Способ получения пены регулируемой кратности

 

Изобретение касается получения пен и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Цель - увеличение диапазона регулирования кратности пены и снижение энергозатрат. Для этого осуществляют контактирование исходной пены с инородным газом, отличающимся по парциальному давлению и растворимости от газа, содержащегося в пузырьках исходной пены. Целесообразнее проводить последовательное контактирование пены с несколькими инородными газами в порядке увеличения либо уменьшения их растворимости. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 В 01 Р 3/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4272277/31-26 (22) 30.06.87 (46) 15.09.89. Бюл. Ь 34 (71) Московскии институт химического машиностроения (72) М.M.Èçìàéëîâ, Д.A.Казенин, А.M.Кутепов и И.А.Цаблинова (53) 66,069.85(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1011157, кл. В О1 D 19!00, 1981.

Авторское свидетельство СССР

Ф 595340, кл. В 29 С 67/20, 1974.

Тихомиров В.К. Пены. Теория и практика их получения ri разрушения.

И.: Химия, !983, с. 138.

Изобретение относится к технике пенообраэования и может найти применение в химической и других отраслях промышленности.

Цель изобретения — увеличение диапазона регулирования кратности пены и снижение энергозатрат.

На фиг. 1 приведен график зависимости изменения радиуса единичного пузырька пены при контактировании его с инородным газом; на фиг. 2 график изменения радиуса пузырька пены при его последовательном контактировании с несколькими (в данном случае с двумя) инородными газами °

Способ осуществляют по следующей технологии.

Получаемую механическим смешением пенообразующего раствора и воздуха (или иного газа) пену подают на объ„„SU„„1507432 A 1

2 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНЫ РЕГУЛИРУЕМО!! КРАТНОСТИ (57) Изобретение касается получения пен и может быть использовано в различных отраслях промышленности . Цель увеличение диапазона регулирования кратности пены и снижение энергозатрат. Для этого осуществляют контактирование исходной пены с инородным газом, отличающимся по парциальнсму давлению и растворимости от газа, содержащегося в гузырьках исходной пены. Целесообразнее проводить последовательное контактирование пены с несколькими инородными газами в порядке увеличения либо уменьшения их растворимости. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. ект (он представляет собой либо форму для получения вспененного материала, либо иной, покрываемьж пеной объект). В случае необходимости получения высокократной пены ее подают в присутствии газа, обладающего значительной удельной растворимостью и отличным от исходного парциальным давлением. Такой газ практически мгновенно распространяется в жидкости, образующей пенные пленки.

Предлагаемый механизм изменения кратности развивается по следующей схеме.Две области с существенно различным парциальным давлением хорошо растворимого газа (например, C0 ) разде" лены жидкой прослойкой — стенкой пузырька пены. На границах жидкой фазы с газовыми областями мгновенно устанавливается равновесие по раст3 1 5074 воренной газовой фазе, соответствующее каждому из парциальных давлений (закон Генри). Таким образом, на границах тонкого слоя жидкости под5 держиваются существенно различные значения концентрации растворенного газа. Это приводит к мощному диффузионному потоку газа сквозь прослойку и, следовательно, к быстрому напол- 10 нению пузырька газом из внешней области. Следует заметить, что существует и встречный поток (воздуха) во внешнюю область. Однако, при эначи1 тельно худшей растворимости (раство- 15 римость азота и кислорода в воде при-. мерно на 3 порядка ниже растворимости СО ) этот диффузный поток в соответствующее число раэ слабее, т.е. пузырек "набирает" газ в сотни раз 20 быстрее, чем теряет (если CO содержится в пузырьках исходной пены, то контакт ее с воздухом приведет к уменьшению кратности). Далее аналогичным образом в процесс постепенно включаются пузырьки, лежащие в глубине пенного слоя, что приводит в возрастанию его общей кратности. На практике важен не только сам факт увеличения кратности пенного слоя, но ЗО также и время, в течение которого это увеличение оказывается существенным, например двукратным.

С учетом уравнения изменения массы пузырька, закона Генри, закона иэ- 35 менения кратности, закона расширения пузырька можно получить характерное время двукратного увеличения кратнос" ти

1 r ИЛ K Рн

10 у о Р ро ЙТ Рн -В его

Для значений ц = 0,1, Х, = 50, 1, = 0,5 10 м, D = 2 10 м /с, Hp =45

18 кг/кмоль, p = 10 KF/м

8314 Дж/кмоль К, Т = 293 К, К

1,4-10 Па, Р„= 10 Па, Р „= О, получаем с = 3 с, что близко к экспериментальной оценке. 50 — доля поверхности пузырька, контактирующая с внешней ат

Г мосферой, Х, — начальное э начение кратности пены, 55 г — начальный радиус пузырька,м

D — коэффициент диффузии растворенного газа в жидкости, м /с;

32

М вЂ” средняя молекулярная масса раствора (молекулярная масса растворителя),кг/кмоль, рр — плотность раствора (для слабоконцентрированных растворов — плотность растворит еля), кг /м ;

R — универсальная газовая постояя иная Дж/кмол ь К;

К вЂ” коэффициент Генри, Па;

Р„- наружное давление, Па

P — парциальное давление газа

ЬГо в начальном пузырьке, Па.

Формула (1) позволяет проанализировать влияние различных параметров на быстроту увеличения кратности.

Так, благоприятно влияют на скорость изменения кратности: высокая растворимость (малые К), высокая начальная кратность (большие Хо) и особенно высокая начальная дисперсность пены (малые г, ) .

Из графика на фиг. 1 видно, что в начальный момент времени происходит резкое изменение диаметра пузырька (а следовательно и кратности), а затем процесс замедляется. Поскольку в виду характера полученной зависимости наиболее быстрое изменение кратности происходит в начале процесса, можно ускорить процесс изменения кратности. Для этого целесообразно привести пену через короткое время в контакт с другим инородным газом, имеющим еще более высокую (для пони жения кратности низкую) растворимость (после СО, например NH ) . Характер зависимости радиуса пузырька при его контактировании с несколькими инородными газами представлен на фиг.2.

Например, участок кривой "0-1" соответствует наполнению воздушного пузырька диоксидом углерода, приведенного в контакт с пузырьком. Если теперь обеспечить контакт пузырька, например, с аммиаком, то изменение радиуса пузырька во времени будет идти по участку кривой "1-2".

Пример 1. Пену генерируют при барботаже раствора сульфонола воздухом. Время проведения эксперимента 500 с. Размер генерируемых пузырьков 1,0 10 м, кратность 60.

Контрольная емкость содержит воздух (парциальное давление кислорода

0,21 ° 10 Па), исследуемая емкость заполнена чистым кислородом — парциальное давление 10 Па, удельная раст-

5 15074 воримость 4,3 ° 10 - г-газа н 100 г воды..Кратность пены в исследуемой емкости 100. Увеличение кратности достигнуто без дополнительных энергозатрат.

Пример 2. Условия генерации пены аналогичны условиям в примере 1, но исследуемая мерная емкость объемом 1 л заполнена углекислым газом.

Парциальное давление двуокиси углерода 10 Па, удельная растворимость

0,17 г-газа в 100 г воды.

Через 500 с после начала проведения эксперимента в контрольной емкос- 15 ти накопилось 20 мл пены с кратностью около 70 и размером пузырьков

1,5 мм. В то же время в исследуемой мерной емкости накопилось 60 мл пены с размером пузырьков 2,5 мм и крат- 20 ностью 200. Увеличение кратности достигнуто беэ дополнительных энергозатрат.

Пример 3. Условия генерации пены аналогичны предыдущим примерам. 25

Исследуемая емкость заполнена аммиаком. Парциальное давление 10 Па; Ра5 створимость аммиака 72, С г-газа в

100 г воды.

Через 500 с после начала проведе- 30 ния эксперимента в контрольной емкости накопилось 20 мл лены с кратностью

70 и размером пузырьков 1,1 мм. В исследуемой емкости скопилось 80 мл пены с размером пузырьков 1,2 мм. В исследуемой емкости скопилось 80 мл пены с размером пузырьков 2,2 мм и кратностью 350. Увеличение кратности достигнуто беэ дополнительных энергозатрат. 40

Пример 4. Пену генерируют при барботаже раствора сульфонола воздухом. Время проведения эксперимента 500 с. Размер генерируемых пузырьков 1,0 -10 - м, кратность 60. 45

Контрольная мерная емкость содержит воздух (ларциальное давление азота

0,79 10 Па). Исследуемая емкость заполнена азотом — парциальное давление 10 Па, растворимость азота

1 89 "10 з г-газа на 100 г воды (т.е. меньше средней растворимости воздуха) . Через 500 с после начала проведения эксперимента (сбора лены) ее обдувают гелием, растворимость которого 1, 74 10 г-газа на 100 r воды.

После проведения этих операций кратность лены в исследуемой емкости сосо тавляет 25. Изменение кратности дос32 6 тигнуто беэ дополнительных энергозатрат.

Пример 5. По способу в соответствии с прОтотипом, ленообразующий раствор готовят на основе ленообразователя ПО-ЗА (для oríåòóøàùèõ лен) . Для получения пены кратностью

700 используют дисгергатор в виде вращающихся сеток, который позволяет достигнуть такой кратности эа счет интенсивного диспергирования газожидкостной струи. Энергоэатраты на работу такого пеногенератора составляют

30 кВт ч.

Пример 6. Пенообразующий раствор готовят аналогично примеру 5, пеногенератор используют без диспергатора (вращающихся сеток), поэтому на выходе иэ пеногенератора получают пену кратностью 250. Мощность, затрачиваемая на создание пены, составляет 10 кВт ч. Получаемую пену кратностью 250 приводят в контакт с аргоном, удельная растворимость которого 5,01 10 г-газа на 100 r воды, парциальное давление 10 Па.

После этого кратность пены достигает значения 700. Таким образом, получена также кратность пены, что и в примере 5 (ло прототипу), но при меньших энергозатргтах.

Пример 7. Пенообразующий раствор готовят аналогично примеру 6.

Получаемую пену (при энергоэатратах

10 кВт ч) кратностью 250 сначала при" водят в контакт с аргоном, а затем обдувают углекислым газом, растворимость которого 0,169 r-газа на 100 г воды, парциальное давление 10 Па. В

S результате получают пену кратностью

1100. Таким образом, при меньших энергозатратах (ло сравнению с прототипом, согласно примеру 6) получено значительное увеличение кратности.

Так как кратность получаемой пены по предлагаемому способу определяется, главным образом, не способом генерации пены, а присутствием газа с высокой удельной растворимостью, то это позволяет получать пены высокой кратности лри использовании простейших эжекционных пеногенераторов, отличающихся простотой, малой металлоемкостью, отсутствием вращающихся частей.

Для получения лен высокой кратности по предлагаемому способу достаточно покрытие или иэделие иэ готовой

1 507432 менения при одновременном снижении расхода пенообраэующих компонентов.

Увеличение кратности пены в несколько раз по сравнению с исходной пеной повышает эффективность ее прич, 2

Составитель Т.Круглова

Редактор А.Долинич Техред N.Èîðãåíòàë

Корректор И.Муска

Заказ 5486/11 Тираж 547 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 пены обдувать газом с высокой удель-. ной растворимостью, либо подавать этот гаэ вдоль струи (низкократной) пены, исходящей иэ пеногенератора.

При подаче высокократной пены (около 1000) на несколько десятков метров (например, при пожаротушении) отпадает необходимость в использовании пенопроводов. Так как гидравлическое сопротивление пены в этих трубопроводах очень велико, то велики и энергозатраты на подачу раствора И воздуха Для образования исходной пены. Предложенный способ исключает необходимость применения таких пенопроводов и, следовательно, ведет к снижению энергозатрат и облегчению эксплуатации.

Формула изобретения

1. Способ получения пены регулируемой кратности, включающий смешение пенообразующего раствора с газом, отличающийся тем, что, с целью увеличения диапазона регулирования кратности пены и снижения энергозатрат, осуществляют контактирование пены с инородным газом, отличающимся по парциальному дав15 лению и растворимости от газа, содержащегося в пузырьках пены.

2. Способ регулируемой кратности поп.1,отличающийся тем, что осуществляют последователь20 ное контактирование пены с несколькими инородными газами п порядке увеличения либо уменьшения их растворимости.