Передача тепла в пенс происходит через пузырьки газа и через жидкие или твердые прослойки между этими пузырьками. Поскольку теплопроводность иен довольно мала из-за наличия газовой фазы, теплоизолирующие свойства пен широко исполь­зуются в практике (см. гл. 11).

Манегольд дал уравнение для определения коэффициента теплопроводности пены Х„:

Хп = г/3аХж+(1-а)ХЕ (2.14)

Где Я. ж н Хв—коэффициенты теплопроводности жидкой фазы и воздуха соот­ветственно; а — степень заполнения пены жидкой или твердой фазой.

После некоторых преобразований, приняв, что а=1/р для пен кратностью получим:

?-п = 2>.ж/зр + ?.в (2.15)

Уравнение (2.15) показывает, что коэффициент теплопровод­ности пей высокой кратности (|3>100) очень близок к Яв = = 2,38-Ю-2 Вт/(м-К). С уменьшением (3 коэффициент теплопро­водности пены увеличивается и в отсутствие воздуха (Р=1) полностью определяется тсплофнлпческнмн свойствам!! рас­твора.

Зависимость Xn=f(P) в соответствии с уравнением (2.15) имеет вид, изображенный на рис. 23. Поскольку расчет прово­дился для температуры 0°С, Яп при р=1 была принята равной теплопроводности льда при 0°С [Х=2,29-10_6 Вт/(м-К)]. Для сравнения на этом рисунке нанесены пересчитанные данные ра­боты Эйдена и др., а также значения А для снега различной плотности. Как видно из рис. 23, 5

Сходимость теоретических данных с ■п--------------------------------------------------

Экспериментальными вполне удов - !0 летворигсльна.

0,1

Рис. 23. Зависимость теплопроводности пен

От их кратности. О — значения К рассчитанные по уравнению 0,01 (2.15); Л —данные Эйдена и др.; X—Данные / Ю 100 1СС0 J3 МаисгольДа для теплопроводности снега.

Теплопроводность твердых пен существенно зависит от сте­пени газоиаполнеиня материала [75]: чем больше плотность пенопласта, тем выше и его способность проводить тепло. Однако в связи с тем, что теплопроводность пластмасс значи­тельно меньше, чем поды, и в особенности льда, А неноиластов при тон же кратности меньше, чем А водных пен.

В некоторых случаях более низкая теплопроводность пены по сравнению с теплопроводностью исходного пепообразующего раствора вызывает технологические затруднения. Так, при па­стеризации молока температура пены остается ниже температу­ры жидкого продукта и воздуха над ним на'несколько градусов в течение ~27 мин (при общей продолжительности пастериза­ции 30 мин) [76]. Для предупреждения возможности загрязне­ния продукта микрофлорой продолжительность процесса пасте­ризации приходится увеличить.

Количественное выражение для электропроводности пен по Мансгольду имеет вид [1]

Хж/и.. = 3ЛР (2.16)

Где хж н хп — удельная электропроводность впутрипленочнои жидкости и пе­ны соответственно.

Уравнение (2.16) используется для определения кратности пен по электропроводности [77]. В табл. 2 приведены данные, указывающие на удовлетворительную сходимость рассчитанных и экспериментальных значений электропроводности.

Для высокократных полиэдрических пен было обнаружено существенное отклонение экспериментальных данных по элек­тропроводности от рассчитанных по (2.16) [78]. Поэтому была предпринята попытка экспериментально определить числовой коэффициент уравнения (2-16) [79]. При исследовании пен кратностью 80—900 нз растворов ПАВ (в том числе со стабили­зирующими добавками п электролитом) было обнаружено, что этот коэффициент практически не зависит от вида ПАВ и его концентрации и составляет 2,56—2,85.

Следует отметить, что несоответствие некоторых эксперимен­тальных данных уравнению Манегольда (2.16) было отмечено в работе [80]. Это несоответствие объясняется структурой пу­зырьков пены, благодаря которой направление электрического

Рис. 24. Зависимость электропроводности 1%-иых растворов сульфоиата, со­держащих хлорид натрия (и), и пей из этих растворов (б) от температуры.

Тока соответствует не прямой линии, а извилистой, отвечающей форме пленок пузырьков. При внесении поправки на полиэдри­ческую структуру высокократной пены числовой коэффициент коррелирует с результатами экспериментальных исследивапнй.

Метод, основанный па измерении электропроводности пен, широко используется для исследования свободных тонких пле­нок (81].

Изучена электропроводность пен и пенообразующих раство­ров (сульфонол и сульфопат) в широком интервале температур, включая н отрицательные, с добавками хлорида натрия н ам­миака в качестве антифризов [40, 41]. Данные об электропро­водности исследованных пен и растворов на основе сульфоиата представлены па рис. 2-1. Почти все кривые я — / имеют излом при определенной температуре. Наличие этого излома ииьнспи - ется следующим. С понижением температуры увеличивается вяз­кость жидкости i|, что приводи г к умепьшешпо электропровод­ности согласно соотношении) Нлльден:»— 1 Ькмржемского:

У. ц = const

При температурах, близких к температуре замерзания дан­ного раствора, в нем образуется твердая фаза в виде кристал­лом, что приводит к резкому уменьшению электропроводности. Приведенная выше зависимость нарушается, что выражается более или менее резким перегибом кривых —t. Таким образом, излом свидетельствует о начале замерзания пены (раствора).

В условиях эксперимента снижение электропроводности обусловлено охлаждением пены и ее разрушением (истечением жидкости), которое увеличивает кратность пены [см. уравнение (2.16)]. Однако проверка показала, что даже при продолжи­те |ыюм «старении» ноны (до 12 мин) кратность, пропорцио­нальная y.Jv.n, увеличивается незначительно, поскольку истече­ние жидкости резко замедляется вследствие увеличения се няз- |остн (табл. 3).

Рис. 25. Зпнпснмость элекгроирооодно - е I л 1%-пых Pacruopou сульфонола НП-1, содержащих аммиак, от темпера­туры.

На рис. 25 приведены кривые электропроводности растворов сульфопола НП-1, содержащих аммиак, в зависимости от темпе­ратуры. Кривые для растворов, содержащих 6 и 12% аммиака, имеют излом в области темпера­тур, соответствующих температу­рам замерзания этих растворов. Раствор сульфонола, содержа­щий 24% аммиака, не замерзает вплоть до —28 °С. С увели ге­нием концентрации аммиака электропроводность растворов уменьшается, так как аммиак является слабым электролитом: CNHa, % 4,01 8,03 16,15 30,5

Х-102 (при 15°С), См-м~' 10,95 10,38 6,32 1,93

Изучено изменение электропроводности пен, полученных из растворов сульфонола, по мере их распада [41, 51]. Полученные данные показывают, что в течение первых двух минут электро­проводность пен вследствие истечения впутрипленочной жид­кости заметно снижается, а затем остается практически по­стоянной из-за резкого замедления скорости истечения жидко­сти. Следует отметить, что распад пены, не содержащей аммиак, протекает несколько интенсивнее по сравнению с пеной из раствора сульфонола с аммиаком. Некоторая стабилизация пены аммиаком объясняется, по-видимому, изменением мицел - лярного состояния раствора внутри пленок в присутствии ам­миака.

Изменение электропроводности, обусловленное процессами разрушения пены, хорошо согласуется с данными но изменению удельной поверхности пен во времени. Как было показано в ра­боте [67], удельная поверхность раздела фаз резко уменьшает­ся только в первую минуту после образования пены.

Математическая обработка экспериментальных данных [41] позволила получить эмпирическое уравнение для расчета элек­тропроводности сульфонольпо-аммначпых пен (в См-м ') и за­висимости от температуры (°С) и времени т (мин), прошедшего после образования пены:

Х = 10-з[(п/ + б)/т + с*-М] (2.17)

Коэффициенты в соотношении (2-17) зависят не только от концентрации аммиака и ПАВ, но и от таких факторов, как условия пенообразования (размер пор пластинки, екэрость по­тока воздуха).