С.В. Комонов, Е.Н. Комонова
Ветровая эрозия и пылеподавление
Курс лекций. — Красноярск: Изд-во СФУ, 2008. — 192 с.
Предыдущая |
Содержание статьи:
Глава 3. Методы и способы пылеподавления
3.4. Временные технологические мероприятия по предотвращению пыления
3.4.2. Пылеподавление при помощи пены
Физико-механические свойства пены.
Пена представляет собой двухфазную систему газ – жидкость, в которой дисперсной фазой служат ячейки – пузырьки газа, а дисперсной средой – пленка жидкости. Она образуется при совместном диспергировании растворов пенообразователя и воздуха через пористые системы (сетки) в пеногенераторах.
Пенообразующие вещества, или пенообразователи, представляют собой водные растворы поверхностно-активных веществ (ПАВ), часто со специальными добавками для придания им определенных свойств.
Ассиметричное строение молекул ПАВ обусловливает их ориентацию, и способность адсорбироваться на границе раздела воздух – вода, образуя слой вещества толщиной в одну молекулу (мономолекулярный слой, или монослой). При этом концентрация ПАВ на поверхности раздела фаз может быть очень высокой, даже если в объеме раствора содержание поверхностно-активного вещества незначительно. В этом слое гидрофобные части молекул «торчат» в воздухе, а гидрофильные «головки» погружены в жидкость (рисунок 35). В процессе пылеподавления пеной гидрофильная часть молекулы 2 связывается с пленкой жидкости, а гидрофобная 1 – с поверхностью частиц пыли, что и снижает пылевыделение.
1 – гидрофобная часть молекулы; 2 – гидрофильная часть молекулы.
Рисунок 35 – Расположение молекул ПАВ на поверхности пленки
пузырька пены
В качестве пенообразователя используется неионогенные поверхностно-активные вещества, практически не образующие в водном растворе ионов. Их растворимость обусловлена наличием одной оксиэтильной группы на каждую метиленовую группу в гидрофобной части. Неионогенные ПАВ получены на основе этиленоксида и продуктов переработки угля и нефти по реакции:
где – углеводородный радикал от С10Н21 до С20Н41.
Все выпускаемые ПАВ проходят тщательную токсикологическую проверку. Оцениваются как раздражающее действие на кожу, дыхательные пути, глаза человека и животных, так и отравляющее при попадании в организм человека.
Наименее токсичны неионогенные ПАВ, которые плохо всасываются в кожу человека и поэтому не проявляют резорбтивное действие.
ПАВ, применяемые для обеспыливания, должны обладать следующими свойствами:
· значительным уменьшением поверхностного натяжения воды при небольших концентрациях ПАВ;
· хорошей биологической разлагаемостью и отсутствием вредного действия на организм человека;
· отсутствием отрицательного влияния на технологический процесс, коррозирующего действия на металл и разрушающих свойств на резину;
· хорошей растворимостью в воде в высоком диапазоне температур; высокой эффективностью при концентрации ПАВ;
· небольшой стоимостью, влияющей на технико-экономическую эффективность применения пены в конкретных условиях;
· отсутствием осадка с ионами кальция и магния, а так же с другими ионами, содержащимися в воде промышленного предприятия.
Преимущество использования пены могут быть использованы при условии ее применения с оптимальными параметрами. Эффективность пылеподавления пеной определяется экранирующими и смачивающими свойствами.
Экранирующее пылеподавление зависит от количества пены и ее разрушения, толщину пены расчитывают:
(194)
где — количество пены, кг;
— площадь поверхности, м2.
Если процесс образования пены происходит равномерно, а процесс ее разрушения происходит с ускорением, количество пены расчитывают:
(195)
(196)
где — объем скорости подачи раствора в пеногенераторе;
— истечение раствора из пеногенератора;
— время генерирования пены.
При условии динамического равновесия уравнение для расчета количества пены:
(197)
Уравнение позволяет рассчитать объем пены по параметрам, связанных с ее образованием без учета условий разрушения пены.
Количество пены можно рассчитать для любого момента времени. Для расчета образования пены коэффициент определяют в лабораторных условиях, он зависит от кратности пены, которая зависит от кинетической энергии частиц пены:
(198)
где — минимальная толщина пены, м;
— работа смачивания, Дж/м³;
— минимальный диаметр пузырьков пены, м.
Величина может быть положительной и отрицательной:
(199)
где – поверхность натяжения.
Для экрванированного пыления работа смачивания, т.е. эффективность для гидрофобной пыли меньше нуля.
Экранированная способность пыления с адгезионными свойствами:
(200)
Это уравнение говорит о том, что эффективность пены зависит от пены в пеногенераторе.
Исследование процессов пенообразования показало, что с ростом концентраций ПАВ от 0,5 до 3% наблюдается повышение параметра в 4 раза, а при повышении ПАВ более 3% намного меньше. Это связано с повышением вязкости между пленочной жидкостью, что замедляет скорость истечения пены.
Предыдущая |