Способ гашения пены и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК B01D19/02 

Изобретение предназначено для гашения пены и может быть использовано в хим}гческой, газоперерабатывающе и других отраслях промьшшенности.

Целью изобретения является гашение пен диэлектрических жидкостей, уменьшение энергозатрат и повышение эф4)ективности пеногашения.

На фиг. 1 представлено устройство для осуществления способа с электродами в виде цилиндрических поверхностей и струн; на фиг. 2 - то же, с электродами в виде пластин и струн (либо стержней),вариант; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2 (пластины показаны с гофрами); на фиг. 4 - се- , чение Б-Б на фиг. 2 (электроды в виде плоских пластин и перфорированных полос с острыми кромками, направлен- ными к соседним пластинам).

Устройство содержит трубопровод 1, по которому подается пена, источник 2 электрического питания, электроды 3 и 4, вьшолненные в форме со- ответственно стержней и 1р1линдричес- ких поверхностей. Электроды крепятся на диэлектрических или изолированных держателях 5. Электроды с цилиндрической поверхностью имеют пер- 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 устройств (фиг.1) достигается наибольшее значение электрического поля при одинаковых прочных равных условиях, поэтому оно требует минимальных энергозатрат при аналогичной с другими вариантами эффективности, однако указанное устройство создает большее гидравлическое сопротивление потоку.

На фиг. 2 представлен наиболее простой и удобный вариант устройства в котором цилиндрические поверхности образуются гофрами соседних пластин (фиг.З). 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- СТ1Ш, так и увеличением количества малых отверстий одного диаметра, расположенных в форме клина на поверхности вдоль гофры (стержня).

5 0

5 о ,,

п г

5

расширяющегося 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, поляризуется, 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,iв результате пенная структура разрушается.

Неоднородное электрическое поле усиливает действие электрокинетических явлений и увеличивает вероятность флуктуации, приводяпщх 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, вьщеляю- щуюся из пенных пленок на дно трубопровода. Уменьшение напряженности электрического поля в этом направлении, позволяюп1ее использовать для повьшения эффективности пеногашения явление Сумото - выталкивание диэлетрической жидкости из области с наиболее высокой напряженностью вдоль центрального электрода (катода), может быть достигнуто с помощью перфорации, площадь которой увеличивается вдоль стержней по ходу потока. Изменение напряженности может быть достигнуто и путем изменения диаметра центрального электрода в виде стержня, однако это менее экономично Дпя осуществлершя указанных явлений 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 взрьшо- опасных продуктов - к взрыву.

Проверку способа проводят при гашении пены газового конденсата при стравливании из пробоотборника, в котором он находится под давлением 30 атм, в трубопровод, в котором установлен пакет электродов в виде проводов, наклонно натянутым между гофрированными пластинами таким образом, что весь пенный поток разделяется электродами на отдельные участки шириной 3-4 мм.

Пример 1. Пену пропускают чрез пакет электродов без подачи на них электрического питания. Пенога- шение не наблкщается, структура пены после электродов почти не изменяется и заполняет все сечение трубпровода как до пакета электродов, так и после него.

П р и м е р 2. Пена поступает при указанных условиях. Напряженность электрического поля между элек- тродами устанавливают 1000 В/м,

электроды подключают к источнику переменного тока. Пеногашение не наблюдается, несколько меняется структура пены.

ПримерЗ. Напряженность электрического поля устанавливают также 1000 В/м, однако электроды подключают к источнику постоянного тока. Про- исход ит гашение около 5 - 10 % пены.

Пример4. Напряженность

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

Таким образом, с увеличением напряженности электрического поля эффективность способа пеногашения увеличивается. Для соблюдения Техники безопасности, во избежание возможного 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 изменениям его физико-химических свойств, а попадание электропроводньк или иных примесей в пену может привести к пробою. Рекомендуется устанавливать напряженность электрического поля в пределах начала развития ударной ионизации для воздуха, соответствующей 10 В/м.

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

Использование стержней конусообразной формы обусловлено тем, что при этом достигается плавное изменение напряженности электрического поля вд оль 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 та

КИМ образом отводится в нижнюю часть трубопровода. Указанный вариант це- лесообразтю использовать при боль- 1Ш1Х значениях скорости и расхода га- зожидкостного потока с пенной структурой, когда изменения напряженности вдоль электродов за счет увеличиения площади.перфорации недостаточно для эффективного пеногашения. Недостат- ком этого варианта по сравнению с другими является относительная сложность изготовления тонких стержней конусообразной формы.

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

Выполнение электродов с наклоном по ходу движения пены обусловлено следующим. Так как удельный вес жид- кости, образующей пену, во много раз превосходит удельный вес газа, то целесообразно при разрушении пены иметь такую конструкцию, которая позволяет плавно отводить жидкость на

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 элекп ро- кинетических явлений, стекала в нижнюю часть трубопровода. Электроды можно установить вертикально, перпендикулярно (под углом 90 ) направ- лению потока, однако в этом случае площадь свободного сечения между ними минимальная, следовательно, г ид

5 0 5

Q д

5

0

равлическое 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 углом 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 нельзя 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 больше угол наклона (в пределах 90°) и короче электроды. При любом угле 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 электродов в пределах О - 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 порядка (1-15)-10 В/м в зависимости от гидродинамических параметров газожидкостного потока.

Экономический эффект от внедрения предлагаемого способа гашения

7138

пены и устройства для его осуществления определяется тем, что он требует минимальных энергозатрат, что обусловлено применением коаксиальной системы электродов, при этом дости- гается 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 изобретения

1.Способ гашения пены, включающий разделение пены электродами, соединенными с источником питания, на потоки и воздействие на них неоднородным постоянным электрическим полем, отличающийся тем, что, с целью гашения пен диэлектрических жидкостей, используют поле

с напряженностью, меньше напряженности пробоя, при этом по ходу движения потока пе.ны напряженность уменьшают.

2.Устройство для гашения пены, включающее источник питания и соеди

0

5

0

5

8

ненные с его полюсами электроды, при этом электроды, соединенные с одним из полюсов, вьшолнены стержневыми, отличающееся тем, что, с целью уменьшения энергозатрат и повьш1ения 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, отличаю щ е е с я тем, что перфорированные электроды вьшолнены в виде цилиндрических поверхностей.

4.Устройство по п.2, о т л и- чающееся тем, что перфорированные электроды вьшолнены в виде пластин с гофрами, расположенными вдоль стержней и имеющими цилиндрическую поверхность.

5.Устройство по п. 2, отличающее ся тем, что стержни вьшолнены конусными.

6.Устройство по п.2, отличающееся тем, что стержни вьшолнены в виде перфорированных полос с острыми кромками, направленными к соседним электродам.

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 жндкос- стей. 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

fpu2,i

- Газ

Жидкость

у

ч /у /

f у f . -f

А - . /

Пена

Фиг. 2V

/

-/

Фиг.З

Х

у

t udKOCfn6

6-6

И

Фиг.