С.В. Комонов, Е.Н. Комонова
Ветровая эрозия и пылеподавление
Курс лекций. - Красноярск: Изд-во СФУ, 2008. - 192 с.
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.
|