Способ гашения пены и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к способам гашения пены и устройству для его осуществления и может применяться в химической, газоперерабатывающей и других отраслях промышленности. Цель изобретения - повьппение эффективности , снижение энергозатрат и гашение пен диэлектрических жндкосстей. Используют источник постоянного тока, соединенный с электродами, разделяющими поток пены на участки. Электроды, соединенные по крайней мере с одним из полюсов источника питания, устанавливают с наклоном по ходу потока пены. Электроды в виде проводов или стержней устанавливают внутри других электродов, образующих цилиндрические поверхности, в которых выполнена перфорация таким образом, что ее площадь увеличивается вдоль проводов по ходу потока. Возможны различные варианты исполнения электродов, образующих провода ипи стержни и цилиндрические поверхности . 2 с и 4 3.п. ф-лы, 4 ил. с ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИМИ

РЕСПУБЛИК ()9) SU(II) А1 (gg 4 В О1 D 19/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

®СЕ);д:,;; )

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ: —,- 13

К А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 41 04434/31-26 (22) 30.05.86 . (46) 07.04.88. Бюл. У 13 (71) Иосковский институт химического машиностроения (72) М.M.Измайлов, В.B.Бутков и А.M.Êóòåïîâ (53) 66.066.8 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1<)47494, кл . В 01 D 19/02, 1982. (54) СПОСОБ ГАШЕНИЯ ПЕНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к способам гашения пены и. устройству для его осуществления и может применять- ся в химической, газоперерабатывающей и других отраслях промышленности.

Цель изобретения — повышение эффективности, снижение энергозатрат и гашение пен диэлектрических жидкосстей. Используют источник постоянного тока, соединенный с электродами, разделякицими поток пены на участки.

Электроды, соединенные по крайней мере с одним из полюсов источника питания, устанавливают с наклоном по ходу потока пены. Электроды в виде проводов или стержней устанавливают внутри других электродов, образукицих цилиндрические поверхности, в которых выполнена перфорация таким образом, что ее площадь увеличивается вдоль проводов по ходу потока.

Возможны различные варианты исполнения электродов, образующих провода или стержни и цилиндрические поверхности. 2 с и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1386228

Изобретение предназначено для гашения пены и может быть использова—

»о в химической, газоперерабатывающей и других отраслях промышленности.

Целью изобретения является гашение пен диэлектрических жидкостей, уменьшение энергозатрат и повышение эффективности пеногашения.

На фиг. 1 представлено устройство 10 для осуществления способа с электродами в виде цилинпрических поверхностей и струн; на фиг. 2 — то же, с электродами в виде пластин и струн (либо стержней), вариант; на фиг. 3 — 15 сечение А — А на фиг. 2 (пластины показаны с I oApBMH) на фиг. 4 — сечение Б — Б на фиг. ? (электроды в виде плоских пластин и перфорированных полос с острыми кромками, направлен- 20 ными к соседним пластинам).

Устройство содержит трубопровод

1, по которому подается пена, источник 2 электрического питания, электроды 3 и 4, выполненные в форме со- 25 ответственно стержней и цилиндрических поверхностей. Электроды крепятся на диэлектрических или изолированных держателях 5. Электроды с цилиндрической поверхностью имеют пер- 30 форацию 6 в виде проходов для пены с одной стороны и отсепарированных газа и жидкости с другой стороны. В качестве стержней может быть использована тонкая проволока. В устройстве (фиг.1) достигается наибольшее значение электрического поля при одинаковых прочных равных условиях, поэтому оно требует минимальных энергозатрат при аналогичной с другими

40 вариантами эффективности, однако указанное устройство создает большее гиправлическое сопротивление потоку, На фиг. 2 представлен наиболее простой и удобный вариант устройства, 45 в котором цилиндрические поверхности образуются гофрами соседних пластин (фиг.3). Внутри цилиндрических поверхностей располагаются стержни 3, которые также могут представлять собой натянутые на держатели провода. На гофрах выполнена перфорация, причем ее площадь увеличивается вдоль стержня. Это может быть достигнуто как увеличением площади отвер.стий, так и увеличением количества малых отверстий одного диаметра, расположенных в форме клина на поверхности вдоль гофры (стержня), рагширяющегося по направлению наклона.

Исполнение стержней с шероховатой поверхностью или, например, с резьбой позволяет увеличить неоднородность электрического поля, что повышает эффективность пеногашения. Однако на тонкой проволоке шероховатую поверхность или резьбу сложно выполнить, а с увеличением диаметра стержня увеличиваются металлозатраты, уменьшается напряженность электрического поля.

Стержни можно выполнить конусообразной формы. Это позволяет плавно изменять напряженность электрического поля вдоль стержней (наряду с изменением площади перфорации на цилиндрических поверхностях).

Устройство со стержнями в виде перфорированных полос с острыми кромками, направленными к соседним пластинам (фиг.4), позволяет достигнуть высокую эффективность пеногашения, однако создает большее гидравлическое. сопротивление потоку.

Способ осуществляют следующим образом.

Газожидкостную систему в виде пены, поступающей по трубопроводу, подают в межэлектродное пространство. Газ, который не взаимодействует с электрическим полем, свободно преодолевает это пространство почти без изменения траектории. В то же время диэлектрическая жидкость, образующая пенные пленки, поляризует- ся, втягивается в межэлектродное пространство и деформируется под действием электрического поля, вытягиваясь вдоль центрального стержня, расположенного между цилиндрическими поверхностями. Пенные пленки при этом разрушаются, так как жидкость из пленок переходит на поверхность стержня. Далее жидкость перемещается по поверхности наклонного стержня в результате действия нескольких факторов: напора газожидкостного потока, явления Сумото (при достаточно больших значениях напряженности) и сил тяжести. Таким образом, газ свободно проходит через межэлектродное пространство, а жидкость отводится вдоль электродов на дно трубопровода, в результате пенная структура разрушается.

13862?8

Неоднородное электрическое поле усиливает действие электрокинетических явлений и увеличивает вероятность флуктуаций, приводящих к разрушению пены, а применение коаксиальной системы электродов по сравнению с плоскими пластинами увеличивает напряженность электрического поля. Наклон по крайней мере одного из электродов по ходу жидкостного потока позволяет плавно отводить вдоль электродов жидкость, выделяющуюся из пенных пленок на дно трубопровода. уменьшение напряженности 15 электрического поля в этом направлении, позволяющее использовать для повышения эффективности пеногашения явление Сумото — выталкивание диэлектрической жидкости из области с наи- 20 более высокой напряженностью вдоль центрального электрода (катода), может быть достигнуто с помощью перфорации, площадь которой увеличивается вдоль стержней по ходу потока. 25

Изменение напряженности может быть достигнуто и путем изменения диаметра центрального электрода в виде стержня, однако это менее экономично.

Для осуществления указанных явлений 30 необходимо использовать источник постоянного электрического тока. Значение напряженности электрического поля необходимо выбрать для данной системы электродов меньше значения электрического пробоя, который может привести к необратимым изменениям физико-химических свойств обрабатываемых сред, либо в случае взрывоопасных продуктов — к взрыву, 40

Проверку способа проводят при гашении пены газового конденсата при стравливании из пробоотборника, в котором он находится под давлением

30 атм, в трубопровод, в котором 45 установлен пакет электродов в виде

Г проводов, наклонно натянутым между гофрированными пластинами таким образом, что весь пенный поток разделяется электродами на отдельные В 50 стки шириной 3 — 4 мм.

Пример 1. Пену пропускают через пакет электродов без подачи на них электрического питания. Пеногашение не наблюдается, структура пены после электродов почти не изменяется и заполняет все сечение трубопровода как до пакета электродов, так и после него.

Пример 2. Пена поступает при указанных условиях. Напряженность электрического поля между электродами устанавливают !000 Вlм, электроды подключают к источнику переменного тока. Пеногашение не наблюдается, несколько меняется структура пены.

Пример 3. Напряженность электрического поля устанавливают также

1000 В/м, однако электроды подключают к источнику постоянного тока. Происходит гашение около 5 — 10 Х пены.

Пример 4. Напряженность электрического поля между электродами устанавливают 30000 В/м, используют источник постоянного тока. Пена полностью гасится в пространстве между электродами.

Таким образом, с увеличением на— пряженности электрического поля эффективность способа пеногашения увеличивается. Для соблюдения техни— ки безопасности, во избежание возмож— ного взрыва при прохождении электрического разряда между электродами, следует устанавливать напряженность электрического поля меньше значения пробоя для данной системы электродов и пены. Пробой воздуха между электродами при нормальных условиях наблюдается при напряженности более

25 10 В/м. В то же время пробой диэлектрика приводит к сильным изме— нениям его физико-химических свойств, а попадание электропроводных или иных примесей в пену может привести к пробою. Рекомендуется устанавливать напряженность электрического поля в пределах начала развития ударной ионизации для воздуха, соответствующей 10 Вlм.

Выбор типа устройства для пеногашения для каждого случая использования способа обусловлен затратами на исполнение устройства и гидродинамическими параметрами потока.

Использование стержней конусооб,разной формы обусловлено тем, что при этом достигается плавное изменение напряженности электрического поля вдоль стержня (электрода), в результате чего диэлектрическая жидкость плавно перемещается вдоль стержня из области с меньшей напряженностью электрического поля(от основания конуса) в область с большей напряженностью (к острию конуса) и та1386228 ким образом отводится в нижнюю часть трубопровода. Указанный вариант целесообразно использовать при больших значениях скорости и расхода га- 5 зожидкостного потока с пенной структурой, когда изменения напряженности вдоль электродов за счет увеличиения площади перфорации недостаточно для эффективного пеногашения. Недостат- 10 ком этого варианта по сравнению с другими является относительная слож— ность изготовления тонких стержней конусообразной формы.

Использование полос с острымикром-15 ками обусловлено тем, что в области у острых кромок создается больший градиент напряженности электрического поля. Использование полос исключает проскок пены, поэтому такой ва- 20 риант целесообразно использовать в случае гашения устойчивых низкократных пен с высокой вязкостью. Недо,статком является значительное гидравлическое сопротивление стержней газо-25 жидкостному потоку. С целью уменьшения гидравлического сопротивления предлагается полосы выполнять перфорированными. Однако гидравлическое сопротивление стержней в виде перфо- 30 рированных полос больше, чем для других вариантов, поэтому его целесообразно применять для гашения устойчивых вязких пен при малых значениях скоРости и Расхода газожид- 35 костного потока.

Выполнение электродов с наклоном по ходу движения пены обусловлено следующим. Так как удельный вес жидкости, образующей пену, во много раз превосходит удельный вес газа, то целесообразно при разрушении пены иметь такую конструкцию, которая позволяет плавно отводить жтщкость на 45 дно трубопровода, используя дополнительно к другим действующим силам и силу тяжести. Поэтому электроды располагают таким образом, чтобы жидкость, втягивающаяся в межэлектродное пространство под действием сил электрострикции и других элек..i окинетических явлений, стекала в нижнюю часть трубопровода. Электроды можно установить вертикально, перо пенцикулярно (под углом 90 ) направлению потока, однако в этом случае площадь свободного сечения между ними минимальная, следовательно, гидравлическое сопротивление максимальное, а время действия сил, вызывающих разрушение пены, минимальное.

Таким образом, расположение электродов под любым острым углом с наклоном по ходу потока лучше, чем перпендикулярное расположение под уго лом 90 . Причем чем острее этот угол, тем больше протяженность электродов, следовательно, больше площадь свободного сечения между ними, а значит и меньше гидравлическое сопротивление, больше время действия на пену электрокинетических сил, вызывающих ее разрушение. Длину электродов кельзя делать бесконечной, поэтому ее ограничивают из условия полного, эффективного гашения конкретного вида пены для конкретных скорости и расхода газожидкостного потока, т.е чем меньше скорость потока тем больо ше угол наклона (в пределах 90 ) и короче электроды. При любом угле о наклона (в пределах 90 ) по ходу потока достигается положительный эффект пеногашения (в большей или меньшей степени) .

Для электродов, установленных под углом к направлению движения пены (угол в пределах больше О,.но меньше 90 ), при любом значении напряженности электрического поля (даже малом) наблюдается положительный эффект пеногашения.

При значении напряженности электрического поля, близком к значению напряженности пробоя, но меньше

его, независимо от угла наклона о электродов в пределах 0 — 90 происходит эффективное гашение пены, что является основным фактором процесса пеногашения. Для низкократных мелкодисперсных пен целесообразно использовать электроды в виде перфорированных полос.

Наиболее предпочтительно с точки зрения трудоемкости выполнения устройства, монтажа, средней эффективности выполнять центральные электроды в виде проводов, установленных под углом 30 — 45 к направлению движения пены, а напряженность электрического поля устанавливать

6 порядка (1 — 15) 10 В/м в зависимости от гидродинамических параметров газожидкостного потока.

Экономический эффект от внедрения предлагаемого способа гашения

138б228

Газ идкость пены и устройства для его осуществления определяется тем, что он требует минимальных энергозатрат, что обусловлено применением коаксиальной системы электродов, при этом достигается максимальная эффективность процесса гашения пен диэлектрических жидкостей. Исключение явления пробоя в процессе пеногашения гарантирует высокое качество конечного продукта. Такой процесс легко поддается автоматизации, позволяет осуществлять регулировку скорости пеногашения при изменении производительности процесса.

Формула из обретения

1. Способ гашения пены, включающий разделение пены электродами, соединенными с источником питания, на потоки и воздействие на них неоднородным постоянным электрическим пощ и и что, с целью гашения пен диэлектрических жидкостей, используют поле с напряженностью, меньше напряженности пробоя, при этом по ходу движения потока пены напряженность уменьшают.

2. Устройство для гашения пены, включающее источник питания и соединенные с его полюсами электроды, при этом электроды, соединенные с одним из полюсов, выполнены стержневыми, отличающееся тем, что, с целью уменьшения энергозатрат и повышения эффективности пеногашения, стержневые электроды размещены с наклоном по ходу потока пены между электродами, соединенными с другим полюсом источника питания и выполненными с перфорацией, площадь которой увеличивается вдоль стержней.

3. Устройство по п. 2, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что перфорированные электроды выполнены в виде цилиндрических поверхностей.

4. Устройство по п.2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что перфорированные электроды выполнены в виде пластин;с гофрами, расположенными вдоль стержней и имеющими цилиндри" ческую поверхность.

5. Устройство по п. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что стержни выполнены конусными.

6. Устройство по п.2, о т л и ч аю щ е е с я тем, что стержни выполнены в виде перфорированных полос с острыми кромками, направленными к соседним электродам.!

386228

Газ — аю»

Жидкость

Фиа z

Составитель О.Калякина

Техред JI,Îëèéíüæ Корректор Г.Решетник

Редактор И.Б!улла

Заказ 1210/9

Тираж 642, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. ужгород, ул. Проектная, 4