Способ гашения пены и устройство для его осуществления

(19) ( А 1 4 В 01 О 19 е изОБРетени 1СВИДЕТЕЛЬСТВУ ПИСА К АВТОРСК У 13итут химичес Бутко тельство СССРП 19/02,1982.ПЕНЫ И УСТРОИСЕНИЯ ся Во с О и еи и дру ель изоб ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ(54) СПОСОБ ГАШЕНИЯВО ДЛЯ ЕГО ОСУЯЕСТВ(57) Изобретение относится к способам гашения пены и устройству дляего осуществления и может применятся в химической, газоперерабатываюх отраслях промышленн тения - повьппение эфф тивности, снижение энергозатрат и гашение пен диэлектрических жидкосстей. Используют источник постоянно го тока, соединенный с электродами разделякицими поток пены на участки. Электроды, соединенные по крайней мере с одним из полюсов источника питания, устанавливают с наклоном по ходу потока пены. Электроды в ви де проводов или стержней устанавливают внутри других электродов, обра зующих цилиндрические поверхности, в которых выполнена перфорация таки образом, что ее площадь увеличиваетвдоль проводов по ходу потока.зможны различные варианты исполне ния электродов, образующих провода или стержни и цилиндрические поверхности. 2 с и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.50 Изобретение предназначено длягашения пены и может быть использовано в химической, газоперерабатывающейи других отраслях промышленности.Целью изобретения является гашение пен диэлектрических жидкостей,уменьшение энергозатрат и повышение эффективности пеногашения.На Фиг. 1 представлено устройство 1 Одля осуществления способа с электродами в виде цилищрических поверхностей и струн; на фиг. 2 - то же, сэлектродами в виде пластин и струн(либо стержней), вариант; на фиг. 3 - 15сечение А-А на фиг. 2 (пластины показаны с гофрами); на фиг. 4 - сечение Б - Б на Фиг. 2 (электроды в виде плоских пластин и перфорированныхполос с острыми кромками, направленными к соседним пластинам).Устройство содержит трубопровод1, по которому подается пена, источник 2 электрическогопитания, электроды 3 и 4, выполненные в формесоответственно стержней и цилиндрических поверхностей. Электроды крепятсяна диэлектрических или изолированных держателях 5. Электроды с цилиндрической поверхностью имеют перфорацию 6 в виде проходов для пеныс одной стороны и отсепарированныхгаза и жидкости с другой стороны. Вкачестве стержней может быть использована тонкая проволока. В устройстве(фиг.1) достигается наибольшее значение электрического поля при одинаковых прочных равных условиях, поэтому оно требует минимальных энергозатрат при аналогичной с другими40вариантами эффективности, однакоуказанное устройство создает большеегидравлическое сопротивление потоку,На фиг. 2 представлен наиболеепростой и удобный вариант устройства, 45в котором цилиндрические поверхностиобразуются гофрами соседних пластин(Фиг.3). Внутри цилиндрических поверхностей располагаются стержни 3,которые также могут представлятьсобой натянутые на держатели провода. На гофрах выполнена перфорация,причем ее площадь увеличиваетсявдоль стержня. Это может быть достигнуто как увеличением площади отверстий, так и увеличением количествамалых отверстий одного диаметра,расположенных в форме клина на поверхности вдоль гофры (стержня),рагширяющегося по направлению наклона.Исполнение стержней с шероховатойповерхностью или, например, с резьбой позволяет увеличить неоднородность электрического поля, что повышает эФФективность пеногашения. Однако на тонкой проволоке шероховатуюповерхность или резьбу сложно выполнить, а с увеличением диаметра стержня увеличиваются металлозатраты,уменьшается напряженность электрического поля,Стержни можно выполнить конусообразной Формы. Это позволяет плавноизменять напряженность электрического поля вдоль стержней (наряду с изменением площади перфорации на цилиндрических поверхностях).Устройство со стержнями в видеперфорированных полос с острымикромками, направленными к соседнимпластинам (фиг.4), позволяет достигнуть высокую эффективность пеногашения, однако создает большее гидравлическое. сопротивление потоку,Способ осуществляют следующимобразом,Газожидкостную систему в виде пены, поступающей по трубопроводу, подают в межэлектродное пространство. Газ, который не взаимодействует с электрическим полем, свободно преодолевает это пространство почти без изменения траектории. В то же время диэлектрическая жидкость, образующая пенные пленки, поляризует- ся, втягивается в межэлектродное пространство и деформируется под действием электрического поля, вытягиваясь вдоль центрального стержня, расположенного между цилиндрическими поверхностями, Пенные пленки при этом разрушаются, так как жидкость из пленок переходит на поверхность стержня. Далее жидкость перемещается по поверхности наклонного стержня в результате действия нескольких факторов; напора газожидкостного потока, явления Сумото (при достаточно больших значениях напряженности) и сил тяжести. Таким образом, газ свободно проходит через межэлектродное пространство, а жидкость отводится вдоль электродов на дно трубопровода, в результате пенная структура разрушается.Неоднородное электрическое поле усиливает действие электрокинетических явлений и увеличивает вероятность флуктуаций, приводящих к разрушению пены, а применение коаксиальной системы электродов по сравнению с плоскими пластинами увеличивает напряженность электрического поля. Наклон по крайней мере одного 1 О из электродов по ходу жидкостного потока позволяет плавно отводить вдоль электродов жидкость, выделяющуюся из пенных пленок на дно трубопровода. Уменьшение напряженности 15 электрического поля в этом направлении, позволяющее использовать для повышения эффективности пеногашения явление Сумото - выталкивание диэлектрической жидкости из области с наи более высокой напряженностью вдоль центрального электрода (катода), может быть достигнуто с помощью перфорации, площадь которой увеличивается вдоль стержней по ходу потока. 25 Изменение напряженности может быть достигнуто и путем изменения диаметра центрального электрода в виде стержня, однако это менее экономично. Для осуществления указанных явлений 30 необходимо использовать источник постоянного электрического тока. Значение напряженности электрического поля необходимо выбрать для данной системы электродов меньше значения электрического пробоя, который может привести к необратимым изменениям физико-химических свойств обрабатываемых сред, либо в случае взрывоопасных продуктов - к взрыву, 40Проверку способа проводят при гашении пены газового конденсата при стравливании из пробоотборника, в котором он находится под давлением 30 атм, в трубопровод, в котором 45 установлен пакет электродов в виде проводов, наклонно натянутым между гофрированными пластинами таким образом, что весь пенный поток разделяется электродами на отдельные участки шириной 3 - 4 мм.П р и м е р 1. Пену пропускают через пакет электродов без подачи на них электрического питания. Пеногашение не наблюдается, структура пены после электродов почти не изменяется и заполняет все сечение трубопровода как до пакета электродов, так и после него. П р и м е р 2. Пена поступаетпри указанных условиях. Напряженность электрического поля между электродами устанавливают 000 В/м,электроды подключают к источнику переменного тока. Пеногашение не наблюдается, несколько меняется структурапены.П р и м е р 3. Напряженность электрического поля устанавливают также1000 В/м, однако электроды подключают к источнику постоянного тока. Происходит гашение около 5 - 10 Х пены.П р и м е р 4. Напряженностьэлектрического поля между электродами устанавливают 30000 В/м, используют источник постоянного тока. Пенаполностью гасится в пространстве между электродами,Таким образом, с увеличением напряженности электрического поля эффективность способа пеногашенияувеличивается. Для соблюдения техники безопасности, во избежание возможного взрыва при прохождении электрического разряда между электродами,следует устанавливать напряженностьэлектрического поля меньше значенияпробоя для данной системы электродови пены. Пробой воздуха между электродами при нормальных условиях наблюдается при напряженности более25 10 В/м. В то же время пробойдиэлектрика приводит к сильным изменениям его физико-химических свойств,а попадание электропроводных илииных примесей в пену может привестик пробою. Рекомендуется устанавливать напряженность электрического поля в пределах начала развития ударнойионизации для воздуха, соответствующей 10 Вlм.Выбор типа устройства для пеногашения для каждого случая использования способа обусловлен затратами наисполнение устройства и ггдродинамическими параметрами потока.Использование стержней конусооб,разной формы обусловлено тем, чтопри этом достигается плавное изменение напряженности электрического поля вдоль стержня (электрода), в результате чего диэлектрическая хащкость плавно перемещается вдоль стержня из области с меньшей напряженностью электрического поля(от основания конуса) в область с большей напряженностью (к острию конуса) и та- юкцгл образом отводится в нижнюю часть трубопровода. Указанный вариант целесообразно использовать прц больших значениях скорости и расхода га зожидкостного потока с пенной структурой, когда изменения напряженности вдоль электродов за счет увеличиения площади перфорации недостаточно для эффективного пеногашения. Недостат О ком этого варианта по сравнению с другими является относительная сложность изготовления тонких стержней конусообразной формы,Использование полос с острымикром.15 ками обусловлено тем, что в области у острых кромок создается больший градиент напряженности электрического поля. Использование полос исключает проскок пены, поэтому такой ва риант целесообразно использовать в случае гашения устойчивых низкократных пен с высокой вязкостью. Недо,статком является значительное гидравлическое сопротивление стержней газожидкостному потоку. С целью уменьшения гидравлического сопротивления предлагается полосы выполнять перфорированными. Однако гидравлическое сопротивление стержней в виде перфо рированггьгх полос больше, чем для других вариантов, поэтому его целесообразно применять для гашения устойчивых вязких пен при малых значениях скорости и расхода Газожидкостного потока. Выполнение электродов с наклоном по ходу движения пены обусловлено следующим, Так как удельный вес жидкости, образующей пену, во много раз превосходит удельный вес газа, то целесообразно прц разрушении пены иметь такую конструкцию, которая позволяет плавно отводить жщкость на 45 дно трубопровода, используя дополнительно к другим действующим силам и силу тяжести. Поэтому электроды располагают таким образом, чтобы жидкость, втягивающаяся в межэлектродное пространство под действием сил электрострикции и других элек.1 окинетических явлений, стекала в нижнюю часть трубопровода. Электроды можно установить вертикально, перо пенццкулярно (под углом 90 ) направлению потока, однако в этом случае площадь свободного сечения между ними минимальная, следовательно, гидравлцческое сопротивление максимальное, а время действия сил, вызывающих разрушение пены, минимальное. Таким образом, расположение электродов под любым острым углом с наклоном по ходу потока лучше, чем перпендикулярное расположение под уголом 90 . Причем чем острее этот угол, тем больше протяженность электродов, следовательно, больше площадь свободного сечения между ними, а значит и меньше гидравлическое сопротивление, больше время действия на пену электрокинетических сил, вызывающих ее разрушение. Длину электродов кельзя делать бесконечной, поэтому ее ограничивают из условия полного, эффективного гашения конкретного вида пены для конкретных скорости и расхода газожидкостного потока, т.е чем меньше скорость потока тем больо ше угол наклона (в пределах 90 ) и короче электроды. При любом углеонаклона (в пределах 90 ) по ходу потока достигается положительный эффект пеногашения (в большей или меньшей степени).Для электродов, установленных под углом к направлению движения пены (угол в пределах больше О,.но меньше 90 ), при любом значении напряженности электрического поля (даже малом) наблюдается положительный эффект пеногашенияПри значении напряженности электрического поля, близком к значению напряженности пробоя, но меньше его, независимо от угла наклонао электродов в пределах 0 - 90 происходит эффективное гашение пены, что является основным фактором процесса пеногашения, Для низкократных мелко- дисперсных пен целесообразно использовать электроды в виде перфорированных полос.Наиболее предпочтительно с точки зрения трудоемкости выполнения устройства, монтажа, средней эффективности выполнять центральные электроды в виде проводов, установленных под углом 30 - 45 к направлению движения пены, а напряженность электрического поля устанавливать6порядка (1-15) 10 В/м в зависимости от гидродинамических параметров газожидкостного потока.Экономический эффект от внедрения предлагаемого способа гашения138 б 228 Газ идкоадь пены и устройства для его осуществления определяется тем, что он требует минимальных энергозатрат, чтообусловлено применением коаксиальнойсистемы электродов, при этом достигается максимальная эффективностьпроцесса гашения пен диэлектрических жидкостей. Исключение явленияпробоя в процессе пеногашения гарантирует высокое качество конечногопродукта, Такой процесс легко поддается автоматизации, позволяет осуществлять регулировку скорости пеногашения при изменении производительности процесса. Формула из обретения 1. Способ гашения пены, включающий разделение пены электродами, соединенными с источником питания, на потоки и воздействие на них неоднородным постоянным электрическим полем, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью гашения пен диэлектрических жидкостей, используют поле с напряженностью, меньше напряженности пробоя, при этом по ходу движения потока пены напряженность уменьшают,2. Устройство для гашения пены, включающее источник питания и соединенные с его полюсами электроды,при этом электроды, соединенные содним из полюсов, выполнены стержневыми, отличающееся тем,что, с целью уменьшения энергозатрати повышения эффективности пеногашения, стержневые электроды размещеныс наклоном по ходу потока пены между электродами, соединенными с другим полюсом источника питания и выполненными с перфорацией, площадькоторой увеличивается вдоль стержней.3. Устройство по п. 2, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что перфорированные электроды выполнены в видецилиндрических поверхностей,4. Устройство по п.2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что перфорированные электроды выполнены в видепластин;с гофрами, расположеннымивдоль стержней и имеющими цилиндри"ческую поверхность. 5. Устройство по п. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что стержни выполнены конусными.б. Устройство по п.2, о т л и ч аю щ е е с я тем, что стержни выполнены в виде перфорированных полос с острыми кромками, направленными к соседним электродам.386228 Газ - арф Жидкостью 4 Составитель О.КалякинаТехред Л, Олийнык Корр е едактор И.Вулла Г.Решетни 210 оектная, 4 оиэводственно-полиграфическое предприятие,горо Тираж 642 ВНИИПИ Государственного к по делам изобретений и 3035, Москва, Ж, Раушск