Работа на тему: «Обезвоживание пен» icon

Работа на тему: «Обезвоживание пен»



Смотрите также:


Федеральное агентство по образования

Белгородский Государственный университет

Кафедра общей физики


Курсовая работа на тему:


«Обезвоживание пен»


Выполнила: студентка

физического

факультета

гр. 190603

Юрченко Т. И.

Проверил: профессор

Канн К. Б.


Белгород 2009


Оглавление.


Оглавление……………………………………………………………………2

Введение………………………………………………………………………3

Глава I. Основные сведения о пенах………………………………………..5

1. Краткая характеристика пен……………………………………….5

2. Структура пен……………………………………………………….7

3. Свойства пен………………………………………………………...8

4. Получение и применение пен…………………………………......10

Глава II. Представления о синерезисе пен………………………………...13

1. Исследования пен……………………………………………….....13

2. Кинетика вытекания жидкости из пен. ………………………….15

3. Модели……………………………………………………………..17

Глава III. Синерезис пен…………………………………………………....20

1. Стадии синерезиса пен……………………………………………20

2. Влияние разных факторов на синерезис…………………………23

3. Фильтрация жидкости через пену………………………………..25

Заключение………………………………………………………………….28

Список литературы…………………………………………………………29


Введение.


Что такое пены и как давно они применяются человечеством? Откуда берётся пена и куда она исчезает? Каковы основные процессы, происходящие в пенах? Каковы области использования пен? На это вопросы не сложно ответить. Первые упоминания об пенообразующих веществах встречаются ещё в записях, датированных 200 г. н. э. Но практическое использование пен начинается лишь в конце ХIХ века. И на сегодняшний день мы уже не можем обойтись без пен. С пенами мы встречаемся каждый день и представить свою жизнь без них просто нельзя.

Торт с кремом, пена для бритья, морская пена, огнетушитель, кипящий бульон, кипячёное молоко, чистящий порошок для ковров или окон, чистящие и моющие средства для одежды и бытовых предметов и т. д.– всё это окружает нас ежедневно. Многие предметы бытовой жизни представляют собой разновидности пенных структур. Уже нельзя обойтись без пен в таких процессах, как стирка, уборка, косметические процедуры, изготовление нитей и ткани, чистка, изготовление сахара и т. п. Этот список можно продолжать до бесконечности. Пены прочно и навсегда вошли в нашу жизнь, делая её более комфортной.

Именно из-за неограниченного применения пен, в течение 60-80 лет ведутся непрекращающиеся исследования в этой области. И на сегодняшний день получен огромный экспериментальный материал, который продолжает пополняться.

Сегодня свойства пен и характеристика процессов, которые происходят в пенах, включаются как технологические параметры в инженерные расчёты различных аппаратов и различных производств. Поэтому глубокое и адекватное понимание процессов вытекания жидкости из пен представляет не только академический, но и практический интерес для самых различных научных отраслей.

И, на мой взгляд, наиболее интереснейшим явлением, которое происходит в пенах, является то, что со временем пена превращается в жидкость. Это явление вытекания жидкости из пен получило название синерезиса пен. Это один из основных процессов, протекающих в пенах и являющийся одним из важнейших свойств. Но до последнего времени, этому процессу уделялось мало внимание.

Лишь в последние десятилетия учёные обратили внимание на то, что расхождения в экспериментах и в теории, являются действием капиллярных сил. И перед учеными встала новая задача – как они действуют? Именно этот новый толчок даёт надежды на то, что новые эксперименты помогут до конца понять процессы, происходящие в пенах. И возможно, что это понимание принесёт новые открытия не только в области физики, но и в других отраслях науки.

Именно поэтому такой важный процесс, протекающий в пенах, как синерезис, я и хочу рассмотреть в данной работе.

Моя работа состоит в исследовании работы профессора Белгородского Государственного Университета К. Б. Канна “Капиллярная гидродинамика пен”, который вплотную занимается изучением пен и других его работ.


^ Глава I. Основные сведения о пенах.

1. Краткая характеристика пен.


Что такое пены? Точного определения у пен пока нет. Известно, что они представляют собой пузырьки газа, которые отделены друг от друга плёнками. Пена возникает в результате вспенивания жидкости и, для того чтобы она не разрушалась мгновенно, часто используют поверхностно-активные вещества (ПАВ). Но также пенами принято называть и твёрдые пористые соединения, которые образуются из жидких пен под влиянием различных факторов.

Для характеристики пен используют различные параметры. Например, для степени “вспененности” раствора используют кратность, которая прямо пропорциональна объёму пены и обратно пропорциональна объёму содержащейся в ней жидкости :

К===1+,

где - объём газа в пене.

Также часто используется слово - газосодержание, означающее объёмную долю газа в смеси:

φ==, откуда К=

Величина обратно пропорциональная кратности есть объёмная плотностью пены:

=1-

Она характеризует долю жидкости в пене. Как и кратность, эта величина безразмерная. Она не может быть меньше 4. Принято считать ,что при К<20 – пены низкократные, при 20<К<200 – средней кратности, а при К>200 – высокократные.

А для характеристики средних размеров пузырьков в пене используют понятие дисперсности. Чем мельче пузырьки, тем дисперсность выше, поэтому:

D=,

где d – средний линейный размер пенных пузырьков.

В природе иногда встречаются пены, у которых пузырьки имеют один и тот же размер, их называют монодисперсными. Пены преимущественно полидисперсны, т. е. у них пузырьки имеют разный размер. При этом разбиение по размерам не подчиняется никакому закону, поэтому оценить полидисперсность практически невозможно. Но несмотря на это, некоторые учёные используют функцию распределения, предложенную Де Вризом:

Ф=,

где - параметр функции распределения.

Пена получается из жидкости, которая называется дисперсионной средой. Газ в пене, который разделён на пузырьки, представляет дисперсную фазу. Эти фазы взаимодействуют между собой по искривлённой поверхности газовых пузырьков. При этом давление по разные стороны границы различное и определяется уравнением Лапласа:

,

где - поверхностное натяжение жидкости, а и - главные радиусы кривизны межфазной поверхности. Именно эту разность принято называть капиллярным давлением.

Так как пузырьки в пене различного размера, то кривизна межфазной границы в разных точках поверхности пузырька разная. Фрагмент пенного объёма схематически представлен на рис.1.1.




а - фрагмент пенного объёма б – расклинивающее давление в пенной

плёнке (стрелки)

Рис.1.1.

И на основе этого вводится новое понятие - капиллярное разрежение, которое представляет собой разность между внешним давлением и давлением в любой точке данной среды. Оно в разных точках различно.


^ 2. Структура пен.


Структура пен – какова она? Газовые пузырьки, как мы знаем, бывают самых разнообразных форм – от сферической до многогранной, у которой почти плоские грани. Если пузырьки в жидкости не соприкасаются, то они могут свободно перемещаться, и вследствие этого, всплывать на поверхность. Как результат – смесь приобретает новые свойства, когда пузырьки приходят в соприкосновение и образуют плотную упаковку в жидкости. И на основе этого мы можем поделить пены на шаровые (сферические), ячеистые и полиэдрические.

Шаровой пеной мы назовём строго сферические газовые пузырьки, которые плотно упакованы в жидкости. При этом шаровая пена может быть как монодисперсной, так и полидисперсной.

У шаровой пены можно искусственно получить большую кратность, так как между плотноупакованными пузырьками имеются пустые промежутки и если их заполнять пузырьками меньшего размера, то мы получим желаемый результат. При этом на опыте удаётся получить шаровую пену с кратностью не более 20.

Ячеистой пеной мы будем называть видоизменённые пузырьки, которые возникают вследствие повышения кратности шаровой пены.

Причём, они имеют сложную форму, так как пузырьки деформированы.

И полиэдрической пеной мы назовём газовые пузырьки, которые имеют многогранную форму, и у них должны быть заострённые рёбра и углы. Полиэдрическая структура представляет собой композицию из полых полиэдров разных форм и размеров, и плёнок, которые разделяют их. И все полиэдры должны быть выпуклыми.

Рассматривая полиэдрическую структуру, состоящую из жидких пленок, Плато получил 2 правила, которым удовлетворяет жидко-пленочная структура:

1) в одном ребре должны сходиться 3 плёнки, которые образуют углы

по 120;

2) в одном узле должны сходиться 4 ребра, расположенные под

углами в 109 28' 16'' друг к другу.

Эти правила достаточно строго выполняются в реальных жидких пленочных структурах.


^ 3. Свойства пен.


Самое главное в работе с каким-либо веществом – это его свойства, то есть то, что оно может дать. И для того, чтобы понять назначение пен, нужно понять процессы происходящие в самих пенах.

Пены имеют ряд неповторимых физических свойств.

Для определения кратности пены используют измерение электропроводности пены. Зависимость для удельного электросопротивления пен выглядит как:

,

где - удельное электросопротивление дисперсионной среды, а В – это структурный коэффициент электропроводности, который зависит от структуры газожидкостной системы. Эксперименты проводимые Кларком показали, что коэффициент В с ростом кратности растёт.

Пены имеют избыток свободной энергии и поэтому они начинают разрушаться в момент их получения. То есть пены неустойчивы и обладают свойством изменчивости. Это свойство можно разделить на четыре процесса: вытекание жидкости из плёнок в каналы, стекание жидкости по каналам и истечению её из пены, непрерывному укрупнению пенных пузырьков и разрушению пенного объёма.

Когда мы получаем пену, то в плёнках можно увидеть небольшое количество жидкости. Она вытекает под действием сил тяжести и капиллярного всасывания. В 1886 г. Рейнольдс показал, что скорость уточнения плёнки определяется зависимостью:

,

где - вязкость жидкости; F – сила, сжимающая пластинки, а - время.

Если мы будем наблюдать за пеной, то мы заметим, что со временем пузырьки станут крупнее, а число их убудет. Это явление называют внутренним разрушением.

Это явление укрупнения может происходить по двум путями. Первый путь – это когда разрушаются плёнки соседних пузырьков, так называемая коалесценциея пен. Второй путь – это когда газ диффузионно переносится через разделяющие пузырьки плёнки, так называемая коволюция.

Также в пенах может происходить и внешнее разрушение - разрушение пен по объёму. Важную роль при этом играет разрушение отдельных плёнок. Обычно разрушение начинается с поверхности. На рис. 1.2. приведены для примера кривые разрушения пен, полученных из водных растворов различных смесей лаурил-сульфатов натрия с лауриловым спиртом.


Для внутреннего разрушения пен характерна экспоненциальная зависимость. Такой характер разрушения показывают лишь малоустойчивые

быстроразрушающиеся пены. При этом внутреннее разрушение от капиллярного разрежения не зависит, тогда как наружное разрушение очень

Рис. 1.2. чувствительно к величине капиллярного разряжения. Именно это делает существование связи между процессами сомнительным.


^ 4. Получение и применение пен.


Самое главное в пенах – это их получение. Получить пену можно при помощи физических (диспергационных) и химических (конденсационных) методов.

Пену можно получить, если встряхивать пенообразующий раствор в закрытом сосуде, где должно быть достаточное количество воздуха для пенообразования. Но этот способ даёт плохо воспроизводимые результаты. Встряхиванием можно получить пену со средним диаметром пузырьков, кратность которых обычно не превышает 15-20.

Более современный метод – барботаж, когда газ проходит через слой пенообразующей жидкости. При этом газ продувают через сетку или пористый фильтр, погружённый в жидкость и воздух разрывается на отдельные пузырьки, которые и образуют пену. Этот способ распространен в химической технологии. Он позволяет получать достаточно однородные пены, кратность которых довольно низкая.

Разновидностью барботажа является получение пены выдуванием на сетках. Мелкоячеистая сетка покрывается пенообразующим раствором. При этом плёнка жидкости выдувается потоком воздуха в виде пузырьков пены. Этот способ хорошо используется в пожарных пеногенераторах.

Но в последнее время всё большее распространение получают смесительные пеногенераторы. В них пена получается путём тщательного перемешивания пенообразующей жидкости с газом.




а – пневмогидравлческая схема б – гидродинамический

диспергатор “змейка”

Рис. 1.3.

На рис. 1.3.а приведена принципиальная схеме лабораторного смесительного пеногенератора. Пенообразующий раствор выдавливается

сжатым воздухом из герметичной ёмкости 1, регулируется вентилем 2 и через расходомер 3 поступает в гидродинамический смеситель 4. сюда же попадает сжатый воздух, расход которого регулируется вентилем 5 и измеряется расходомером 6. Характерной особенностью является необходимость в пеноформирующем шланге 7 после смесителя. В шланге крайне неоднородная газожидкостная смесь, образовавшаяся в смесителе, превращается в мелкодисперсную пену.

На рис. 1.3.б. показа гидродинамический смеситель, выполненный в виде “змейки”. Воздух в таком смесителе диспергируется в результате ударов газожидкостной смеси о стенки на крутых изгибах “змейки”.

Преимуществом пеногенераторов является возможность регулировать кратность получаемой пены, что немало важно при использовании пен. Особенно важным является то, что простота и надёжность пеногенераторов позволяет легко регулировать параметров получаемой пены и это позволяет применять их в различных технологиях.


Глава II. Представления о синерезисе пен.

^ 1. Исследования пен.


Так как же происходило исследование пен? В начале ХХ века интерес к пенам проявлялся только при изготовлении кремов и пива, моющих средств и т. п. Но различные задачи требовали получения различных пен. Необходима была пена с определённой кратностью, с определённой устойчивостью и т. п.

Для того, чтобы получить пену с большей кратностью Кузин пропускал газ в пенящуюся жидкость через пористый фильтр и измерял скорость вытекания жидкости. Но результаты затем плохо повторялись и удалось лишь установить, что устойчивость полученной пены тем выше, чем мельче поры фильтра, тогда как кратность получаемых пен от этого зависит гораздо меньше.

Ирена Байлей исследовала различное влияние на свойства белковой пены. Полученной во взбивалке пеной заполнялся сосуд известного объёма V. По весу пены W определялась “вспенивающая сила”:

F=()-100

(1,04 г/- плотность яичного белка). Затем сосуд с пеной выдерживался в течение часа и по объёму вытекающей жидкости l определялся “процент стекания”.

L=.

На рис. 2.1. приведены зависимости F и L от времени вспенивания. Кривые 1, и 2, соответствуют разным

Рис. 2.1. смесителям. Аналогично оценивалось влияние кислотности среды, замерзания – оттаивания белка и т. п.

Для изучения поверхностных свойств мыльных растворов Престон и Ричардсон использовали аппарат, предложенный Прайсом. Этот аппарат представлял собой термостатированный колоколообразный сосуд С (рис. 2.2.), оборудованный мешалкой F. К полому штоку мешалки была приварена стеклянная трубочка, концы которой сплющены до плоских щелей. Воздух проходил по полой оси и под действием центробежных сил вытекал через щели горизонтальных лопастей мешалки. В аппарат заливалось 100



Рис. 2.2.

мыльного раствора и интенсивно перемешивалось в течение двух минут. Затем мешалка останавливалась, и через минуту жидкость, вытекшую из пену, переливали в градуированный сосуд. Процент раствора ,оставшегося в пене, характеризовал “пенящую силу” раствора. Из опыта следует вывод, что помимо поверхностного натяжения и поверхностной вязкости на “пенящую силу” мыльных растворов влияют ещё и какие-то другие неизвестные факторы.

Из дальнейших опытов было установлено, что с увеличением выдержки приготовленного раствора его пенообразующие свойства ухудшаются и это ухудшение тем больше, чем в большем сосуде раствор хранился, а также, что после встряхивания раствора его пенообразующие свойства возрастают и др.


^ 2. Кинетика вытекания жидкости из пен.


Одним из важнейших вопросов в изучении пен является вопрос о том, какой зависимости подчиняются процессы, происходящие в пенах? Многие ученые не проявляли интереса к этой теме и ими было предложено, что эта зависимость является экспоненциальной.

Самая первая экспоненциальная зависимость была приведена в виде:

,

где - объём жидкости в пене в момент =0; - объём жидкости, остающейся в пене к моменту .

Грэй и Стоун впервые провели проверку экспоненциальной зависимости на ряде пен, которые были получены при вспенивании разных растворов углекислым газом. И именно из опыта было установлено, что не все пены подчиняются экспоненциальному закону. Этому закону строго подчинялись лишь нестойкие пены, которые быстро разрушались. Кривые вытекания жидкости из пен

Рис. 2.3. представлены на рис. 2.3.

В следствии того, что процесс вытекания не удаётся описать единой формулой, Бикерман разбил кривую вытекания на три участка, описав их различными эмпирическими зависимостями:

начальная стадия – V=,

средняя часть кривой – V= и

заключительная стадия - .

А в конце 30-х годов, с помощью оригинального прибора, Арбузов и Гребенщиков провели основательные исследования процесса вытекания жидкости из пен и впервые попытались дать физическую интерпретацию основных его особенностей. Прибор представлял собой цилиндр, переходящий внизу в конус и заканчивающийся градуированной трубкой. Водоструйным насосом в сосуде создавалось некоторое разряжение. Пенообразующий раствор из градуированной бюретки равномерно по каплям поступал на фильтр воронки и, превращаясь в пену, заполнял сосуд. После заполнения сосуда пеной открывался воздушный кран и синерезис пены протекал при атмосферном давлении. Во время работы весь прибор находился в термостате. Жидкость, вытекающая из пены, поступала в градуированную трубку и объём её регистрировался по времени.

На рис. 2.4. представлены экспериментальные кривые, полученные в опыте. По оси ординат отложена “степень синерезиса пены” (в процентах) в зависимости от

Рис. 2.4. времени . Все кривые имеют характерную форму: в начале скорость синерезиса возрастает,

затем на кривой вытекания появляется точка перегиба, в которой скорость вытекания максимальна, после чего скорость вытекания монотонно падает.

Далее кривые вытекания

жидкости из пен были получены

многими исследователями, которые

отметили новые детали. На рис. 2.5.

приведены кривые вытекания

жидкости из пен, полученных из водных растворов сульфатов натрия.

Не трудно заметить, что кривые не стремятся в начало координат, т. е. Рис. 2.5. вытекание начинается с некоторым запаздыванием. Исследуя пены из растворов сульфатного мыла, Элконин обратил внимание на то, что при снижении температуры пенообразующего раствора вытекание жидкости из пен начинается лишь через 3-4 минуты после получения.

Из экспериментов следует, что с ростом кратности кривые вытекания сдвигаются на графике влево. На рис. 2.6. Если при кратности 20 и 30 мы видим

Рис. 2.6. картину, представленную на рис. 2.6. , то при кратности 100 кривая описывается экспоненциальной зависимостью.


3. Модели.


Из всего выше сказанного можно подчеркнуть только то, что до сих пор пока нет достаточно строгой и завершенной теории синерезиса пен. И для того, чтобы провести анализ процесса вытекания жидкости из пен необходимо было реальную структуру пен заменить простой моделью. Исторически первой моделью, которая служила для анализа синерезиса пен, была плёночная модель, в которой пена представлялась в виде системы тонких вертикальных плёнок.

Плёночная модель.

В 1892 г. Гиббсом была получена следующая зависимость для скорости вытекания жидкости из плоскопараллельного канала:

,

где - плотность жидкости, а - её динамическая вязкость.

Из этого следует, что скорость течения жидкости зависит от свойств жидкости и поперечного размера щели. При этом, она никак не зависит от времени.

Позже экспериментально была установлена зависимость объёма жидкости, вытекающей из пены за время :

,

где - объём жидкости в пене в момент , а .

Так как величина непрерывно росла, то уравнение плохо описывало синерезис пен. Автором исследования было предложено списать этот недочёт на то, что из-за разрушения пены сверху уменьшалась высота плёнки.

Капиллярные модели.

Данная модель представляет собой пену в виде системы вертикальных капилляров. Для таких вертикальных капилляров, равномерно сужающихся по мере истечения из них жидкости, Кругляковым и Таубе в 1965 г. была получена следующая зависимость:

,

где - начальная объёмная скорость вытекания жидкости из пены, а постоянная определяется объёмом жидкости , содержащейся в пене в момент получения ().

В ходе следующих экспериментов было установлено, что с плёночными моделями мы приходим к той же зависимости, что получалась и при анализе капиллярной модели.

В итоге получается, что первая зависимость является основной для описания синерезиса пен. Эта зависимость очень проста и практична в применении.


Глава III. Синерезис пен.

^ 1. Стадии синерезиса пен.


В 1978 г. было предложено исследовать процесс вытекания жидкости из подвешенного пенного столба: наполненный пеной цилиндр переворачивали вверх дном, устанавливали вертикально, и объём жидкости, стекающей с нижней поверхности, регистрировали по времени. Благодаря этому опыту, удалось четко установить момент начала вытекания по времени падения первой капли. На рис. 3.1. приведена типичная кривая вытекания жидкости из пен, которая была получена по методу подвешенного

Рис. 3.1. пенного столба. Ось ординат – отношение объёма жидкости , которая вытекла к моменту , к объёму жидкости , содержащейся в пене в момент получения.

Итак, мы выяснили, что под синерезисом пен понимается процесс вытекания жидкости из пен. Но логичнее будет немного расширить это понятие, включив в него и процессы перераспределения жидкости в пене, от того времени как она образовалась до начала вытекания жидкости. Тогда, исходя из уточнённого определения, процесс синерезиса можно разделить на четыре стадии, которые соответствуют четырём участкам кривой вытекания. Эти стадии синерезиса пен были названы: периодом накопления (), периодом ускорения (), периодом вытекания () и периодом разрушения ().

Первая стадия – период накопления. Начинается в момент получения и длиться до начала вытекания из неё жидкости. В 1975 г. Кори был проведён опыт, который показал зависимость времени начала вытекания от кратности. Из опыта следовало, что с ростом кратности время накопления также растёт. Это наглядно представлено на рис. 3. 2.

И на основе полученных выводом, было принято разделить пены на две группы: на полностью вспененные жидкости и частично вспененные, в которых вытекание начинается немедленно после получения

Рис. 3.2. пены.

Кроме этого, автором учебного пособия также был проведён опыт, с целью исследования этой зависимости. И самой интересной оказалась зависимость времени накопления от высоты пенного столба. Она представлена на рис. 3.3.

Можно заметить, что если высота большая, то время очень Рис. 3.3 слабо зависит от неё, но когда она становиться меньше некоторой величины (так называемой критической), то время накопления начинает расти быстро. Именно в этой точке и происходит сам механизм вытекания жидкости из пены.

Опытными путями было установлено, что время накопления растёт если растёт вязкость пенообразующего раствора и при дисперсности пены, если кратность не меняется. Также это время различно для различных пенообразующих растворов и оно больше у устойчивых пен.

Вторая стадия – период ускорения. На рис. 3.1. период - период, при котором после момента вытекания жидкости из пены, это вытекание идёт с возрастающей скоростью.

Это явление было обнаружено Арбузовым и Гребенщиковым. И на основании их опытов было установлено, что если больше, то период ускорения короче и он отсутствует, когда вытекание начинается в момент получения пены.

Наличие на кривой участка ускорения объясняют тем, что в пенах происходит внутреннее разрушение – жидкость, которая освобождается в процессе уменьшения межфазной поверхности, не успевает стекать и пенные каналы уширяются.

Третий период – период вытекания. Когда в конце второго периода скорость синерезиса доходит до максимального значения и в течение некоторого промежутка времени остается одинаковой, то этот период называют – периодом вытекания. Значение этой скорости примерно равно тангенсу угла наклона кривой вытекания на стадии вытекания:



Было установлено, что на влияет лишь дисперсность, так как с уменьшение размеров пузырьков уменьшается максимальная скорость. Так же было установлено, что зависит от параметров состава пены.

На рис. 3.4. приведены кривые измерения скорости синерезиса для пен с разной дисперсностью, которые были получены в ходе исследования К.Б. Канна.

На графике четко видны точки перегиба, которые являются уравновешивающими между

Рис. 3.4. процессом ускоряющим синерезис и снижающим его скорость.

Последний период – период разрушения. Это последний отрезок на графике, когда после максимума скорость синерезиса убывает до полного разрушения пены. Опытным путём было установлено, что эта стадия неплохо описывается зависимостью:

,

где - процент жидкости, вытекшей из пены к моменту . Вытекание жидкости из плёнок прекращается, когда сила тяжести уже не может обеспечить сдвиговое усилие. В конце этого периода начинается также разрушение пен по объёму, которое может привести к лавинообразному разрушению всего объёма пены.


^ 2. Влияние разных факторов на синерезис.


Для определения различных свойств пены производились различные опыты. Прежде всего была поставлена серия экспериментов для нахождения зависимости синерезиса от геометрии пенного объёма.



Рис.3.5.

На рис. 3.5. показаны результаты измерений вытекания жидкости из подвешенного пенного столба разной высоты. Кратность пены во всех случаях равнялась 70. Из рисунка видно, что при высоте пенного столба h=180 мм и больше экспериментальные точки ложатся на одну кривую. Когда же эта величина становиться меньше этого значения, то кривая вытекания сдвигается вправо и сдвиг этот тем сильнее, чем меньше высота пенного столба, связано это с ростом времени накопления. И пока на кривой есть участок вытекания, его наклон постоянен и получается, что максимальная относительная скорость не зависит от высоты пенного столба.

На рис. 3.6 приведены кривые вытекания, полученные на пенных столбах разного диаметра, но постоянной высоты (в работе берётся высота равная 170 мм). Из рисунка видно, что кривые вытекания немного сдвинуты влево, хотя наклон их и сохраняется.

А на рис. 3.7. представлены результаты опыта, проводимые для определения зависимости синерезиса пен от дисперсности. Мы видим, что если диаметр пузырьков уменьшается, то скорость вытекания убывает.



Рис. 3.6. Рис. 3.7.

Из сказанного выше следует, что на максимальную скорость синерезиса влияет только рост диаметра пузырьков – чем они больше, тем скорость больше.

Также на синерезис влияет природа и свойства исходных компонентов. Автор пособия в данном вопросе ссылается на монографию Бикермана и внося поправки в его исследованиях:

1) в его работах не учитывалось то, что с изменением свойств исходного

раствора меняется дисперсность пен и не указана зависимость скорости

вытекания жидкости от рН среды;

2) при анализе результатов должно учитываться внутреннее разрушение, так

как скорость вытекания связана с растворимостью и скоростью диффузии

газа в жидкости;

3)

А как же влияет на синерезис параметры состава пены? Исследуя работы многих ученых, трудно прийти к определённому результату. Дело в том, что многие оценки различных учёных несопоставимы, а в некоторых случаях даже противоречат друг другу из-за того, что до сих пор нет полной картины о структуре пены. Единственное, в чём сходятся все учёные – что с ростом вязкости пенообразующего раствора вытекание замедляется.


^ 3. Фильтрация жидкости через пену.


Что представляет собой пена? Если взглянуть на неё, то она напоминает пористую среду. И естественно встаёт вопрос о том, как проходит жидкость через пену.

Так как пена представляет собой пористую среду, которая отличается от всех других сред, то она имеет и некоторые особенности:

1) любое изменение давления в жидкости приводит к изменению формы и

объёма пор, так как границ у пен, фактически, нет в следствии их лёгкой

деформации;

2) даже если давление не изменяется, то структура пространства пены

постоянно меняется из-за внутреннего разрушения;

3) степень подвижности стенок пор пены является функцией скорости

течения.

Изучением протекания жидкости через пену занимался Майлс. Опытным путём он получил зависимость скорости течения жидкости через пену от объёма жидкости в пене, которая показывает, что объёмная скорость течения жидкости через пену (/) связана с объёмом жидкости в



Рис. 3.8. Рис. 3.9.

пене ( зависимостью:

=,

где параметры и оставались практически постоянными во всех экспериментах.

На рис. 3.8. представлена зависимость установившегося расхода жидкости, протекающей через пену, от объёма жидкости в пене.

В 60-е годы Леонардом и Лемличем была разработана теория для процесса течения жидкости через пену и был проведён эксперимент. О степени согласованности опыта и теории можно судить по рис. 3.9., на котором экспериментальные точки представлены в координатах “теоретическая скорость дренажа – экспериментальная скорость дренажа”.


Заключение.


В своей работе я рассматривала что представляют собой пены, в особенности такой процесс, как синерезис. Но даже несмотря на значительные успехи в изучении этого процесса, да и других процессов, происходящих в пенах, многое остаётся неясным.

Области использования пен значительно увеличиваются. И как было сказано, мы уже не представляем жизнь без пен. Пены окружают нас постоянно и мы пользуемся пенными структурами ежедневно. Но даже несмотря на это, полна картина о строение и свойствах пен ещё не получена. И вследствие этого, мы можем надеяться, что дальнейшие исследования помогут сделать новые открытия в различных отраслях науки и создать новые структуры.

Самым простым и распространённым способом защиты Мирового океана от загрязнения нефтью являются пены; для тушения пожара используют огнетушители, содержимым которых являются пены; для борьбы с насекомыми и различными вредителями используют пену; пеня также является важным компонентом зубной пасты; из пены производят лёгкие бетоны для стен домов и т. д. Этот список можно долго продолжать…

Можно выдвинуть множество идей по поводу дальнейшего использования пен. Например, почему бы, не делать одежду из пен, придумать способ утепления раннее построенных зданий с недостаточной изоляцией, изменить направление тёплых течений, обеспечить человечество в достаточном количестве пресной водой, использовать пену в качестве обёрточного средства и т. д.

В последние годы пены привлекают внимание именно своими свойствами, поэтому требуются исследования процессов перераспределения жидкости в движущихся пенах. Но, на мой взгляд, наиболее интереснейший процесс, протекающий в пенах – это синерезис. И именно ему должно уделяться должное внимание.

Список литературы.



1) К.Б.Канн «капиллярная гидродинамика пен», Новосибирск: наука, 1989 г.

2) «Коллоидный журнал» Некоторые закономерности синерезиса пен. №5,

1978 г.

3) «Коллоидный журнал» Некоторые закономерности синерезиса пен.

Разрушение.№6, 1978 г.






Скачать 233.82 Kb.
Дата конвертации15.05.2013
Размер233.82 Kb.
ТипКурсовая
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rud.exdat.com


База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2012
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Документы