Устройство для гашения пены в электрическом поле

 

Изобретение относится к технологиям гашения пен, в частности к технологиям электрофизического гашения пен. Устройство содержит бак с пенообразующей жидкостью, гаситель и источник питания. Гаситель имеет положительный электрод, состоящий из системы стержней, погруженных в жидкость, отрицательный электрод, состоящий из системы острийных элементов, выполненных из полупроводникового материала. Стержни положительного электрода образуют структуру с шестиугольной ячейкой. Элементы отрицательного электрода размещены в центре ячеек положительного электрода. Сторона ячеек и длина острийного элемента имеют размер a, расстояние от поверхности пены до верхних концов стержней b и до нижних концов острийных элементов с находятся в соотношении: b= 2,73a, c= 1,73a. Источник питания должен иметь напряжение не менее 10-15 кВ, напряженность поля у поверхности пены (0,4-1)106 В/м. Изобретение решает задачу чистоты воздействия и управляемости при повышении надежности устройства. 1 ил.

Изобретение относится к технологиям гашения пен, в частности к технологиям электрофизического разрушения пен.

Известны устройства для механического гашения пен [РФ, патенты N 2053289 C 12 M 1/00; N 1811894, B 01 D 19/02], в том числе с помощью струй газа [РФ, патент N 2004303, B 01 D 19/04]. Такие устройства достаточно эффективны и часто применяются. Их недостатком является низкая эффективность при работе с большим количеством вязкой пены с прочными стенками пузырьков, сложности при работе с герметичным оборудованием, большая расходуемая мощность.

Известны устройства для акустического разрушения пен [Boucher R., Weiner A. -Brit. Chem. Eng. ,1963, v.8, N12, p.808-812]. Разрушение в этом случае происходит в результате вибрации пузырьков пены и их разрыва. Эффективно низкочастотное гашение, однако недостатком устройств такого рода является большой уровень акустических помех.

Наконец, известно устройство для разрушения пены посредством вводимого в объем с пеной пучка электронов [а.с. N 1500341, B 01 D 19/02, БИ N 30, 1989] . Недостатком его являются большие потери энергии электронов при переходе в объем пены и невысокая надежность устройств. Однако по совокупности существенных признаков это устройство выбрано нами в качестве прототипа.

Задачей данного изобретения является использование достоинств прототипа, в частности, идеальной чистоты воздействия, управляемости при устранении главных недостатков, перечисленных выше.

Указанная задача решается нами путем использования источника электронов, встроенного в объем, частично заполненный пенообразующей жидкостью. Это достигается тем, что в устройстве для гашения, содержащем бак с пенообразующей жидкостью, гаситель и источник электропитания, гаситель выполнен двухэлектродным, в т. ч. один из электродов, положительный, состоит из системы стержней, частично погруженных в жидкость, и образующих в горизонтальном сечении 6-ти угольную ячейку со стороной a. Второй электрод, отрицательный, состоит из системы острийных элементов, размещенных в центре ячеек положительного электрода, параллельно его стержням. Острийные элементы длиной a выполнены из полупроводящего материала, верхние концы их находятся на одном уровне с верхними концами стержней и на расстоянии 2,73a от поверхности пенящейся жидкости, при этом их нижние концы отстоят от этой жидкости на 1,73a. Данная система электродов питается от высоковольтного источника питания напряжением не менее 10-15 кВ. При этом средняя напряженность поля у поверхности лены выбирается в диапазоне (0,4-1)106 В/м.

Пена представляет собой ячеистую структуру, основной объем которой заполнен воздухом, а роль стенок выполняют пленки пенообразующей жидкости. У высокократных пен толщина пленок жидкости очень мала, и ячейки представляют собой правильные многоугольники. Стабильность пен определяется их способностью сохранять общий объем, дисперсный состав и препятствовать истечению жидкости из пленок. Стабильность пен характеризуется временем существования определенного объема пены.

Разрушение пен зависит от температуры, давления, влажности и т.п. Механизм разрушения, как правило, определяют тремя моментами: истечением жидкости из стенок, диффузией газа и разрывом пленок.

Из требований к устройствам для гашения пен наиболее существенными являются: высокая эффективность, неизменяемость свойств пенящегося продукта, в том числе нетоксичность воздействия, экономическая эффективность и управляемость.

В предлагаемом изобретении разрушение пены является следствием воздействия объемного разряда, генерируемого между поверхностью пены и электродной системой. Указанное разрушение происходит в результате повышенной испаряемости пенообразующей жидкости в условиях объемного разряда с низкой плотностью тока, истончения пленок жидкости и их последующего разрыва. Повышенная испаряемость жидкости обусловлена дополнительными движениями пограничного слоя у поверхности пены из-за наличия объемных сил электрического происхождения. Эти силы являются результатом того, что приповерхностный слой пара в условиях тихого объемного разряда насыщается объемным зарядом с плотностью до 1010-1011 см-3. При наличии электрического поля электродной системы E(0,4-1)106 см3 с учетом внутреннего поля объемного заряда 0,1-0,3E указанные заряды вызывают движение пограничного слоя пара с дрейфовой скоростью до 2-5 м/с. Переносу заряда от электродной системы к слою пара, т. е. току объемного разряда, способствует наличие кислорода воздуха в молекулярном состоянии с образованием определенного количества отрицательных ионов O-2.

Электродная система, конструкция которой и является сущностью данного изобретения, предназначена для генерации объемного разряда с малой плотностью тока. Она содержит отрицательный многоострийный электрод с малым радиусом острий, выполненный из полупроводящего материала. Острия этого электрода эмиттируют электроны по принципу автоэмиссии уже при напряжении 10-15 кВ. При радиусе острия 10-7 м имеем поле на острие (1-1,5)1011 В/м, для расстояния до поверхности пены 0,015-0,03 м получаем среднюю напряженность поля у поверхности пены (5-10)105 В/м. Указанные значения полей вполне достаточны для генерации разряда с плотностью тока (0,5-50)10-3 А/м2. В данном случае генерируется не коронный, а т.н. тихий или темный разряд, в котором практически отсутствует свечение газа, образование озона O3 и негативные последствия этого.

Устройство работает следующим образом. На фиг. 1а, 1б изображена схема расположения электродной системы в баке 1 с пенящейся жидкостью 2. Здесь 3 - элементы положительного электрода, частично погруженного в жидкость, 4 - элементы острийного катода, размещенные среди элементов положительного электрода и образующие регулярную структуру. Элементы крепления указанных электродов и способ токоподвода к ним на схеме не показаны, т.к. они не являются существенными. В результате работы электрических сил объемного разряда в паровом слое над поверхностью пены (жидкости) образуется система вихревых движений воздуха и пара 5, привязанная к структуре электродов. Благодаря этому и происходит интенсивное испарение пенообразующей жидкости из верхнего слоя пены и разрушение по механизму истончения пленок. Предполагается, что в данной схеме скорость пеногашения превышает скорость генерации пены, поэтому пены как бы нет. Для этого случая показаны вышеприведенные соотношения размеров: b = 2,7За, c = 1,73a. Если уровень пены не должен совпадать с уровнем жидкости, то систему электродов необходимо приподнять до выхода концов положительного электрода из жидкости. Тогда уровень стабилизации пены установится у нижних концов положительного электрода.

Устройство разрушения пен по данному механизму с использованием объемного тихого разряда и предлагаемой конфигурации проверено на водных растворах дидецилсульфата натрия, шампуня "Янтарь", неонола АФ9-12 и показало эффективность достаточно большую даже по сравнению с весьма эффективным механическим гашением. Для верхнего предела плотности тока 5010-3 А/м2 потребляемая мощность в пересчете на 1 м2 поверхности пены составляла 20-30 Вт с пенообразователем "Янтарь". Это соответствует (5-7)10-3 кВтг/м3 пены, что в 1,5-2 раза лучше, чем эффективность пеногашения под действием ультразвукового устройства [В. К. Тихомиров. Пены. Теория и практика их разрушения. М. : Химия, 1983, стр. 237 -241] и механического при полной управляемости, отсутствии движущихся частей, помех и озона. Дальнейшее увеличение плотности тока увеличивает вероятность перехода разряда в коронный режим и не целесообразно. Уменьшение плотности тока ниже 0,510-3 А/м2 делает эффект гашения малозаметным.

Формула изобретения

Устройство для электрического гашения пен, содержащее бак с пенообразующей жидкостью, гаситель с электродом в виде системы острийных элементов и источник питания, отличающееся тем, что гаситель снабжен положительным электродом в виде системы стержней, погруженных в жидкость и установленных с образованием шестиугольных ячеек, острийные элементы выполнены из полупроводникового материала, образуют отрицательный электрод и размещены в центрах ячеек положительного электрода, сторона ячеек a равна длине острийного элемента, при этом расстояние от поверхности пены до верхних концов стержней b и до нижних концов острийных элементов c находятся в соотношении b = 2,73 a, c = 1,73 a, напряжение источника питания не менее 10 - 15 кВ, напряженность поля у поверхности пены (0,4 - 1) 106 В/м.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологиям гашения пен, конкретно к электрофизическим способам гашения пен

Изобретение относится к способам осаждения пены и может быть использовано при очистке сточных и пищевых вод

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к устройствам, имеющим циркуляционную систему смазки

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при подготовке нефтей

Изобретение относится к устройствам для разрушения и может быть использовано , например, при работе флотаторов

Изобретение относится к оборудованию для пеноразрушения и может быть использовано в химической, нефтехимической, микробиологической и других отраслях промышленности

Изобретение относится к устройствам для разрушения пены и может быть использовано в микробиологической, химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности

Изобретение относится к области химии и нефтегаза, в частности к сепараторам для разделения жидкости и газа, например, в системе очистки газа от органических жидкостей, в частности при добыче и переработке природного газа

Изобретение относится к горной промышленности, а в частности к нефтегазодобывающей, и может быть использовано для гашения пены в аэрированных буровых растворах

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для гашения пены в аэрированных буровых растворах

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к технологиям переработки сырья вакуум-выпарным методом
Изобретение относится к области обработки деталей резанием и содержит режущий элемент, привод для приведения в действие режущего элемента, вал, присоединенный к приводу и режущему элементу, пенообразующий аппарат, предназначенный для образования и направления пены через вал к границе резки, вакуумный аппарат, включающий кольцо, проходящее вокруг вала, окружающее границы резки и имеющее множество радиальных и аксиальных всасывающих каналов, источник вакуума, соединенный с упомянутыми каналами и устройство для преобразования пены в жидкость, содержащее несколько трубок, предназначенных для преобразования пены в жидкость при прохождении пены через них. Изобретение позволяет повысить качество обработки. 13 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к полимерной композиции пеногасителя. Описана композиция пеногасителя, содержащая 15-35% масс. акрилатного полимера, содержащего акрилатные мономеры следующей общей формулы: где R представляет собой водород, или линейную, или разветвленную алкильную группу, содержащую приблизительно от 1 до 18 атомов углерода и, необязательно, по меньшей мере, одну гидроксильную группу; 1-20 мол.% мономера (мет)акриловой кислоты в подходящем разбавителе, 30-70% масс. органического носителя, где органический носитель представляет собой полипропиленгликоль; 3-10% масс. добавок; и 5-25% масс. поверхностно-активного вещества. Описана композиция пеногасителя, содержащая 15-35% масс. метакрилатного полимера, содержащего метакрилатные мономеры следующей общей формулы: где R представляет собой водород или линейную, или разветвленную алкильную группу, содержащую приблизительно от 1 до 18 атомов углерода и, необязательно, по меньшей мере, одну гидроксильную группу; с 1-20 мол.% мономера метакриловой кислоты в подходящем разбавителе; 30-70% масс. органического носителя, где органический носитель представляет собой полипропиленгликоль; 3-10% масс. добавки; и 5-25% масс. поверхностно-активного вещества. Также описан способ снижения или предотвращения образования пены, включающий добавление указанных выше композиций пеногасителя до, во время или после образования указанной пены. Также описан способ получения указанных выше композиций пеногасителя. Технический результат - увеличение эффективности пеногашения. 6 н. и 24 з.п. ф-лы, 40 табл., 10 пр.

Изобретение относится к области устройств для отведения воды. Устройство содержит резервуар с силовым замыканием с цилиндром для самотека воды, имеющим впускное отверстие и выпускное отверстие. Впускное отверстие образует водосливной порог. Внутри цилиндра установлен соединенный с поплавком посредством направляющего штока дроссельный элемент. Дроссельный элемент в выпускном отверстии имеет фиксированный элемент и подвижный относительно фиксированного элемента элемент, соединенный с направляющим штоком. Между резервуаром с силовым замыканием и цилиндром для самотека воды расположены вертикальные щитки, демпфирующие закручивание воды. Резервуар с силовым замыканием имеет расположенный над водосливным порогом переливной выпуск. Обеспечивается минимальное образование пены. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к способам выпаривания пенящихся растворов в установках концентрирования. Способ выпаривания пенящихся растворов в установках концентрирования, включающий подачу исходного раствора и греющего пара в выпарной аппарат с сепаратором, разделение в сепараторе концентрированного раствора и вторичного пара, вывод концентрированного раствора, конденсацию греющего и вторичного пара и ввод пара в сепаратор, при этом при появлении в сепараторе пены часть вторичного пара отбирают, нагревают, сжимают и возвращают в зону пенообразования сепаратора для разрушения пены. Технический результат - поддержание степени очистки конденсата вторичного пара на заданном расчетном уровне без снижения интенсивности кипения концентрируемых пенящихся растворов путем гашения (разрушения) пены при вспенивании перерабатываемых растворов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области технического обустройства нефтедобычи и предназначено, в частности, для разрушения пены с возможностью обеспечения поточных измерений количества и показателей качества скважинного флюида. В способе разрушения пены в процессе гравитационной сепарации газожидкостной смеси осуществляют подвод газожидкостной смеси в смесеприемную зону емкости, свободное стекание газожидкостной смеси в отстойную зону, отвод из емкости сепаратора жидкости и свободного газа, выделившегося из газожидкостной смеси и разрушенной пены. В смесеприемной зоне емкости создают пристенный ниспадающий поток дегазированной жидкости, принудительно отбираемой с жидкостного выхода сепаратора, а ввод газожидкостной смеси осуществляют открытым патрубком, размещенным в середине смесеприемной зоны. Образующаяся при этом пена увлекается потоком газожидкостной смеси по перегородке до встречи с пристенным потоком дегазированной жидкости, пузырьки пены преимущественно разрушаются пристенным потоком, а дальнейшее разрушение пены происходит в отстойной зоне, куда жидкость и остатки пены стекают через кольцевой зазор, и освободившийся газ выводят из верхней части емкости за пределы сепаратора. Сепаратор для реализации способа содержит емкость для гравитационной сепарации газожидкостной смеси, перегородку, установленную в емкости между смесеприемной и отстойной зонами с кольцевым зазором по стенке, патрубок для ввода газожидкостной смеси в сепаратор, размещенный над перегородкой. В корпусе смесеприемной части установлены тангенциально к его стенке штуцеры ввода дегазированной жидкости, перекачиваемой с жидкостного выхода сепаратора в его смесеприемную зону по трубопроводу возвратного контура. В перегородку, отделяющую отстойную зону от смесеприемной, встроены трубчатые каналы удаления свободного газа из отстойной зоны в смесеприемную зону по мере разрушения пузырьков пены. Изобретение позволяет активизировать разрушение пены, образующейся в смесеприемной зоне емкости, повысить эффективность процесса сепарации газожидкостной смеси и улучшить условия работы контрольно-измерительного оборудования. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх