Основные процессы и аппараты технологии промышленных взрывчатых веществ - Генералов М.Б.
ISBN 5-94628-130-5
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 6.8. Схема двухвального смесителя
6.3. Диспергирование жидких сред [1,2,4,10]
Влияние основных технологических факторов на процесс эмульгирования. Эмульсии могут получаться почти в любых концентрациях дисперсной фазы: от сколь угодно малых, в которых капельки вполне свободно сендиментируют или диффундируют в зависимости от их размеров, и до весьма высоких объемных концентраций, когда дисперсион-
? 201 ная среда остается в виде тончайших пленок между капельками. Высоко концентрированные эмульсии могут быть получены и сохранены на определенное время только в присутствии поверхностно-активных веществ (эмульгаторов), назначение которых состоит в уменьшении межфазного поверхностного натяжения. Молекулы эмульгатора, ад-сорбируясь на поверхности капелек эмульсии, образуют мономолекулярную пленку, препятствующую их коалесценсии.
На вид образуемой эмульсии большое значение оказывает способ введения эмульгатора в смесь жидкостей. Обычно для образования эмульсии В/М («вода в масле») эмульгатор предварительно растворяют в масляной фазе, куда затем добавляют воду.
Обратный процессу диспергирования (дробления) является процесс коалесценции (слияния) образовавшихся капель. Образование эмульсий за счет внутрифазового диспергирования — это «быстрый» процесс, протекающий в течение їси менее. Коалесценция — процесс сравнительно медленный: он длится минуты, часы и даже месяцы. Естественно, что для осуществления быстрых процессов требуются методы и аппаратура, работающие в динамических условиях.
Установлено (Гопал, 1959 г.)[10], что продолжение перемешивания сверх оптимального времени мало улучшает качество эмульсии. При нормальных условиях эмульгирования средние размеры капель уменьшаются очень быстро в течение первых нескольких секунд, и постепенно достигают предельного значения за 1—5 мин. Стабильность и вязкость эмульсий изменяются аналогичным образом. Таким образом, если время перемешивания больше оптимального, то затраты мощности оказываются невыгодными. Это связано с тем, что при образовании эмульсии происходят два процесса — диспергирование и коалесценция. В течение первых нескольких секунд перемешивания преобладает первый процесс — диспергирование, а коалесценция распространяется лишь на малое число капель. Чем больше в процессе перемешивания образуется отдельных капель, тем более частыми будут и соударения между ними. После нескольких минут перемешивания коалесценция будет происходить столь же часто, как и диспергирование, т. е. оба процесса станут равновесными. Именно условиями равновесия определяются величина концентрации эмульгатора, размер капель и другие характеристики эмульсии. Следует также учитывать то обстоятельство, что с уменьшением размера капель их жесткость возрастает, и диспергируются они хуже. При определенной интенсивности перемешивания капли дробятся только до какого-то предела.
Для осуществления процесса диспергирования одной жидкости в другой с целью образования эмульсии используют следущие способы: перемешивание, гомогенизацию, коллоидное дробление, гидроакустическое и электрогидравлическое воздействия.
¦ Д !.
202 Теория механического диспергирования. Рассмотренный в предыдущем разделе анализ основных факторов процесса эмульгирования, дает представление об обстоятельствах, при которых эмульсия может быть прямой или обратной, стабильной или нестабильной. Остается вопрос, почему и как большой объем жидкости распадается на отдельные капли? Ответ можно получить, если процесс эмульгирования рассмотреть с позиции гидродинамической нестабильности.
При свободном течении смесь двух жидкостей стремится остаться в виде двух отдельных термодинамически устойчивых фаз. Только при сообщении системе энергии течение становится нестабильным, образуются взвеси одной жидкости в другой. Основной принцип, положенный в основу изучения устойчивости, очень прост. На первоначально заданное течение накладывается небольшое возмущение и определяется, будет ли со временем амплитуда возмущения уменьшаться или увеличиваться. Если возмущение затихает, система возвращается к первоначальному состоянию — устойчивому течению. Если же, напротив, амплитуда возмущения возрастает, то это соответствует неустойчивому течению, когда первоначальный поток разбивается на несколько отдельных потоков.
Некоторые виды гидродинамической нестабильности изучены и приведены в [11,12]. Многие из них встречаются в различных процессах химической технологии, другие — только при эмульгировании. Рассмотренный ранее (см. подразд. 6.1) переход от ламинарного течения к турбулентному является одним из важных видов нестабильности, приводящий к диспергированию жидкостей. Первоначальный разрыв поверхности двух несмешивающихся жидкостей происходит, главным образом, при больших скоростях вращения мешалки, когда наблюдается турбулентный режим перемешивания. В дальнейшем происходит проникновение слоев одной жидкости в другую, из тонких разрозненных слоев жидкости образуются капли. На последней стадии эмульгирования происходит распад больших капель жидкости на капельки меньшего размера. Это явление связано с деформированием капель под действием динамических сил (перепадов давлений Ар), возникающих вследствие градиента скоростей в турбулентном вихре на расстоянии, равном диаметру капли.
