çok yardımcı oluyor, "kolay" sorunlara net çözümler ve daha "öncü" veya yeni zorlukların üstesinden gelmeye yardımcı olacak anlayışlı öneriler sunuyor.
Son zamanlarda web seminerleri, yalnızca genel soruları yanıtlamakla kalmayıp, belki de cihazların kullanılabileceği yeni yollar için fırsatlara işaret ederek, kullanıcılara daha geniş kapsamlı olarak iyi bilgiler ve doğrudan yardım sağladı.
Reoloji artefaktları hakkındaki son seminerden çok memnun kaldım: artefaktların anlaşılması, mümkün olan en iyi ölçümleri yapmak ve sonuçları başkalarına güvenle açıklayabilmek için çok önemlidir.
Polimer ile Geliştirilmiş Petrol Geri Kazanımı: Çok Yüksek Moleküler Ağırlıklı Polimerlerin Sulu Çözeltilerinin Olağandışı Akış Davranışı
Tipik günlük ölçümler hem sürekli (akış eğrileri) hem de salınımlı kaymayı (frekans ve gerilim taramaları) içerir. Endüstride çalışmak, ölçümlerin çoğunun açıklanamayacağı anlamına gelir. Bununla birlikte, Andrew Clarke ve Schlumberger'deki meslektaşlarımızla birlikte, çok yüksek MW polimerlerin sulu çözeltilerinin gözenekli ortamdaki olağandışı akış davranışı üzerine bir dizi makale yayınladık ve uygulama ham petrolün geri kazanılmasıydı[1]
Çalışmamız, son derece yüksek MW (>15 MDa) esnek polimerler içeren akışkanlarda, geri basınçların kritik bir akış hızının üzerinde kayma viskozitesi ile tutarlı olanların ötesinde arttığı şeklindeki daha önce belirtilen olguyu takip etti: bu kritik hıza petrol sahası akış koşullarında erişilebilirdi. Kritik hızın polimer konsantrasyonundan bağımsız olduğunu ancak polimer MW'sinin karesi ile azaldığını doğruladık. Bu tür bağımlılıklar çok beklenmediktir.mikroakışkan çalışmaları, akışın bu kritik akış hızının üzerinde kararsız hale geldiğini göstermiştir. Çok yüksek MW (18-20 MDa) kısmen hidrolize poli(akrilamid) için Şekil 1'de gösterildiği gibi basit kesme akışında akış kararsızlığını kopyalayabildik.düşük hızlarda, Carreau-Yasuda modeline uydurulabilen ve lCY gevşeme süresi veren geleneksel davranış (Newton güç yasası incelmesi) belirgindir. Bununla birlikte, 100s-1 'den itibaren ilk başta şaşırtıcı görünen belirgin bir kalınlaşma vardır.
Bu daha kısa gevşeme süresi lt, polimer MW'nin karesi ile artar (başlangıç hızı azalır), bu da bu sıvıların kaya çekirdeklerinden akışında görülenle aynıdır (Şekil 2).
Sıfır kayma viskozitesi h(0), incelme başlangıcı için gevşeme süreleri lCY ve G'=G" geçişinin (losc) her biri polimer konsantrasyonu C3 ile artarken, yüksek kayma (lPM olarak yeniden ölçeklendirilmiştir) ve kayada (lcore) kalınlaşma başlangıcı konsantrasyondan bağımsızdır (Şekil 3).
Kalınlaşma, kararsız akışa geçişe karşılık gelir: "kararlı durum" adım gerilimi ölçümlerinde görünür viskozite değerinde bir histerezis varken, gerilim rampasında (her gerilim değerinde 0,3 s) akış, "anlık" viskozitenin dalgalanan değerleriyle kararsızdır (Şekil 4).
Kararsız akışa geçiş, kavisli akış çizgilerinde akan çok yüksek MW polimerlerle ilişkili bir fenomen olan "elastik türbülans"[2] ile tutarlıdır: kayalar gibi gözenekli ortamlar oldukça kavisli yapılara sahiptir, reometrik geometriler çok daha azdır. Bununla birlikte, bir koni-plaka geometrisindeki düşük eğrilik seviyeleri bile bu mekanizma ile kararsız akış oluşturmak için yeterlidir[3].
1o ve 4o konilerle yapılan deneyler düşük kesme hızında beklenen örtüşen verileri vermiştir ancak yüksek hızlarda kalınlaşma/kararsız akış larger-açılı koni ile daha düşük hızlarda başlamaktadır.
Bu davranış, viskozite arttıkça daha yüksek hızda başlayan ikincil akışlardan (Turian girdapları) çok farklıdır: bu polimerler için, kararsız akışın başlangıcı MW, hız ve koni açısına bağlıdır, ancak viskoziteye bağlı değildir.
Sonuç
Bu çalışmadan önce, polimer ile geliştirilmiş petrol geri kazanımı anlayışı gözenekli ortamdaki basit viskoelastik davranışa dayanıyordu. Bu çalışmalar, denge akışının yerel davranışın uygun bir tanımı olmadığını göstermiştir: elastik türbülansta akış alanı hem yön hem de büyüklük açısından ortalama etrafında güçlü bir şekilde dalgalanır ve sonuç olarak ham petrol gibi sıkışmış yüksek viskoziteli bir sıvının yer değiştirmesinde beklenenden önemli ölçüde daha etkilidir.
Bu veriler, çok yüksek MW'lı polimerlerin neden ve hangi koşullar altında doğrusal viskoelastik davranışlarından tahmin edilenden daha fazla petrolün yerini değiştirdiğinin öngörülü bir şekilde anlaşılmasını sağlamıştır. Bu anlayışın oluşturulmasında yüksek kaliteli reometrelerle yapılan reometrik ölçümlerin rolü çok önemliydi.
Teşekkür:
Sıklıkla olduğu gibi, Adrian Hill ve Shona Marsh (İngiltere müşteri desteği) ile yapılan görüşmeler, rampa/adım gerilimi çalışmaları için en uygun deneysel koşulların belirlenmesine yardımcı oldu! Darren Tennant da reometreleri en iyi durumda tuttu."
Andrew,arch çalışmanızdaki bu ilginç bilgiler ve on yıllardır NETZSCH ve reometrelerimize duyduğunuz güven için çok teşekkür ederiz!
[1] Sulu viskoelastik polimer çözeltileri ile anormal şekilde artan yağ yer değiştirme mekanizması, A Clarke, A M Howe, J Mitchell, J Staniland, L Hawkes, K Leeper, Soft Matter, 2015, 11, 3536 - 3541.Gözenekli ortamda konsantre viskoelastik polimer çözeltilerinin viskoelastik akışı. MW molekül ağırlığı ve konsantrasyonunun çeşitli geometrilerde elastik türbülans başlangıcı üzerindeki etkisi. A M Howe, A Clarke ve D Giernalczyk, Soft Matter, (2015) 11 6419 - 6431.
Düşük alan NMR ile kaya çekirdeklerinde gerçek zamanlı petrol doygunluğu izleme J Mitchell A M Howe, A Clarke Journal of Magnetic Resonance, (2015) 256, 34-42
Üç Boyutlu Gözenekli Yapılarda Polimer Akışları ve Elastik Türbülans, J Mitchell, K Lyons, A M Howe ve A Clarke, Soft Matter, 2016,12, 460-468.
Viskoelastik Polimer Taşması Yer Değiştirme Verimliliğini Nasıl Artırır, 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] Polimer çözelti akışında elastik türbülans A Groisman ve V Steinberg, Nature 405, 53 (2000).
polimer katkı maddeleri kullanarak düşük Reynolds sayılarında verimli karıştırma A Groisman ve V Steinberg, Nature 410, 905 (2001).
[3] Elastik kararsızlık ve eğri akım çizgileri P Pakdel ve G H McKinley, Physical Review Letters, 77, 2459, 1996.