Диссертация (Смешение пенообразующих жидкостей в аппаратах циклонного типа), страница 5

[26]Таким образом, в предлагаемом устройстве поток пены делится на тричасти (по числу перегородок), каждая из которых подвергается одновременномугидравлическому, механическому и электромагнитному воздействию, что иобеспечивает интенсификацию разрушения пены. [26]Данные способы пеногашения весьма эффективны, но требуют большихэнергозатрат.331.7.

Выводы по анализу литературных источников и постановка задачиисследования.Можно сделать вывод, что большинство аппаратов предназначено дляразрушения уже образовавшихся пен, а не для предотвращения процессапенообразования [5]. Так же одними из основных минусов данных устройствявляетсяналичиеподвижныхчастейитребуютвидениевсистемудополнительных устройств, таких как электропривод, потребляющих энергию итребующих дополнительного обслуживания.Для предотвращения процесса пенообразования так и для разрушения ужеобразовавшихся пен, как правило, используют химические пеногасители [5; 32;34; 35; 37; 40; 41; 42; 43; 44; 45; 46], но они имеют негативные последствиявыражающиеся,какправило,внеобходимостидальнейшеговыведенияпеногасителя из состава раствора [36].В отличие от рассмотренных устройств, конструкция гидроциклона неимеет подвижных частей и его применение не требует введение в системудополнительных энергопотребителей, ввиду этого исследование и разработкааппаратов циклонного типа в процессах предотвращения пенообразованияявляется перспективной.Ввидуэтого,чтонасегодняшнийденьпроцесспредотвращенияпенообразования в гидроциклонах почти не изучен, мы поставили перед собойследующие основные задачи: проанализировать условия разрушения пузырькагаза в центробежном поле при его выходе на границу раздела фаз газ – жидкость;определить режимы работы цилиндрического прямоточного гидроциклона,предотвращающего процесс пенообразования; разработать методику расчетацилиндрического прямоточного гидроциклона для смешения пенообразующихжидкостей, без образования пены.34ГЛАВА 2.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯРЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГОПРЯМОТОЧНОГО ГИДРОЦИКЛОНА НА ПРОЦЕССПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПЕНООБРАЗОВАНИЯ.2.1.Способы получения пены.Пена – дисперсная система с газовой дисперсной фазой и жидкойдисперсной средой. Жидкие пленки, разделяющие пузырьки газа, в совокупностиобразуют пленочный каркас.Пеныможнополучитьдвумяспособами:диспергационнымиконденсационным [55].При диспергационном способе пена образуется в результате интенсивногосовместногодиспергированияпенообразующегораствораивоздуха.Технологически диспергирование осуществляется при прохождении струй газачерез слой жидкости (в барботажных или аэрационных установках, в аэраторах,применяемых для очистки отходящих газов); при действии движущихсяустройств на жидкость в атмосфере газа или при действии движущейся жидкостина перегородку; при эжектировании воздуха движущейся струей раствора. [55]Конденсационный способ получения пен основан на изменении параметровфизического состояния системы, приводящем к пересыщению раствора газом.

Кэтому же способу относится образование пен в результате химических реакций,сопровождающихся выделением газообразных продуктов. [55]Чистые жидкости не способны образовывать сколько-нибудь устойчивуюпену. Для получения устойчивой пены в жидкой фазе кроме растворителя долженнаходиться по крайней мере один поверхностноактивный компонент —пенообразователь, адсорбирующийся на межфазной поверхности раствор-воздух.По способности давать устойчивые пены пенообразователи делятся на дватипа [55]:351. Пенообразователи первого рода.

Это соединения (низшие спирты,кислоты, крезолы), которые в объеме раствора и в адсорбционном слоенаходятся в молекулярно-дисперсном состоянии. Пены из растворовпенообразователей первого рода быстро распадаются по мере истечениямеждупленочпойжидкости.Стабильностьпенувеличиваетсясповышением концентрации пенообразователя, достигая максимальногозначения до насыщения адсорбционного слоя, но затем снижается почтидо нуля.2. Пенообразователи второго рода (мыла, синтетические ПАВ) образуют вводе коллоидные системы, пены из которых обладают высокойустойчивостью.Истечениемеждупленочпойжидкостивтакихметастабильных пенах в определенный момент прекращается, а пенныйкаркасможетсохранятьсядлительноевремяприотсутствииразрушающего действия внешних факторов (вибрация, испарение, пыль идр.).362.2.Описания лабораторной установки.Ввиду того, что в лабораторных условиях найти две жидкости, в результатесоединения которых образовалась бы пена, затруднительно, в роле модельнойсреды для эксперимента мы использовали воду с пенообразователем второго рода— моющим средством Fairy.

Пена образовывалась диспергационным способом.Вода заливалась в бак 4 (рисунок 2.2.1) через вентиль 21 из системыводоснабжения здания. Далее в бак добавлялось поверхностно активное вещество(ПАВ – моющее средство Fairy), где оно с помощью мешалки 5 тщательноперемешивалось с водой, затем мешалка отключалась. Потом включалисьпоследовательно компрессор с ресивером, для подачи воздуха в систему,циркуляционный насос 1 и постепенно открывался вентиль подачи раствора 2 3 навход в гидроциклон 3. [3,19]37Рисунок 2.2.1. Схема лабораторной установки.

1 – циркуляционный насос;21, 22, 23 соответственно – вентиль для подачи воды, вентиль слива раствора вканализацию, вентиль регулирования подачи раствора ПАВ в гидроциклон; 3 –цилиндрический прямоточный гидроциклон (рис. 2.2.2.); J — вода; ПАВ —поверхностно активное вещество; N — раствор ПАВ; G — газ (воздух); Н —раствор ПАВ с пузырьками газа G; 4 — бак для раствора ПАВ (40 литров); 5 —мешалка; 6 — электродвигатель мешалки; 7 — резиновый шланг; 8 — компрессорс ресивером; 9 — манометр; 10 — счетчик ЭМИС-ДИО 230Л.38Итак, раствор ПАВ N, проходя мимо патрубка подачи воздуха G откомпрессора 8, соединялся с воздухом G и засасывался в насос 1, где происходилодробление пузырьков воздуха.

Далее смесь ПАВ и воздуха Н проходила черезвентиль 23 и счетчик 10, с помощью которых регулировалась подача смеси Н вгидроциклон 3, в котором происходило отделение воздуха G от раствора ПАВ N.Воздух G отводился в атмосферу, а раствор ПАВ N возвращался обратно в бак 4.Максимальная скорость потока в питающем штуцере, на данной установкем/с. [3,19]Рисунокгидроциклон.2.2.2.цЭкспериментальныйцилиндрическийпрямоточный, м — длинна цилиндрической части гидроциклона;39, м — внутренний диаметр гидроциклона;цм — диаметр питающего штуцера;штуцера;,вх, м — диаметр выходноговых, м —диаметр газоотводящего штуцера.гГазожидкостная дисперсия (рис.

2.2.2.) через питающий штуцервыхтангенциально подавалась в цилиндрический прямоточный гидроциклон, гденачиналивыделятьсяпузырькигаза.Вгидроциклоне,поддействиемвыталкивающей силы, пузырьки двигались к границе раздела фаз, где онилопались или образовывали пену. Выделившийся газ и пена отводились изгазоотводящего штуцераг,а раствор ПАВ выводился из выходного штуцеравых .Эксперимент проводился на растворах ПАВ с разными коэффициентамиповерхностного натяжения (с четырьмя разными концентрациями ПАВ).402.3.

Определение поверхностного натяжения.Поверхностное натяжение определялось методом отрыва кольца [56],который сводится к измерению силы, необходимой для отрыва проволочногокольца от поверхности жидкости. Одним из основных условий определенияповерхностного натяжения σ рассматриваемым методом является полноесмачивание кольца исследуемой жидкостью.

В этом случае при отрывании кольцавместе с ним поднимается и пленка жидкости, сила тяжести которой равнаприложенной силе. Отрыву жидкости препятствуют силы поверхностногонатяжения. В момент равновесия, когда внешнее усилие достигает значений силповерхностного натяжения, пленка жидкости разрушается, и кольцо отрываетсяот поверхности жидкости. [56]Силаопределяется поверхностным натяжением раствора [51; 52; 56;57] и размерами кольца [56]:(2.3.1)где— внутренний радиус кольца, м;— средний радиус кольца;радиус проволоки, из которой изготовлено кольцо, м (—).Откуда следует, что, Н/мгде(2.3.2)— периметр кольца по среднему радиусу, м.Измеренияповерхностногонатяженияσпроводилисьспомощьюцифрового тензиометра К9 (компания KRŰSS). Измерения на приборе полностьюавтоматизированыиконтролировалисьвстроенныммикропроцессором.Расширенная база данных позволяла вводить поправки в метод Дью Нуи (методотрыва кольца) [56].

Результаты измерений считывались с цифрового дисплея ификсировались. На непосредственно дисплей выводилось само значение σ. Нарисунке 2.3.1 представлена принципиальная схема тензиометра К9.41Рисунок 2.3.1. Цифровой тензиометр К9 для измерения поверхностногонатяжения методом отрыва кольца.Перед измерением среды с другим поверхностным натяжением кольцо 9тщательно промывалось дистиллированной водой [9] и осторожно высушивалосьфильтровальной бумагой. Подготовленное к работе кольцо подвешивалось накрючок тензиометра.Пяды л е ия изме е ия:1. Включить прибор.