Исследования акустического метода пеногашения показали [476], что при разрушении столба пены в ней образуется круг­лое отверстие в результате вибрации пузырьков и их 'разрыва;

Ннтенснвность пеногашеиня находится в обратной зависимости от частоты звука (по крайней мере, в пределах 5—15 кГц).

Полагают, что разрушение пены под действием ультразвука обусловлено акустическим давлением, индуктированной резо­нансной вибрацией в пузырьках и некоторыми другими явле­ниями. В зависимости от частоты звука и его мощности преоб­ладает акустическое давление (разрушение пены при средних и высоких частотах, около 2000 Гц, и высокой интенсивности) и акустическое давление и резонансная вибрация (при низкой частоте и высокой интенсивности).

Пеногашение может иметь место даже тогда, когда между источником звука и обрабатываемой средой находится тонкая мембрана. В этом случае воздух, выходящий из генератора, не вступает в контакт с воздушным пространством над обрабаты­ваемой пенящейся средой. Однако при этом эффективность пе­ногашения снижается на 50%. Для обеспечения эффективного акустического пеногашения в вязких средах применяют источ­ники звука с частотой от 0,7 до 30 кГц. Уровень интенсивности звука должен составлять 145—150 децибел.

Низкочастотное пеногашение экономически выгодно, однако приборы для пеногашения с низкой частотой звука не всегда надежны, н поэтому их нельзя использовать для разрушения быстро поднимающихся пен. Кроме того, при низкой частоте звука большие помехи представляет шум.

Описано устройство для ультразвукового пеногашения на основе пневматической сирены. Звуковые волны отражаются от рефлектора и в виде плотного пучка падают на поверхность пенного слоя, разрушая его. Для разрушения столба пены диа­метром 12 см и высотой 8 см требуется всего 4 с.

Акустический способ пеногашения применяют в различных отраслях промышленности. Так, для подавления пены водного экстракта кофе используют приборы, генерирующие звуковые колебания с частотой от 10" до 106 Гц. Описаны установки для предотвращения пенообразования при дистилляции полупродук­тов н красителей, в которых используют звуковой генератор с частотой 12 кГц и небольшой мощностью. Одна из американских фирм выпускает высокочастотное устройство для гашения пены в различных аппаратах (обработка растворов моющих средств, фармацевтических полупродуктов и др.). В этом устройстве в качестве источника звука применяется форсунка, работающая при давлении воздуха 2,13-105 Н/м2 и создающая колебания с частотой 12 кГц. Для разрушения минерализованной пены, об­разующейся при флотации руд на обогатительных фабриках, разработаны отечественные ультразвуковые пеноразрушителн УАДП-В-1 н УАДП-В-2 высокой производительности (расход сжатого воздуха составляет 1—1,5 м3 на 1 м3 пенного продук­та). Оба образца прошли промышленные испытания на обога­тительных фабриках, показав высокую эффективность.

Акустические средства борьбы с пеной, например свисток

Гартмапа, применяюIoi при проведении фермеп гацппппы. ч про­цессии 1^477J. Колебания u свистке возбуждаюicn Воздушной струей, вытекающей нз сопла, при ударе ее о края полости ре­зонатора.

Акустический метод из-за значительных звуковых помех мо­жет быть применен для разрушения пены небольших объемов па ограниченной площади.

Предложены другие способы разрушения пены. Так, извест­но, что радиоактивные излучения способны разрушать пленки пепы [478], проявляя прп этом специфическое действие. Напри­мер, нейтроны от полопнй-берпллпевого источника (2-105 част/с) разрушают пену, приготовленную из раствора лаурилсульфата натрия с хлоридом натрия, в течение 30 мин. Однако разрушение практически не происходит при активности 3-104 част/с. Источ­ник а-частиц той же активности (плутоний-239) разрушает пе­ну за несколько секунд. Поток (3-частнц интенсивностью 1-Ю9 част/с практически не разрушает пену.

Кроме того, разрушение пен может быть достигнуто под дей­ствием пучка ускоренных электронов [481]. Механизм разруше­ния пен а-частпцамп отличен от механизма самопроизвольного распада пеп. Поэтому пены могут быть индикаторами а-частиц, а доза, обусловливающая разрушающее действие, характеризует свойства пленок пены. Принудительное разрушение пены а-ча - стицами используется для определения стабильности пен.

Может оказаться эффективным метод пеногашения с по­мощью электрического тока напряжением 300 В [482]. Предло­жен метод разрушения коллоидных систем, в том числе и пен,, который основан на контактировании разрушаемой системы со смесыо порошков, составляющих гальваническую пару с раз­ностью потенциалов не менее 1 В. Однако этот метод пока еще не нашел практического применения.

Несмотря па многообразие приемов и средств нехнмпческих способов борьбы с пепообразова - ^ см нием, используемых в различных отраслях промышленности, все опн обладают теми или иными недостатками, которые либо ограничивают их применение, либо вообще не позволяют их ис­пользовать в некоторых систе­мах. Учитывая определенные до­стоинства химических пеногасите­лей, видимо, следует считать це-

Рнс. 105. Комбинированное леновне хи­мического п механическою пепотасте - лей [483]:

1 — без пеногашения; 2 — механическое пено­гашение; 3 — XHM1 ческое пеногашение; 4 — Комбинированное пеногашение.

Таблица SO. Эффективность некоторых нехимических пеноразрушителей Режим работы Разрушитель пены Даплени воз­духа р Ю-5, Н/м[3] Расход воз­духа или жидкости, мЗ/ч Частота вра­щения. мин-', частота зву­ка (кГц) Потребляе­мая мощ­ность, кВт Удаление разру­шителя от по­верхности пены, см Область при­менения Эффективность разрушения пены, м3/ч Лите­ратура Механический (гори­зонтальный ротор с радиальными лопас­тями) — — 1000—1450 0,54—2,16 — Фермента­ционные процессы 50 [484] Механический (вра­щающееся лопастное устройство) - —— - 3 Пена раз­рушается в верхней ча­сти аппара­та То же Из пены вы­деляется 0,05 м3/ч жидкости [485] Механический (вра­щающаяся турбинка на валу мешалки) 160-250 0,2—0,8 Пеноразру­шитель по­гружен в пену Фермента­ционные процессы Обеспечи­вает нор­мальное ведение технологи­ческого про­цесса Механический (вра­щающаяся турбина С 3-мя лопастями) 1200 0,25 Пеноразру­шитель по­гружен в пену Сточные воды 10,8 [486]

Обеспечива­ет нормаль­ную работ> дрожже - растнль - ного чана

1,0

Среда для культиви­рования дрожжей

У поверхно­сти пены

380

5-ИО (питатель­ная среда)

Гндромеха нически й (вращающаяся турби­на с 6-ю лопастями; подача среды на тур­бину)

До 1000

Сточные воды

Пеноразру­шитель по­гружен в пену

Незначитель­на

750

Механический (пер­форированный ротор)

1500—2500

13—15 То же

200—400

1,28—1,72

Механический зжек - торный (горизонталь­ный)

8,6

Растворы ПАВ

17

0,08

11,3

30

3,1

Ультразвуковой (сви­сток с резонатором)

0,03

0,21

340

0,77

Ультразвуковой (с пневматической сире­ной)

Лесообразным применение комбинированных способов, напри­мер сочетание химических нсногаспгелеп с механическими раз­рушителями пеиы.

Об этом свидетельствуют исследования Р. Д. Сонфера и В. В. Кафарова, которые изучали условия образования и разрушения пен в аэрируемых сре­дах [483]. Они предложили уравнение, выражающее концентрацию с тазовой фазы в таких средах как функцию основных гидродинамических факторов:

С = В (А)т K

Где Вит — постоянные; K — коэффициент, учитывающий влияние конструк­ции аппарата, свойств жидкости и т. д.; А — функция плотности и поверх­ностного натяжения аэрируемой жидкости, расхода воздуха Q, частоты вра­щения п и диаметра мешалки, а также отношения высоты, слоя жидкости к диаметру аппарата.

Величина А определяет интенсивность аэрации и перемешивания системы в технологическом аппарате (для одной и той же системы, заполняемой в аппараты одинаковой конструкции до постоянного уровня):

A—f(Q, П)

График зависимости приращения высоты слоя пены Д/i от интенсивности аэрации и перемешивания А, построенный в логарифмических координатах, представляет собой прямую линию с наклоном, величина которого опреде­ляется свойствами жидкости (рнс. 105). При этом чем круче поднимается прямая, тем больше пенообразующая способность жидкости. Процесс пенога­шения химическим пеногасителем описывается прямой с меньшим углом на­клона, а разрушение механическим пепоразрушителем характеризуется прямой с еще меньшим углом наклона. Однако оба этн способа пеиогашення, приме­ненные в отдельности, в ряде случаев не обеспечивают получения стабильного уровня пены. Лишь при совместном применении и химического, и механиче­ского способа неногашеиня достигается постоянный уровень пепы (горизон­тальный участок прямой).

Принцип смешанного пеногашения положен в основу дейст­вия аппаратов фирмы «Alfa-Laval» (Швеция). В одном из та­ких устройств используется механический пеноразрушитель, вы­полненный в виде циклона, встроенного в газоотвод ферментера, в котором смесь газов и пены подвергается разрушению на со­ставляющие фазы. Газы удаляют из установки, а отделившуюся жидкость возвращают в чан, в зону наиболее интенсивной по­дачи воздуха. Ввод в ферментер пеногасящей жидкости обеспе­чивается перепадом между фактическим давлением в аппарате п заданным давлением, что позволяет избежать перегрузки цик­лона и соответственно чрезмерного вспенивания жидкости, а с другой стороны, поддерживает пенообразованне на требуемом минимальном уровне. Таким образом, циклон и автоматическая подача пеногаентеля гарантируют минимальный его расход.

В табл. 30 приведены данные об эффективности некоторых нехнмических способов разрушения пены, а также о режимах работы соответствующих устройств.

[1] Относительная погрешность рассчитана с доверительной вероятностью 0,95.

[2] Раздел написан совместно с В. Ф. Кругловым,

[3] Scliwarz H. — Rec. trav. chim., 1965, v. 84, № 5, p 771—781; Fette, Seifen,

Anstrichm., 1964, Bd. 66, № 5, S. 380—383.