WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 8 | 9 || 11 | 12 |   ...   | 22 |

Разработка и исследование установки приготовления композитного котельного биотоплива из отходов животноводческих ферм и нефтехозяйств

-- [ Страница 10 ] --
Известно два типа химического действия акустических колебаний. При этом выделяют два типа ультразвуковых реакций. К первому относятся реакции, которые ускоряются в ультразвуковом поле, но могут протекать и в его отсутствие с меньшей скоростью. К этой группе эффектов можно отнести ускорение гидролиза диметилсульфата и персульфата калия, разложение диазосоединений, ускорение эмульсионной полимеризации, окисление альдегидов, изменение активности катализаторов, например, катализаторов Циглера в процессе полимеризации [154,155].

Ко второй группе эффектов относятся реакции, которые без воздействия ультразвуковых колебаний не протекают совсем. Реакции этого типа в зависимости от механизма первичных и вторичных элементарных процессов, можно разделить на следующие шесть классов [154,155]:

Окислительно-восстановительные реакции, которые идут в жидкой фазе между растворенными веществами и продуктами ультразвукового расщепления воды, возникающими в кавитационных пузырьках и переходящими в раствор после их схлопывания;

Реакции между растворенными газами и веществами с высокой упругостью пара внутри кавитационных пузырьков (эти реакции не могут осуществляться в растворе при воздействии радикальных продуктов расщепления воды);

Цепные реакции в растворе, которые индуцируются не радикальными продуктами расщепления, а каким либо другим веществом, присутствующим в системе и расщепляющимся в кавитационной полости;

Реакции с участием макромолекул, например, деструкция молекул полимера и инициированная его полимеризации, которые могут идти и при отсутствии кавитации. В этом случае значительную роль могут играть высокие градиенты скоростей и ускорения, возникающие под действием ультразвука, микропотоки;

Инициирование взрыва в жидких или твердых взрывчатых веществах.

Для этих процессов весьма важно возникновение ударных волн и высокиих температур при схлопывании кавитационных пузырьков, а также возможных кумулятивных струй;

Звукохимические реакции в неводных средах.

2.2.2. Кавитационные явления в жидкостных системах Инициирование большинства звукохимических реакций в водном растворе под действием акустических колебаний обусловлено возникновением кавитации.

Кавитация это нарушение сплошности жидкости, связанное с образованием, ростом, осцилированием и схлопыванием парогазовых пузырьков в жидкости.

Необходимо отметить, что сплошность среды нарушается только при достижении некой пороговой частоты звуковых колебаний [12,2,14,16-17].

распространяющихся в жидкости, расходуется на образование кавитационных пузырьков. Остальная часть идет на возникновение микропотоков, нагревание жидкости, образование фонтана и распыление жидкости.

Энергия схлопывающихся пузырьков расходуется на излучение ударных волн, на локальный нагрев газа, содержащегося в сжимающихся кавитационных полостях, на возбуждение сонолюминисценции, на образование свободных радикалов, а также на создание шума (см. рис. 11).

Для оценки химической активности ультразвукового поля Розенберг ввел понятие химикоакустического КПД (hХА) как произведение степени кавитационного использования акустической энергии a на коэффициент химической активности кавитации c [38,39,41]:

где Е – акустическая энергия, вводимая в жидкость; EK – акустическая энергия, затрачиваемая на образование свободных радикалов, которая называется химико-акустической энергией.

В акустическом поле при наличии кавитации протекает ряд химических процессов. Их протеканию способствуют высокие давления, развивающиеся в микрообъеме кавитационного пузырька.

При постоянном содержании газа в пузырьке и давлении окружающей жидкости минимальный радиус кавитационного пузырька определяется по формуле [38,39]:

Давление в пузырьке в этом случае выразится так:

радиусе, P0– гидростатическое давление, g =СP/Cv.

При адиабатическом характере захлопывания пузырька температура в нем составляет:

где T0– температура жидкости при Rmin=0.1Rmax; P0=105Па; =3/4; и Т0=3000С Давление газа в пузырьке при максимальном радиусе составит P=3.3 x 103Па. Подставив эти значения в уравнения (1) и (2), получим, что при захлопывании кавитационного пузырька давление достигает Pmax=3x107Па, а температура Тmax=3000 К. Столь высокие температуры, развивающиеся в маленькой газонаполненной полости, создают условия для появления в ней молекул, а также атомов и свободных радикалов.

В кавитационную полость могут проникать пары воды, растворенные газы, а также вещества с высокой упругостью пара, т.е. вещества, которые в отличие от неорганических солей обладает способностью к испарению, и не могут проникать ионы или молекулы нелетучих растворенных веществ. Выделяющейся в процессе схлопывания пузырька энергии достаточно для возбуждения, ионизации и диссоциации органических молекул, газов и веществ с высокой упругостью пара внутри кавитационной полости. Любой из присутствующих газов является активным компонентом, участвуя в передаче энергии возбуждения, диссоциации и других процессах. Действие ультразвука на вещества, проникающие в полость, является непосредственным, прямым [32,33,36].

При схлопывании кавитационного пузырька в раствор переходят радикалы, образовавшиеся в газовой фазе при расщеплении веществ с высокой упругостью пара, продукты их взаимодействия а также, метастабильные молекулы. При отсутствии в растворе веществ с высокой упругостью насыщенного пара, способных проникать в кавитационный пузырек, внутри него независимо от природы растворенных веществ находятся лишь два компонента: пары воды и растворенный газ.



Поэтому воздействие ультразвуковых колебаний на водные растворы сводится, в конечном счете, к единственному процессу - возбуждению биомолекул в кавитационных пузырьках. В связи с этим звукохимический КПД для различных звукохимических реакций оказывается величиной, зависящей только от природы растворенного газа [47,48,449].

Большинство химических реакций в растворе инициировалось звуковыми волнами разной частоты. Многие исследователи не обнаружили в пределах ошибки эксперимента влияние частоты на эффективность звукохимических реакций. При очень высоких частотах (выше 3 МГц) некоторые реакции осуществить не удается, так как в этих условиях затрудняется возникновение кавитации. С другой стороны для осуществления звукохимических реакций необходимо достижение пороговой мощности, при которой возникает кавитация.

Для определения мощности УЗ-излучения, которая передается различными установками УЗ-диспергирования в жидкую среду, рассчитывалась по формуле:

Wus – мощность УЗ-энергии, Вт, передаваемая УЗ-излучателем в жидкую среду; Vliq – объем жидкости, л; cliq – теплоемкость жидкости, Рисунок 11 - Спектр акустического сигнала, генерируемого 2.2.3. Определение физико-химических свойств получаемого продукта По своему характеру приготовленные топливные смеси относятся к трехфазным (биомасса, углеводороды, вода) гетерогенным суспензиям [247,240,241].

Суспензии являются грубодисперсными системами, получаемые методом диспергирования, основаным на дроблении исходного сырья на различных мельницах и последующем разделении на фракции по размеру частиц, грубодисперсные системы (размер частиц 10-3 -.10-5см), в которых дисперсная фаза твердая, а дисперсионная среда жидкая. Суспензии представляют собой взвеси порошков в жидкостях. Они похожи на золи, но отличаются от них значительно большим размером частиц [227,235].

Суспензии седиментационно неустойчивы: их частицы оседают под действием силы тяжести или всплывают в зависимости от плотности дисперсионной среды и дисперсной фазы. Не обладая седиментационной устойчивостью, суспензии могут быть устойчивы агрегативно, т.е. их частицы могут сохранять постоянные размеры и не образовывать конгломератов. Если частицы дисперсной фазы оседая, сцепляются под действием молекулярных сил, суспензия является агрегативно неустойчивой. Суспензии одновременно поглощают и отражают свет, они непрозрачны [205,207,208].

концентрированными. Вязкость разбавленных суспензий мало отличается от вязкости дисперсионной среды. Суспензии композитных топлив характеризуются свойствами высокомолекулярных соединений, молекулы которых состоят из сотен, тысяч и десятков тысяч атомов. Обычно высокомолекулярными считаются вещества с молекулярной массой от десяти тысяч до нескольких миллионов.

коллоидам, т.к. молекулы этих веществ имеют размеры коллоидных частиц, называемых по этой причине макромолекулами. Однако между коллоидными растворами и растворами полимеров наблюдается различие: в растворах высокомолекулярных соединений отсутствует основной признак коллоидной системы - гетерогенность. Несмотря на огромный молекулярный вес полимеров, их растворы - системы гомогенные, однофазные; между дисперсной фазой и дисперсионной средой нет поверхности раздела. Растворы ВМС представляют собой истинные растворы, хотя и обладают многими свойствами, сходными со свойствами коллоидных растворов. В отличие от коллоидных систем истинные растворы агрегативно устойчивы [182,202].

На свойства ВМС влияют степень полимеризации и форма макромолекул.

По строению макромолекул они делятся на линейные, разветвленные и сетчатые, приближаясь по параметрам к природным полимерам.

Природные полимеры обладают высокой механической прочностью, в частности прочностью на разрыв. Прочность на разрыв увеличивается с увеличением молекулярного веса (степени полимеризации), а с повышением температуры она уменьшается [1,3,10].

избирательной растворимостью, т. е. в одних жидкостях полимеры растворяются, в других - нет. Полимеры растворяются в жидкостях, подобных им по химическому строению: полярные полимеры - в полярных жидкостях, а неполярные - в неполярных. Процесс растворения полимеров своеобразен и отличается от растворения низкомолекулярных веществ. Растворению полимера предшествует набухание [10].

Процесс растворения можно условно разделить на четыре стадии. В первой стадии до начала растворения система состоит их чистых компонентов:

низкомолекулярной жидкости и биополимера [13].

Вторая стадия процесса - набухание, которое заключается в том, что молекулы низкомолекулярной жидкости проникают в погруженный в нее биополимер. Это объясняется тем, что макромолекулы биополимеров гибкие, и маленькие молекулы растворителя проникают в полимер, раздвигают звенья цепей полимера, разрыхляя его. Расстояния между молекулами в образце биополимера, таким образом, становятся больше, что сопровождается увеличением его массы и объема.

Третья стадия растворения заключается в том, что по мере набухания объем биополимера и расстояние между макромолекулами увеличивается настолько, что макромолекулы начинают отрываться друг от друга и переходить в слой низкомолекулярной жидкости.

об./c); 2 - в акустическом поле магнитострикционного преобразователя одной частоты f = 20 кГц [3]; 3 - в акустическом поле одного прямоточного ГДИ при атмосферном давлении [12]; 4 — в режиме оптимального гидростатического давления в акустическом поле двух прямоточных ГДИ (по данным О.В.

Сухарькова, 2009) Также показывается что комплексная обработка компонентов топливной смеси состоящая из двух частей, механической обработки (смешения, перемешивания, дробления, истирания) и обработки в роторно-пульсационном аппарате), c последующей обработке полученной водной суспензии в УЗ поле, на существующих аппаратах, не позволяет достичь требуемой дисперсности композиций топливной смеси. Так как непереваренные частицы биомассы имеют структуру линейных полимеров и при дроблении рвутся в наиболее ослабленных участках молекул. Что приводит к разным размерам частиц [178,181].

Определение получения необходимой дисперсности как дисперсной среды, так и дисперсной фазы с целью создания горючей топливной смеси.

Рисунок 13 – Фото ВМЭ (50% воды) Для описания течений реальных жидкостей в технической гидромеханике (гидравлике) используют интеграл Бернулли [1, 2,28,32]]:



Pages:     | 1 |   ...   | 8 | 9 || 11 | 12 |   ...   | 22 |
 





 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.