Способ получения пены регулируемой кратности Советский патент 1989 года по МПК B01F3/04 

Изобретение относится к технике пенообразования 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 пузьфька 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 объект (он представляет собой либо форму для получения вспененного материала, либо иной, покрьтаемьп 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, СО) разделены жидкой прослойкой - стенкой пузырька пены. На границах жидкой фазы с газовыми областями мгновенно устанавливается равновесие по растСП

О

4:: Од Ю

3

воренной газовой фазе, соответствующее каждому из парциальных давлений (закон Генри). Таким образом, на границах тонкого слоя жидкости под- держиваются существенно различные значения концентрации растворенного газа. Это приводит к мощному диффузионному потоку газа сквозь прослойку

и, следовательно, к быстрому напал- нению пузырька газом из внешней области. Следует заметить, что существует и встречный поток (воздуха) во внешнюю область. Однако, при значительно худшей растворимости (раство- римость азота и кислорода в воде примерно на 3 порядка ниже растворимости СО) этот диффузный поток в соответствующее число раз слабее, т.е. пузырек набирает газ в сотни раз быстрее, чем теряет (если СО, 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, н также и йремя, в течение которого это увеличение оказьшается существенным, например двукратным.

С учетом уравнения изменения мас

5 0

Рр R К - РИ - РЬГС5

0

Мр - средняя молекулярная масса раствора (молекулярная масса растворителя),кг/кмоль} плотность раствора (для слабоконцентрированньгх растворов - плотность растворителя) , кг/м ; универсальная газовая постоянная Дж/кмоль К; коэффициент Генри, Daj наружное давление, Ilaj парциальное давление газа в начальном пузьгрьке. 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 Хр) 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

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.

сы пузырька, закона Генри, закона из-35 в контакт с другим инородным газом.

менения кратности, закона расширения пузырька можно получить характерное время двукратного увеличения кратности

(О

г.., 0,5 10-3 м

50,

0 2-10 м2/с, Мр 18 кг/кмоль, Рр 10 кг/м , И 8314 Дж/кмоль К, Т 293 К, К 1,4 -Ю Па, Р„ 10 Па, РВГО О, получаем t, 3 с, что близко к экспериментальной оценке.

доля поверхности пузырька, контактирующая с внешней ат мосферойJ начальное значение кратности

Го - D пены; 55 Контрольная емкость содержит воздух

начальный радиус пузырька,MJ (парциальное давление кислорода коэффициент диффузии раст- 0,), исследуемая емкость

заполнена чистым кислородом - парциальное давление , удельная растворенного газа в жидкости, мЧс;

0

5

0

имеющим еще более высокую (для пони женин кратности низкую) растворимость (после CO/J, например NH j) . 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, м, кратность 60.

воримость 4,3 ; -10-3 г-газа в 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 емко

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 лен с размером пузырьков 2,5 мм и кратностью 200. Увеличение -кратности дотигнуто без дополнительных энергозатрат .

Пример 3. Условия генераци пены аналогичны предьиущим примерам Исследуемая емкость запаписна aMNfHa ком. Парциальное давление 10 Па-. Рстворимость аммиака 72,С г-газа в 100 г воды.

Через 500 с после начала проведения эксперимента в контрольной емкоти накопилось 20 мл пены с кратност 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 кратност достигнуто без дополнительных энергзатрат .

Пример 4. Пену генерируют при барботаже раствора сульфонола воздухом. Время проведения эксперимента 500 с. Размер генерируемых пу зьфьков 1,0-10-3 м, кратность 60. Контрольная мерная емкость содержит воздух (пархщальное давление азота 0,79 10 Па). Исследуемая емкость заполнена азотом - парциальное давление 10 Па, растворимость азота 1,89-.103 г-газа на 100 г воды (т.е меньше средней растворимости воздуха) . Через 500 с после начала проведения эксперимента (сбора пены) ее обдувают гелием, растворимость которого 1,74 -10 г-газа на 100 г воды. После проведения этих операций кратность пены в исследуемой емкости сос тавляет 25. Изменение кратности дос

тигнуто без дополнительных энергозатрат.

Пример 3. По способу в соответствии с прототипом, пенообразую- 1ций раствор готовят на основе пенообразователя ПО-ЗА (для огнетушащих пен) . Для получения пены кратностью 700 используют диспергатор в виде вращающихся сеток, который позволяет достигнуть такой кратности за счет интенсивного диспергирования газожидкостной струи. Энергозатраты на работу такого пеногенератора составляют

Пример 6. Пенообразующий раствор готовят аналогично примеру 5, пеногенератор используют без диспер- гатора (вращающихся сеток), поэтому

0 на выходе из пеногенератора получают пену кратностью 250. Мощность, затрачиваемая на создание пены, составляет 10 кВт ч. Получаемую пену кратностью 250 приводят в контакт с

5 аргоном, удельная растворимость которого 5,01 ЧО З г-газа на 100 г воды, парциальное давление 10 Па, После этого кратность пены достигает значения 700. Таким образом, получе0 а также кратность пены, что и в примере 5 (по прототипу), но при меньших энергозатратах.

Пример 7. Пенообразуюи ий раствор готовят аналогично примеру 6. Получаемую пену (при энергозатратах 10 кВт-ч) кратностью 250 сначала приводят в контакт с аргоном, а затем обдувают углекислым газом, растворимость которого 0,169 г-газа на 100 г воды, парциальное давление 10 Па. В результате получают пену кратностью 1100. Таким образом, при меньпшх энергозатратах (по сравнению с прототипом, согласно примеру 6) получено

5 значительное увеличение кратности.

Так как кратность получаемой пены по предлагаемому способу определяется, главным образом, не способом генерации пены, а присутствием газа с

0 высокой удельной растворимостью, то это позволяет получать пены высокой кратности при использовании простейших эжекционных пеногенераторов, от- личаю дихся простотой, малой металлог емкостью, отсутствием вращающихся частей.

Для получения пен высокой кратности по пpeдлaгaeмo fy способу достаточно покрытие или изделие из готовой

5

0

пены обдувать газом с высокой удель-. ной растворимостью, либо подавать этот газ вдоль струи (низкократной) пены, исходящей из 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 д воздуха для образования исходной пены. Предложенный способ исключает необходимость применения таких пенопроводов и, следовательно, ведет к снижению энергозатрат и облегчению эксплуатации.

Увеличение кратности пены в несколько раз по сравнению с исходной пеной повышает эффективность ее прифиг.1

Составитель Т.Круглова Редактор А.Долинич Техред М.Моргентал

Заказ 5486/11

Тираж 547

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. А/5

менения при одновременном снижении расхода пенообразующих компонентов. )

Формул а изобретения

с целью увеличения диапазона регулирования кратности пены и снижения энергозатрат, осуществляют контактирование пены с инородным газом, отличающимся по парциальному давлению и растворимости от газа, содержащегося в пузырьках пены.

/J

V2

Voij

фиг. 2

Корректор И.Муска

Подписное