Физико-химические основы пенного концентрирования, очистки растворов и сточных вод от поверхностно-активных веществ тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.11 ВАК РФ

, ГОТОВОЕ ОРДЕНА ШИНА,

ордена отв.ъскои ршаш

И ОРsm тяглового КРАСНОГО зншни ¡ЧСУДАРСТВШШЙ УНИВЕРСИТЕТ вы. М.& ЛОМОНОСОВА

Химичаоклй оакультвт

>

iia прагвх рукописи m 5*1.183

XA СКОВА Татьяна Накодампа

шзико-шпвсше оснош шш> конпвяирсшшя, с чистки растворов и сточав вод от шиияостно-активньос ввшвхв

Сзвамлькость 02.0Q.II - кодлоядмя шля

Автореферат

accepitnu а оокхпа* ywioft степей гандыам montons паук

Москва - 1992

Реоога Еяюлненг. на кафедре ¿окзинского инкэнзра.

стровтольного института.

Научный проводите ль - доктор химических кзу:..

□рофзсозг КруГЛШСО£ П.К.

Официальные оппонент: профессор, д.х.н. Ьояков Ъ.А., от.к.сотр., к.х.н. Ямзольская Г.

Ъсхупая организация Московский химико-технологическиГ.

институт иы.Д.К.Мекдел=еЕ£

/ Защита состоится 1952 г.

I ^¿Г ^час. £ ауд. Зз у на заседании специалгБкроьанног'с совета * 'г пс химическим наукам /£-053.05.56/ при Мсскэесш.' государстезнном университете вы. М.Е.Ломоносова /Моекеь, 119899 ГОЛ, ЛаниЕСкге горы, Ы1У, Химический факультет/.

С диссертацией можно ознакомиться £ библиотеке Химическ факультета ЮТ".

Автореферат разослан 1992 :.

Ученый секретарь специализированного ученого ,

советь ; ■

кандидат химических наук " Ь.Н.Ыатгее!

У Г , > ■ А>1 аЙБ^^ии (¿КМ

0Щ4Я ХАРАКТИМСТИКА РШЛУ

Актуальноет» теми. Метод пенно! сепарации моает использоваться для Я8мот9вм растворенного вещества я аграат вагауя роль в раэрэботяе способов очистка сточных в промышленных вод от

ЯОВерХНОС'ПО-вЕТИВЯЫХ

веществ» Ухо накоплен большой экспериментальный материал, однако теория метода адсорбционного концентрирования ПАВ аз разбавленных растворов развита еще н?достаточно. В большнетвэ работ отсутствует коллоидно-химический подход я объяснении закономерностей процесса пенной сепарация, не рассматривается взаимосвязь характеристик пенлой сепарации (коэф-|заивят кенцентрарозання, величина объемного фактора уноса алз обзодввнностп пенн, степень извлечения я т.д.) с коллоидзо-химическая свойствами растворов ПАЗ и дезы.

В связи с этим изучение фазикз-камическах особенностей язе— лзчзнна ■ концентрирования ДАВ аэ разбавленных растворов являет-:з ввсыеэ актуально* «адачей.

Целью работы являлось изучение закономерностей процессов здеорбшаопногэ -хнтшгрированкя зз растворст? рззгачлн- чыаъ .713. Для да с тиле -,7Л поставленной цели яа об го даме было реолть слодуа-лаэ задачи:

- вссдэг.овать закономерности уноса гадкой фазы с пеной в за-эзснмости от Зизгет-химичасхих свойств растворов ПАВ, структурах параметров панн и расхода газа;

- исследовать основные физико-химические характеристики пеп-зой :5парадии а их взаивосвязь как в условиях гравитационного

глерозпеа, тая и в условиях ускоренного синарезиса под дзйства-перепада давлений, создаваемого с помоаыо порветых перогоро-.ок;

- определить пороговые концентрационные границы метода п«?-яой сепарагпз;

- изучить плаяние разрушения пены на основные характерастя- ' га адсорбционного концентрирования.

Научная новизна работы заключается в новом подхода ж изучэ-нии физико-химических аспектов пропэсеоя адсорбционного концентрирования. Установлена количественная зависимость основных разике-химических параметров пенной еззараяии ст свойств рестворог ДАВ и структурных параметров пены. Предложен параметр, характеризуют* эффективность пенной сепарации, вырааашяйся количеством извлаченнога веоесТЕа на единицу объема расходуемого газа.

Для пен. в которых образуются обычные я Еьзтонсвскэе черные планет, доказало, что нздшяя концентрационная граавпз снлелаши5 ПАВ в процесса пенной сепарашыа оп^редедзется хсшептгагшеЕ образования черных плтеп. Зге дан жолачэстгйяныа хся™арг.г., ограничивающий верхняя конценграцноннув границу адсорбгасняого конная*— рарованяя ШВ. Верхняя граняпа опрадалается Еелпчядой адсорбпа: ПАВ, кратностью а дисперсностью паны в на срязанэ с НЮ».

Установлена ЕзапмосЕязь хэрактетастяг пвннсй се'арапзи друг с другом. Доказано, что пропэсс ра.т.таш*;; гены уменьшает коза-фацаент концентрароваязя спя достаточно бо.тылзг начальна! концентрациях ПАВ в растворе ярп пепн:4 свгарагзи а увеличивает этот же параметр при начальной ??нпэнтр£шя ПАВ в ресгворч Ояз: -ясй к минимально® концентрация образования устоЯчнвой пзнн.

Практическая зпачЕиость работа. Иссдздоюняв пропассов данной сепарации имеет важное прззтз-есксэ значгнип. Установленные Е работа закономерности адсорбцисаного г-энного к-нцентрированвя бала аспользогапн прз ковдэнтрарованаи ныла ез чегаого шалого сульфатного производства пеллвлозн з бэлсое и? "точны: еод производстве гепарина.

Апробация -работы. Результаты доследований были до/ жеаь на конференции по коллоидной хннин природных хзсперснк; састеи СКанее 1987 г.), на сешнаре-созеааниь: яолгзидво-йиэячасяир аспекты промышленных сточяыг год (У& 1988 г.), на УТ Всасо^те* конференции "Получение а применение пен" (Пебекино 15ИЭ г,,, из Всесоюзном семинаре по коллоидной химии в фазико-пшичаокок ие-хандкз гзспврсных систем (Москва, ВЗИПП, 1989 г.), на Ш7. ИГ а 1371 научно-техначасхах колсЬеренциах пройяссорско-праподара-тэльсхого состава, научных работников, аспирантов, студентов (Язнза ИСИ, 1988, 1989 я 1991 гг.), материалы дассэртапиа использованы в монографии лруглякоза П.М., Ексзровой Д.Р. "Ззнь 2 пенные пленка". !А.:Хгша, 1990, 426 с,

Публикации. По тема диссертация опубликовано 8 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссерталаонная работа состоит аз Еведэния, пяти глав, выводов, списка литературы, нключашегг 165 наименований работ отечественных и зарубежных авторов 2 приложения. Диссертационная работа изложена на 156 страницах, с одараят 4 таблицы ■ 31 рисунок.

ОСНОШОЕ СЩЩЕШИЕ РАБОТЫ

©взико-*зкзческав харяЕТэрзсгккя пенного разделения и устойчивость пен

В литературном обзоре приведены дашше но исследованы) ос-поекзг гарзктеристнп пегогс2 сопарагтаи. Проблемы пепвого г-нделе-пзя ПАВ аз растворов вазкваат интерес многих исследователей, поскольку втвы ыетодоа, аспользуя яра£пе "дэиеЕЫй" адсорбент диспергироЕапнцй воздух, ыогно очгаать достаточно разбавленные раствори. Отмечается, что большинство работ, посЕсаепнаг. и-ето-дпм поверхностного разделения, косят опвсзтельвнЯ харагтер. По-сеоеьеу во ызогях рзбогах уяазшается па качественную доавмо-свяаь гффзктпвности процесса едсорбцзонного концентрированна я устойчивости овин, в сатерзтуриоы обзоре кратко аналязвруттся современные представления об устойчивости вен.

¿атодн исследования в характерастага веаеств

Характеристики пенной сепарации изучалась с аспользованяем различных еддов ПАВ. Для исследований использовалась гшлагадтал^ же г-eraser га: додецилсульфзт иатрпя С<2Нг5" О - SO.vjVq додесвязензолсульфонат натрия ; SC-uVú. (С'?-ЙЗЛ'~ ¡

с.леат ватрая С<: H,r - COO <sv'Q (J/aüLJ . додецил-

йетнгадрохлорид - ^V • HCt . Ti-lio п. X-IOQ

z озлоя, лязоцш. Для поимення поверхностной вязкостн еспсльзо-?злс* додецилегнй спирт , все ресгТЕЕН (кроме

"'•i'.'^n 2-100) КЕзл2$32адЕ2 "'истай". В больпансгве случае? ;ра исследовании пен в раствор пенообразователя вводился злект-ролат , квалиикаггаи "чда", прокалившийся для удалены

гз кгго органических прзмесеЗ прп 500 °С.

2рз исследовании упоса етдасств с пеной быка использоевнн гвизчбскае порерхносгао-актигг^э Еэзестеа: сульфовод (смесь .злкялоенволсульфоЕзгог C.t ^г*-» ~ S О»

.-is n- « 12-16, содвраанив ооногаого вэвества 80 %, Лй^ЧОу i vVUt Si'- - 15 аасульфяробавнах соадинеиаЗ -12, влаги .. %, 2олгопа.т iciiacb алкансульфонатов С^И^^СмН^^'СН"^^'^ ,'дв Г.- гл- = XI—X?, основного вещества 40 2, «'Ve? С С- б г. ¿va. I S, ¿vQÍsH-ql %, еэда до 100 неиивоганнке ÜAi jü-7 а иЛ-Ю (коноалкиловые з^яры. полизтиленгликоля '-г " Q '(-0-CfirC^t L-^где /г - 6-10, a m. = 6-9 :03-7 г и пг = 10-12 СОД-Ю).

Ера исследованиях пропзссос пенной сепарации необходимо било изучить свойства рестгорог ПАВ (поверхностное натяжение, еяэ-

хость), структурные параметры пены (кратность, дисперсность в » -

Т.А» / •

Поверхностное натягвЕнэ определялось методой езЕеквгагщя плаггЕсгоа рзмкп с пеннс! вленкой в без нее в методом максимального давленая пуэнрька на приборе Ребиндерь. Вязкость растЕороЕ Ш>-измерялась Енскозиметром ВПЬ-4. Определение рН и р^Сс в рЕСТЕорах ДАВ производилось на иономере ЭВ-74. Концентрация (хэрз&ОЕазая тарзг-и пятен I ыикроскопвческнх пленках Есоледоьа-лась е ячейке сг;шйоеьпо£ конструкции. Основнкмг узлами ячейкг является порпстаа ;:ягстЕнка с отрерстием диаметром 1,6 мы, в котором фораруетса слеш«. Подача раствора ПАВ, из которого £ор-мйРУйгси пдййяа осуществлялась мккрошпрацеа с винтом гонкой рв-

йзмар-жо гфЕ^ностя, оораьувде£ся панн, пронзЕодалось по влег.?роараводвости с помощью кондуктометра ¿г" 5721 (Польша).

Даглекге £ каЕа.чах Длато-ГЪЗбса измерялось закрытии в кои-пе&гешоппш! микроманометрами. Дисперсность пены определялась по ычтоду Езыеренвя локальной кратности и давления в каналах 11.13 то-Гтгса ла, 2л оснсей модели вяеиангараой ячейки паки е виде пентагокального додекаэдра предложен метод расчета среднего раз-кара пуэарьгог вояндасперсной пени с использованием различных ф^игцай рзасределзнЕЯ. Предлоге па методика расчета среднего дв-не&яо-ойьемнох-о («,,.) в объемно-поверхностного ) значений парагип'рь и. - ддгшг ребра полиэдра, так, например

¿3,. - (О.ЧбУ'ТГ.^ - { 1 '

где П. - кратность пени, 6 - поЕерхностное натяженае раст-ьора ПАВ, Дг£- избыточное давлениа^Е каналах Пдато-Гиббса, измеренное микроманометром, : — , величивн с?» ,

2 и г находят ве основе функции распределения пузнрькор по размерам. Для функции распределения Де Лриза (0)- -——т/) •т'--1,16, а для га »аса-распределения С ) /

= 1,14 к -"„с 1,15 е зависимости"от значений о1 .

Закономерности адсорбционного концентрирования в пенах при гравитационном оинерезисе

Установлена количественная ваЕИсвуость фнзихо-хшшчеоких характеристик адсорбционного концентрирования от структурных

параметров пени. Одно! из важных. характеристик адсоровзонногс концентрирования является унос жидкой фазы с лено$, который характеризует объемным фактором ( ) или коэффициентом обводненности С £ )• Оба эти параметра ыо*но выразить через кратность пены

С - Пв А - п'

~ л-ги и Г ' " ^ 2

гдэ УЬ — кратность пены на выходе нз сепарационной колонпг,

- кратность пены в предположении, что еся «идкость перегон: £ пену.

На основе материального баланса вещества е пене установлена аналитическая зависимость характеристик, определяют! унос кгдикости с пеной от структурных параметров пены и условий проведения процесса (степень диспергирования газа, кратность, изменение концентрации при сепарация)

0 ДС Л _ лС ■

К'' " Р~ ЛС + Г& к

где ДС - С,.,,— С,..,!. —разность концентраций е исходзэу и остаточном после сепарации растворах. £ я п. - удельная поверхность я кратность пены (средние величины за время проведения процесса).

Установлена количественная взаимосвязь массовой степени извлечения ( ) с коэффициентом концентрированзя ( Р-' ) 2 коэффициентом обводнанностн пены ( уЗ ):

. (4)

Дан анализ изменения этой величины в процессе пекной сепарации.

Дм оценки эффективности ваделения ПАВ из растгорог Еэгдев параметр, характеризухший количество извлекаемого с пеной sesseí-ва на едннвау объема, расходуемого газа

ч .. <5>

где trc- количество извлекаемого с пеной вецзства, - ооъг-ы газа, расходуемый в процессе разделения я зависящий от степени диспергирования газа i адсорбции. Установлена зависимость ноэф-фицнента Y от структурных параметров пены

1= Гё се)

0 п.-1 л.

где ч г- хонгонтрашя ПАВ £ объемных частях пены (каналах в пленках).

Показано, что коэффициент эффективности ЕЗЕлечбния (/''

* /

связен с ковффипнентом концентрирования соотношением

- г Г-, ,

V - 1>> ! г, \

' - ; \ П * < /

к ' ~

Дав аналз8 изменения эткх величин в нроцессе сепарации.

Не основе уравнений (~) экспериментально исследована загасв-кость уноса хкдкой фазы с-пеной от удельного расхода газа,свойств раствора ДАВ (поверхностное натягение, кинематическая е поверхностная, вязкость ) я свойств пена (дисперсно-ть, гнсота столов пенк).

Экспериментально установлено, что при очень малых удельнкх расходах геза \л/г < 0,8-1 см/ыгн), когда вся избыточная тад-гость успевает вытекать е? пены в процессе агнерезвса,на еыходе йе сепарзшаоЕно£ еолонея получается пена с краткостью бдизко£ созтсетстЕухае!; гидростатически равновесному распределению жид-костг по Енсоте (рве. I).

и г. \ и, г.

■ t. ' « '

:

Pec. I. Изменение Kpaî-EociE от удельного расхода rasa: npz копцен«-

pstœsx сульоонолз

с = G,05 % (I); С = 0,1 % (2) С- 0,5 % <2).

2f

С*'./

Eps удельных расходах газа - s 20-24 сы/мин реализуется предельный вариант: ь сепарацвонной. установке получаете?, пека с кратности* 10-12 , что лкшь незначительно вше, чек краткость плотно упакованной сар0Е0й сены ( И — 4). Дальнейшего :o;2teffi.c. кратности i условиях эксперимента не происходило е еследствие очень осль^оЬ скорости синерезиса Е низкократных пе-пзх е hüeosmozkocte увеличения расхода газа иа-за "срыва" всае-ныааыо!: еидкосте-с пористо»: перегородка.

Hpi: :;:едн21 скоростях расхода газа внутри интервала 0,Е--I сы/büib см/ыиг: кратность пешг определяется как ско-

рость»' ьоьлечекня хедкостя г пену, так в сгсрмстьЕ. сиит-Для ьналв»з уноса хидкос-.-г с пеной £ бто2 области с к." с и:: ■■ вано иягестное ураЕнмае синерезвса аен £ грагнтасвоня?)/ г

^ -- -

где - объем гшдкости гытеглеС из пены к моменту £• .¡г - ■

отнесенный к едпшще плозэдн поперечного еечвюгя етолса г^п-., Ц - ясгоднн£ оэъем гадкоси г сенд, отнесенный к едлягд-.. I .• айда'поперечного сечения столба гены, и*, - качалькьл сксри-.::. синереэЕса, - вреыл.

Установлено, что унос гшдкоЙ фазы с пеной уменкаетсь . уменьшением объемной 2 пс1ерхкостЕсй гязкостей рас:вср& п&н'-" реэогатедк, с увеличением поверхностного натяжения реет±',р2 1Д с угзг^ченгем размера гузирьг.ов г с увеличением еысоть столба пены, т.е. всех тех факторог, которые угелачигавт скорость резиса.

П

/

/

у /

/

I

6С г

2 6 ю ри

Рис. Изменение кратноотг. 5 гаЕксимэстг _г у рестЕора л - = сс—с: = си/так'.

I - С,05 £-¡¿2 раотЕор лвурдламингндрсхдоргду -- ОД кзаь.'да* »'у С , С - 0,05 раг?»:р I.- 0,1 моль/дм® / 'с а ■

пэЕерхностно-аг.ТЕГньх. веаестг,струу.г^-ра ? торых вагисят с? р: растЕора, наОлсдаетоя завгсимхтг }:•: чс. жидкой Звзы с йеной пра игмаяении рЯ растгорс. Кб к '5 -о зс-кьз кс; не примере лауралакинтвдрохлорида » о увеличенном рН ^рстк: от 2,5 дс 12 (прк С1|Г = _,С5 % с добавке? С,1 ыо.-.ь.'ду"-'. •< -уменьиаетсв растворпм.-ст: ПАЗ, угегачиваетсч ::• ispxE.--.T4.-. ^

í

хвкае и кег. следствие уведичиЕьется размер пуэкрькоЕ пек»- г. умекьаается врэмя хязне пень. С увеличением размера Пузырьков увеличивается ско^сть синерезвсе (при r^--const ) и yuei'ma-етса yb.cz жидкости с пзноЬ (рис. 2 ).

П0Д001Ш5 результаты получены для растворов 0G-7, £ которые Еэнанвнве pii также вызшает изменение аоЕерхностного натяжепкя,;: ьак следстгее изнененве скорости синерззиса к уноса, хотя указавшая заннсииость для раствора ОП-7 выражена Ослес слабо, чеь глЕ лауриламиКй.

Коаффиагент кокдентрЕрования рассчитывался по формулам

где С> - концентрация вещества е иене, включая адсорошонкые слое, C'i.f -ксшэЕтрагшя Еещестге г ыдкой фазе пены (каналаг е г ленка г), исключая адсорбционные слог; ¡Я-- размер роорг пектагонзлчлго додекаэдра;' Г - относительная адсорбция. VJ2 .

Покьзано, что коэффициент концентрирования возрастаем ; уыекьгекЕеы размера пузырькоЕ только Е случае п. - cor.cz, Ьолг при изменении дисперсности пены одновременно изменяется i, крь'лпеп. что наолЕдается е условиях гравитационного синерезг-CL, то с уисниэЕиеы размера пузырьков коэффициент концэнтрир-:-Е&пая кожет не юзрастать , а уыэньаетьез.

Кс&фзгсЕеят кокпептркрованЕя л'8 -тт-, сказка ' VKJSi-LeHEtíM iaooiíi пены е сепграшзокноЬ колонке (при -:: уменьшается, при увеличении скорости подачи газа (при постоянной Ексоте пены).

¿xa характеристики пронесга пенной сепарации ирольз}™? теске каксз!мальний кезфф^шект концентрирования л; ,яег -

jr — остаточная после сепарации концентрация ПАВ i peci-Eop-j.). ЬаЕсимальнкй коэфцдашен? кскабнтрироганкя характеризует ^^распределение вешестгв мевду пеной и остаточным рестюро;,-. ЭпсперамзЕтадькэ исгледэЕалось изменение остаточной хонпчЕтраж:' ¡ИЬ t pacrrop-.- к соответственно изменение макеккалькоге когфо»-цпектг г.0ппентр£ф0£ания при различных удельных расходах газа. йяв:з.*»" сеш.релвш проводил» вз растворов 03-? St,c « 0,0105 £ пр/ р:= * с удельных расходах rasa 6,3í v, IS,1 ciViar..

Орзькексе результатов üshhcí. сгзарациг ар;; рагличких ок.— п;дг.Ч7 гаье- еойз -т.-, чт: с уг елгЧекиеь- скорое та подачи

Спрк Q~ Const ) возрастает скорость снижения остаточной концентрации ПАВ в сепарируемом растворе и сокращается время достижения одной и той же минимальной остаточной концентрации. Хотя при увеличении скорости подачи газа общая концентрация ПАВ в пене уменьшается вследствие одновременного роста уноса жидкостп с пеной, максимальный коэффициент концентрирования тем не менее при данных условиях диспергирования увеличивается, что связано с солее быстрым снижением остаточной концентрации ПАВ г растворе.

Проведена экспериментальная проверка соотношения (4) г дано объяснение увеличения степени извлечения вещества с ростом расхода газа, отмечаемое многими исследователями. Объяснено существование оптимальной скорости подачи газа, соответствующей максимуму извлечения вещества.

Предложен метод нахождения минимальной остзгочной концентрата ПаЬ е растворе, зак-ячапцийся в определении концентрации, гысе которой наблюдается устойчивое пенообразование. Способность г. пекоойразованиг в предположении, что Л-const оценивалась по величине где - объем пены, полученный ¿о начала ее разрусения в сепарацио^ной колонке, ^ - объем ."■аза, -одаваешгй в колонку за это же время . Минимальная остаточная концентрация находилась экстраполяцией прямолинейного участка зависимости \\;\>'( к оси абсцисс. Типичные криЕые Ve /Vj ~ г {Спщ'; " приведены на рис. 3.

Рис. 3. Зависимость от концентрации

ЪЪЪЯй + 0,4 моль/да3 ЪЪЪЛй.* 0,1 моль/дм® йГ^в се. (2), <й%ЗоЛ/й_<5вз электролита (3).

лак видно из рис. 3, для раствора Ма, + 0,1 моль/

/да8 (кривая 2) Ст-,пт 3.48.ИГ6 моль/дм3, что лишь

назначитьльно больше «ондантрвши, соответствующей образованиг черянг пяген в макроскопических пенных плевках С а « 2.10"^ноль/ /да3. Для того хе ПАВ с содержанием 0,4 моль/да8 С£ (кривая I) С«,,г 5,24.10""- моль/дм®, что дахе меньше по величине, чем С а « 6.10*^ моль/да8 и, вероятно, связано с концентрированием ПАБ в разру^апдейся пене и сильной зависимостью (С).

Для паны из раствора ЙЯ/в^Л'а, без добавок электролита ве кривой V; - г ( С-паь) прямолинейный участок отсутствует, кривая имеет ' Б -обрезай характер и найти Ст<п методом экстраполяции нельзя. В в том случае нет четко Емраженнсй нигней концентрацг онксй гретш извлечения ПАВ и величина С т.п. будет определяться из конкретных условий эксперимента (с учетом шсотк слоя пены, скорости продувания газа 2 т.д.). Аналогичные зависимости получены для раствороЕ & 3 Л'а г лизоцима.

Закономерности адсорбционного концентрирования в веках с высоким капиллярным давлением

Подучено уравнение, связывающее унос жидкости с пеной в жидкости извлекаемой из певн при ее осушении ("фильтрата"):

i - А ■+ С* - Н * ь í -=--—---- >

гда e ¡г,*, унос жидкости с пеной в "фильтретом" соответ-

ственно; "с" г коне такта о суленая, Си,-С1№1.

минимальная остаточная концентрация, Г, & ■ Л- -адсороива, удельная поверхность, кратность-величины средине за все время праведениг процесса. В отличие от соотношения (3) upa использовании метода осушния кратность в процессе сепарации макет оыть значительно увеличена, а следовательно уменьшен унос хедкосте с пеной, что пру cu-солsi увеличит степень концентрирования.

i таблице приведены результаты пенного концентрирования г&ЬЗУй-пра Сьсш 2,46.10"4 моль/да3 с добагкой 0,1 моль/ /дм%*//aCL и удельном расходе газа 6 см/мин. Концентрирование проводилось в динамических условиях с осушением.

Ь случае гравитационного синерезиса (при Wr - conséj прк получении пев с помощью стеклянного фильтра с размером пор Ъ мкм коэффициент концентрирования был меньше чем при получении пенн ев фильтре 50 мкм, что связано с большим уносом хидюсти

Таблице

Изменение основных параметров пенного концентрирования в динамических условиях

Размер ¡Размер .'Средняя ! Ч* ! (Перепад

пор ¡ребра до- кратность раочет ло расчет ¡давления при

фильтпь {декаэдра, п ¡фошуле (по Формуле осуаеши мкм см. ! 1С э3 /) I ( дР, КПа

50 5,04.1er2 300 21 19

500 34 29 I

2.43.I0"2 600 40 37 2 .

5 260 36 32 I

340 47 42 2

в случае мелкодисперсной пены. Из таблицы видно, что в случае принудительного синерезиса под действием перепада давлений при П. - const •= 320±20 коэффициент концентрирования изменяется в соответствии с изменением дисперсности.

Как видно из таблицы, при диспергировании газа через один в тот же фильтр увеличение приложенного перепада давления приводит к увеличению кратности в динамических условиях и увеличению коэффициента концентрирования. Для осушения пен, полученных на плотных фильтрах требуется больший перепад давления.

Многими автореии отмечается существование Еерхней к05дс;:тря-ционной границы извлечения ПАВ по методу пенной сепарации, происхождение которой связывают с мицелообразованием (критической концентрацией мацелообразогания ( С**« ), приводящим к постоянству поверхностного натяжения ( б~(с) = const) .

Используя метод ускоренного синерезиса под действием перепада давлений в жидкой фазе пены, можно добиться концентрирования ЕещестЕб в пене при CL0 >С*кМ . Условием концентрирования Еещества в пене ягляется к У I, которое согласно уравнению. (Э) будет выполняться при .i ^ Сцо , независимо от изменения поверхностного натяжения^ этой области. В пенах из растгорсЕ iDSDSSVa и^ i/Va OL экспериментально показано, что концентрв-рование с ft' >1, возможно при CL¡0 > Скхи > если пена достаточно устойчиЕа.и быстро осушается.

Вш_яние внутреннего разрушения на процессы адоорбцяонногс концентраровакия

Влияние разрушения пены на процесс пенкой сепарации до сз;:

сор многими авторами отмечалось лвеь в качественной форме. Наш; получены урагненЕЯ, связншаыцпе основные характеристики пенной сепарации с внутренним разрушение/.- пены. Разрушение пены увеличивает концентрация ье^естьа в жидкой фазе пекы вследствие десорбции ПАЬ с исчезающих поверхностей раздела. Увеличение кокпентрацик в жидкой фазе пены i пропесс^разругекия Еыракается зееисимоотье

С., C,r * j fnd& С п )

гдз ¿г и С - удельная поверхность аекы (начальная к е момент времени X. ); Я- средняя кратность sa время сепарации. С'учеток СП) унос хидкостг с пекой ( ), коэффициент концентрирования (f',\ г коэффициент эффективности Езглечения ( ) можно Еыразст1 I виде

__■ , .

- ^ А С - "ГпЫ£- ' ~Z

Г: - ■ - (13;

/v

- ' netI _

кТ - ^ти.

где in,к- минимальная удельная поверхность, Г>~,- кратнссс;

С-„- размер реора додекаэдра. Индекс 1- означает к моменту временг Z. ■

Количественно^оценено влияние внутреннего разрушения кг нг-менэнве величин Я' в на примере пень из растворов Jv'aCi.

z ТУК LS. л со , щмешщх различную кинетику разрушения.

На рио. 4 приведена зависимость изменения коэффициента ко:— центрирования и его сосзввкявдих для раствора

Кривая (I) не рис. 4 соответствует изменению коэффициенте, концентрирования в процессе осуиеквя пены при услогии, что ъ пень не происходит разрушения, т.е. при Ос ~ U= COnzt. Кривая (3) отражает накопление вещества в адсорОционных слоях при условск (Я. = const , е кригая (4) соответствует накопление Еедества i жидкой фазе. Коэффициент ■ рассчитгаалс;, методой графического интегрирования на осноЕе зависимости

^ - " I 'J . Как еидь'с иг рис. 4, разрушение пены приводке г. уменьшению коэффициента концентрирования. Аналогичные результаты пелученк для пены из растгоре «л/а , причем

О 6 ' Ч 1- г'

?ес. Кинетика изменения коэффициента концентрирования г ггс- составляющих. для панк г; раствора е-Ад 46 Л0~ ксль

к.

£гу.яяхь разру-сная силу выражен: - с^е -т: , •.-.:..

ленг кз слеа:а натрия является менее уетсгчивс-й. Л:;.1;

" -.-: г. Г , достигает приблизительно 10 % ст ср-;т.-."ест..~ :' знё-чения ' (при концентрирования без ра??:.-.-е?:гч). 3 о:-Лс"&й с:ег:еш! изменяется коэффициент гф^ектгвь'.ст:: йгхл.-'-лг.'" •' • . : для п^гш из рестьсре у ь-змеь.-.-".:.-.

,4.1С--"" :.'С.~ь/д,'-л дс -5гсль/'с;/" , з г еп ; г „.;";

Ся- I С,7 ра:--г с 12.ГС""' до 3,- X' .13" ■■¡•'л.

Г: гр.г-.'се < -идя част* хг.дк^стг. удь^лг?-: я г: г.

~р ,!•:•::• дат кктвнеавк ч- укень::.енпо удсльь: ?'' г -у

7" гкдкосл .^ЛсК-. :со::;:,.;-- :■'.

"с-урк ¿.5лее»ь с "аг.'ь^ратсы' «¿хне гс

■ —' - " '_" : . : )

где ¿с. - количество вещества Енгедекного иг систем» с п$гль1-ратсм", [-, - исходное кглгчестео Еегестга ъ пен;, 1~г, - кс— личестго ггизг"£а в ь ¿¿центу Еремекг , - 001-ег

сены, С.,, - начеркал концентрация Егззстхг. £ еедксС фазе пень С каналах и пленках), — - г.одг.чветво кгжостг., зьб^размоЕ с фильтратом, - ггзюстк, оста; .:е£.сл 1 псН4 £ мэм-л:

гремели 'I ,

Если 1 р. . г ; , то потер: при игу^екь;:

будут незначительны. Для устоСчггаХ зек из ^^¿-/»'а. с различи:* содержанием электролита пр:: одвкако£с£ краткое те изыс-

кался согласно изменению дисперсности. Пузкрыси ? пеке из рист;;>-рг >-^.¿-¿/'.0. с досавкой 0.01 моль/ду5 -¿УцСЬ укрупнялась знст^ее, чем е пеке из растЕора с добаЕКой 0,1 ыоль/даЕ Лл 1 "Хсго соотэеил Е-етих условиях 0,3 и 0,1? соответствен*:,.

УстаьоЕленс, что е ыенеь' устойчивых пенах, например, нь распоров *ЫаОЬ , потер:: с "фильтратом* достигать гсл--

чиеь « 0.52, тогда как для пек н£ реитЕоро? л>

при тс£ же степени осу^егая пстерх составляй 'аг,г! в. с.с---^гглы озрааом, при больших значениях сх!я.г >0,4-0.5 дла уыея— ц.енаа потерь извлекаемого I. процессе пенного кокцекгрироЕакжя е— ¿асты "силырат" необходимо ЕОХЕрадьть г свзЕргасокнуг коло^л .

¿да процесса сеиерациг е услоыях гравитационного сякерееь-сь пек с различное устойчивостью также установлено отрицатель^ ¿дкеквг резруиегая на коефжаект концентрирования к кээффипьег: эффективности извлечений. Этт величины уменьшаются с умекыьегх-л угт;^ЧЕЕосг> по отнэаепш к иутрмшеву разрушение.

Ъ ^врег.оу диапазоне концентрации извлекеемого ПАВ процесс внутреннего разрушения умекьгает кзэфгихент кс-ицентрировапг.- . Положительное Елияые Енутреннего разруиепп не коэффгцжзнт коь-:.гктр*рсьаьа« наблюдается толыо е случае очень малых значений

С, , , дзжгзах ь иктерьеле Скь < ^ С г,»с < С^«*, - егтт-рвтетгуйт Ьйсыаенноиу адссрсягсЕко^у слоа.) . &то ооуслсЕ-леио чтг. саервюстко-вктагвсе вегестго, д.'гороирушееея е процессе

ьнкг. „ ¡„¡¿ералста г ¿«г. ¿к. coiK.-s.i-5 его гоЕпентрецвю е жзд-

кой фазе пены и гак следствие адсорбции до значений, обсспечт-вапсих образование небольшого объема устойчивой пены. По этс^ причине появляется возможность отделения ©той пены ст исходного раствора с й У1 ,

Положительное влияние внутреннего разрушения на кезффаш'ект концентрирования за очет внутренней дефлегиапив экспериментальк: доказано в пенах из растворов З^ЕЗЛ/д. при С.и <

3 Ы 3 О Д и

1. На основе различных известных функций распределения ду-зырькоЕ по размерам получены формулы для расчета дисперсности (среднего объемно-линейного и обьемно-поЕерхностного размера ребра пузырька е форме пентагонального додекаэдра) полиэдрической пены по данным о давлении жидкости в каналах Плато-Габбса пены, ее локальной кратности и поверхностном натяжении раствора пенообразователя.

2. 7станоЕлены аналитические зависимости физико-химических характеристик пенной сепарации от структурных параметров пеки и взаимосвязь этих характеристик друг с другом: а) зависимость уноса клдггой фазы с пеной от кратности пены;-зависимость уносе хидкой фазы с пеной от Ееличинк изменения концентрации растворс ЛАВ при сепарация, от кратности и удельной поверхности пены :: адсорбции ПАВ; б) зависимость коэффициента концентрирования ст ггмекзния концентрации е объемных частях пены вследствие р/ен;--гения псверхнос.'й раздела жидкость-гзг и содержания яедкссти

в пене; г) зависимость кассовой степени извлечения ПАВ е процессе сепарации ст коэффициента обводненноега пены и коэффициента кснпзктрирсЕанЕВ,

Ьведен ноекЙ параметр адсорбционного концентрирования -коэффициент эффективности извлечения У , яэрактеризухппй кс.т;'-Чц'стео извлекаемого вэпестна на единицу, расходуемого газа \ V - ) . Установлена езэимосеязь коэффициента эффективности извлеченгёя со структурными параметрами пекы ( П., б ;, величиной адсстхЗциг. ( Г ) и начальной концентрацией ПАВ е растгорг

3. На осноЕе закономерностей синерезиса низкокретных пен

с учетом скорости подачи газа экспериментально исследована зависимость уноса жидкой фазы с пеной, полученноЛ барботажним способом от физико-химических сеоЙсте раствора ПАВ .(поверхности??. у.

ооьегаой еязкости, поверхностного натяхекия, типе ПАВ) с сеойсте пени. Установлено, что при очень малой скорости подаче гззе ( 5-1 скллш) на Еыходе из сепарагшоккой колонны

получается пека с краткостью олизкоЯ к краткости с гидростатически рэв.чсЕесзцм распределением шшгоск: ло высоте и сс-стЕез-ствуЕциг.' этому рвопределению уносу. При больших удельных расходах газа С v»'. ? 20-24 ск/кин) предельная кратность получающейся е в тих усл.веях ( П. -10-12) лпеь незначительно больше краткости злотнсупакоьаЕноЁ ¿ароЕой пены ( Л 4).

При средних постоянных скоростях продувания газа изменение укось определяется скоростью синерезиса. В этих диапазонах расхода газа унос хидкостг с пеной уменьшается с увеличением ексстк гголое п^ка, укеныекиек дисперсности, уменьшением еяз-костг д увеличением поЕерхностного княжения, т.е. унос зависит :т тех свойств пекь и растЕора ПАБ, которые определяют скорость гикегезгеь.

Дан сравнительный анализ адсорбционного концентрирование П£Ь в условиях граЕитационяого синерезиса пек в синерезиса под действие« Сольдих перепадов давленая С )• •

о. ¿стакоЕдены концентрационные границы применимости .ыето-

Кипеня г Елеятрапионная граница изелечения ПАВ пенной сепарацией определяется ходом зависимости стабилизирующей спо-гсоксстг. ¡¡¿I от концентрации (времени низки планок и пени от кт-шептрсцн:.,. Пслп на гтой гаЕпскмости кабладз.ется скачкообразно.; возрастание времени екзни пленок'е пена (системы, где об-рагугтея оепчвше к ньютоновские черные пленки), то к коэффишект г.снц^ктрнроЕакиг. испытывает скачкоооразное возрастание,соэт-¿етсп/глее шзккей концентрационной границе. В системах, где ■:рагустс.е. толстые пленки и Ереыя еезни пленок и пены изменяет::: :г:-!:о'"оннс, неюзмоию четко Еыделить нижнюю концентрационкуи

о) Получен критерий. определяющий верхнюю концентрациок-цпс границу вцделения ПАВ методом пенной сепарации р^^ У Эт: т критерий не связан с ККМ, а определяется содержание« анд---т-т:: г- пене { П ), дисперсностью пены ( й.) и величиной стнс-еггегьне*. адсороцки Г в сравнении с объемной концентрацией, л; зависимости от услоеий проведения процесса значений 1, п ьелг.-д:з;о уожет быть как Оольве, так и мень-

6. УссдадсЕапо влияние разрушения пвп га основные характеристики процесса пенной сепарации ( ft* и jf ). Установлено, что внутреннее разрушение и разрушение столба пены 2 процессе ее синерееиса (внутренней дефяегаации) приводят к уменьшению коэффициента концентрирования а коэффициента эффективности пэглече-пня вследствие потерь жидкости, обогащенной извлекаемым веществом. Получены количественные зависимости Я + и У от изменения удельной поверхности в кратности пены С 6 и ^ ) е процесс» осужения к разрушения, проведена их экспериментальная провор KL.

При малых концентрациях ПАВ, близких к шипей гонцептрэ-ционноЗ границе адсорбционного жонценгрвроганвя а при скачкообразной зависимости греыени кизкл пены в пленок от концентраций ПА.В разрушение пены может привести к полоштольному влаянию на KÄJcjxsuEOHHoe концентрирование: вследствие локального конценг-¡гировапия ПАВ в пене и ясЕызендл устойчивости (Еремеяи jmshe пени) становится Еозмоаным процесс пенной сепарации с R >1

7. Приведены результаты исследований концентрирования бел-коз из сточных вод производства гепарина и растворов, модела-Sjixax г.окцеитркроьгЕпе сульфатного шла es черного чвгсте

в арсцзЕодстье целлюлозы.

Основные материалы диссертации излокены е публикациях:

1. Кругляков U.U., Баранова А.Г., Искана Н.Г., Хаскова Т.Н., Луль^р Н.Э. Сизико-хиыичеспие сеойствэ пен. Дензп, 1954. - 40 и.

2. КруглясоЕ Д. И., Мальков В.Д., Хаскова Т.П. Влияние золылзх концентраций ПАВ на свойства полиизрпоЗ пепы. - 1986. -С с. - Деп. в отд. НЙИТЭХШ, Я 393-2П-66.

3. Хаскова Т.Н., Кругляков Д.М. Закономерности адсорбционного концентрирования ПАВ и уноса жидкости с пеной /Холлоадяо-¿изические аспекты промышленных сточных еод. Тезисы докладов се-микаре-соЕещзнпя. Уфа. - 1988. - С. 3S-4I.

4. Хаскова Т.Н., КруглякоЕ n.M. Исследование укоса квдкости с аской в процессах поверхностного концентрирования ПАВ и очистки сточнчх; вод //Коллоида.*. 1989. - т.51. - Ä 2. - С. 325-332.

5. Хаскова Т.Н., ¿¡альков В.Д. Изучение условий пенооорэ-к— вания, определящих остаточную концентрацию при адсорбционном извлечении ДАВ /Тезисы докладоЕ 1У Всесоюзной коигэренцип "Получение и применение лен". Ш-збекино, 1983.

6. Едгглаков U.U., Ьилкова Е.Г., Хаскова Т.Н. О верхней кокаентрбцу.онной.границе вкделекия сульфатного мыла из черного зелока //Гидролгзная в лесохимическая промыалвнность. 1989. -£ S. — С. 16.

Т. lackoes Т.К., Кдтяякое П.т., Пулыер Н.Э., Пронина Н.Л., ¿oeehckb2 Б.В., Сафокох B.w. Баоор оптимальных состаиоЕ тверди: îop.v пеноозразевателей для теплоизоляционных пек /Пены s техко-логеп горных роСот. ¡ípüjtc::: ¡¡зд-ео Иркутского университета. ISS;. - 51-ôS.

S. Оспорь Т.Н., Кругляков Л.л. Влияние разру-енпя пен:; ¡i- цареыетрь' пенного кокдьытрарслснЕЯ и очистки растЕороь от ЛiE //Есллогдк.к. Се печати).