影响油焦浆的流变特性因素(温度、浓度和原料油之外)

一、剪切速率

   当剪切速率较低时，油焦浆呈现出较高的黏度和类似固体的特性。这是因为在低剪切作用下，油焦浆中的颗粒间相互作用力较强，形成了较为稳定的结构，阻碍了流体的流动。例如，颗粒之间可能通过范德华力、静电力等相互吸引，形成紧密的聚集体，使得油焦浆在低剪切速率下表现出较大的流动阻力。

   随着剪切速率的逐渐增加，油焦浆的黏度会逐渐降低。高剪切力能够破坏颗粒间的结构，使颗粒更容易相对滑动，从而增强了流体的流动性。此时，颗粒间的相互作用力被削弱，油焦浆的流动变得更加容易。在实际应用中，如在管道输送过程中，油焦浆会经历不同程度的剪切作用。靠近管壁处的剪切速率较高，而中心区域的剪切速率较低。这种剪切速率的分布差异会导致油焦浆在管道中的流变特性不均匀，可能影响输送的稳定性和效率。

   此外，剪切速率的变化还可能引起油焦浆的触变性。当剪切速率从低到高再从高到低变化时，油焦浆的黏度可能不会立即恢复到初始状态，而是表现出一定的滞后性。这种触变行为对于油焦浆的储存、运输和使用都具有重要影响，需要在实际应用中加以考虑。

二、颗粒形状和大小

1、颗粒形状

   不同的颗粒形状会导致油焦浆呈现出不同的流变行为。

   1）球形颗粒：

   球形颗粒在油焦浆中通常具有较好的流动性。这是因为球形颗粒之间的接触面积相对较小，摩擦力也较小。

   当油焦浆中主要由球形颗粒组成时，在较低的剪切力作用下，颗粒能够较容易地滚动和滑动，使得油焦浆的黏度较低。

   例如，在一些经过特殊处理得到球形焦炭颗粒的油焦浆中，其在输送过程中表现出相对较低的阻力，有利于提高输送效率。

   2）不规则形状颗粒：

   不规则形状的颗粒，如片状、针状等，会使油焦浆的流变特性变得更加复杂。

   这些颗粒之间容易形成交错排列，增加了颗粒间的摩擦力和阻力。同时，不规则形状的颗粒在流动过程中可能会相互卡住，阻碍流体的流动。

   比如，含有较多针状焦炭颗粒的油焦浆，其黏度通常会比含有球形颗粒的油焦浆高，且在流动过程中可能会出现堵塞管道等问题。

2、颗粒大小

   颗粒大小的分布也对油焦浆的流变特性起着关键作用。

   1）小颗粒：

   较小的颗粒能够填充在较大颗粒之间的空隙中，增加了颗粒间的接触点，从而提高了油焦浆的黏度。

   小颗粒的存在还可能导致油焦浆形成更加紧密的结构，使得流体的流动更加困难。

   例如，当油焦浆中含有大量细微颗粒时，其在静止状态下可能会表现出较高的屈服应力，需要较大的外力才能使其开始流动。

   2）大颗粒：

   较大的颗粒在油焦浆中通常会对流动产生一定的阻碍作用，但如果大颗粒的比例适当，也可以在一定程度上改善油焦浆的流动性。

   大颗粒之间的空隙较大，能够为流体的流动提供一定的通道。然而，如果大颗粒过多，可能会导致油焦浆的稳定性下降，容易出现颗粒沉降等问题。

   比如，在一些油焦浆配方中，通过合理控制大颗粒和小颗粒的比例，可以在保证一定流动性的同时，提高油焦浆的稳定性。

   3）颗粒大小均匀性：

   颗粒大小的均匀性对油焦浆的流变特性也非常重要。如果颗粒大小分布不均匀，可能会导致局部的颗粒堆积和结构不均匀，影响油焦浆的流动性。

   不均匀的颗粒分布还可能使油焦浆在不同部位表现出不同的流变特性，增加了对其流动行为预测和控制的难度。

   例如，在制备油焦浆时，应尽量采用颗粒大小较为均匀的原料，以确保油焦浆具有稳定的流变性能。

三、添加剂

1、分散剂

   1）作用机制

   分散剂能够吸附在油焦颗粒表面，通过静电斥力或空间位阻效应，降低颗粒间的相互作用力，防止颗粒团聚。

   这样可以使油焦浆中的颗粒更加均匀地分散在液相中，减少颗粒间的摩擦和阻力，从而降低油焦浆的黏度，提高其流动性。

   2）对流变特性的影响

   加入适量的分散剂可以显著改善油焦浆的流变性能。在低剪切速率下，分散剂可以使油焦浆的黏度降低，流动性增强。

   在高剪切速率下，分散剂能够保持颗粒的分散状态，防止颗粒重新聚集，从而使油焦浆的黏度变化相对较小，表现出更加稳定的流变特性。

   例如，某些阴离子型分散剂可以有效地分散油焦颗粒，使油焦浆在输送过程中更加顺畅，减少管道堵塞的风险。

2、稳定剂

   1）作用机制

   稳定剂可以通过增加颗粒间的排斥力或形成空间网络结构，增强油焦浆的稳定性，防止颗粒沉降和相分离。

   一些稳定剂还可以与油焦颗粒表面发生化学作用，形成一层保护膜，提高颗粒的稳定性。

   2）对流变特性的影响

   稳定剂的加入可以改善油焦浆的触变性和屈服应力。触变性是指油焦浆在受到剪切作用后，黏度随时间变化的特性。稳定剂可以使油焦浆在剪切作用下的黏度变化更加缓慢，恢复时间更长。

   屈服应力是指使油焦浆开始流动所需的最小剪切应力。稳定剂可以增加油焦浆的屈服应力，使其在静止状态下更加稳定，不易流动。

   例如，一些高分子聚合物稳定剂可以在油焦浆中形成三维网络结构，提高油焦浆的稳定性和流变性能。

四、制备方法和工艺条件

1、搅拌强度和时间

   1）搅拌强度的影响

   适当的搅拌强度可以使油焦颗粒均匀分散在液相中，形成稳定的悬浮液。如果搅拌强度不足，油焦颗粒容易团聚，导致油焦浆的黏度升高，流动性变差。

   然而，过高的搅拌强度可能会破坏油焦颗粒的结构，使其表面活性降低，同样会对油焦浆的流变特性产生不利影响。

   例如，在实验室制备油焦浆时，通过调整搅拌器的转速可以观察到不同搅拌强度下油焦浆的黏度变化。当转速较低时，油焦浆较为黏稠，流动性差；当转速过高时，油焦浆的黏度也会有所增加，且可能出现颗粒破碎的现象。

   2）搅拌时间的影响

   搅拌时间过短，油焦颗粒不能充分分散，油焦浆的稳定性和均匀性较差。随着搅拌时间的延长，油焦颗粒逐渐分散均匀，油焦浆的流变特性趋于稳定。

   但搅拌时间过长也可能导致油焦浆的温度升高、挥发分损失等问题，从而影响其流变特性。

   例如，在工业生产中，需要根据油焦浆的具体配方和生产要求，合理控制搅拌时间，以确保油焦浆具有良好的流变性能。

2、加热和冷却过程

   1）加热过程的影响

   加热可以降低油焦浆的黏度，提高其流动性。这是因为加热使液相的粘度降低，同时也可以促进油焦颗粒与液相之间的相互作用，使颗粒更容易分散。

   然而，过高的加热温度可能会导致油焦浆中的挥发分逸出、液相分解等问题，从而影响其稳定性和流变特性。

   例如，在油焦浆的储存和输送过程中，需要控制加热温度和时间，以避免对油焦浆的质量产生不利影响。

   2）冷却过程的影响

   冷却过程中，油焦浆的黏度会逐渐增加。这是由于温度降低使液相的粘度升高，同时颗粒间的相互作用力也会增强。

   快速冷却可能会导致油焦浆中的颗粒分布不均匀，形成局部的高黏度区域，影响其流动性。

   例如，在油焦浆的制备过程中，需要合理控制冷却速度，以确保油焦浆具有稳定的流变性能。