Газовые эмульсин, представляющие собой дпеперепп газа в жидкости, по имеющие низкую концентрацию газовой дисперс­ной фазы (обычно несколько процентов по объему), существен­но отличаются от пен (высококонцентрированпых дисперсий га­за в жидкости) и обычных эмульсий. От пен газовые эмульсин отличаются большим расстоянием между пузырьками, обуслов­ливающим их независимое поведение.

Газовые эмульсин образуются в природных условиях п при различных технологических процессах. Так, разложение прочук - тов животного и растительного мира, сопровождающееся выде­лением метана, приводит к образованию газовых эмульсин в воде болот п прудов. Выход иа поверхность нефти может сопро­вождаться образованием газовых эмульсий. Из технологических процессов с образованием газовых эмульсий следует отметить кипение жидкостей, приготовление стекла, производство газиро­ванных вин и напитков и явление кавитации.

Образование и разрушение газовых эмульсий, их основные свойства определяются процессами роста и растворения пузырь­ков газа в жидкой среде, обусловленными тепло - и массопере - носом в системах газ — жидкость [363].

Методы получения газовых эмульсий в принципе не отли­чаются от методов получения пен. Ниже кратко отмечены спе­цифические особенности образования газовых эмульсий при выделении пузырьков из жидкой фазы.

К образованию газовых эмульсий приводит пересыщсппе растворов газа в жидкости в результате изменения состава жид­кой фазы или параметров ее состояния (температура, давление). Пересыщение достигается протеканием химических или микро­биологических процессов, сопровождающихся выделением га­зов, а также предварительным насыщением жидкости газом. Характер изменения степени пересыщеппя определяется усло­виями протекания реакции (рис. 93).

Газовая фаза выделяется сначала на твердых, плохо смачи­ваемых поверхностях и лишь в незначительной степени — в объ-

Рис. 93. Основные кинетические закономер­ности изменения степени пересь'-цения £/?ыакс системы при различных мета; ах об­разования газовых эмульсий [3G3J:

/ — из пересыщенного раствора газа; 2— при про­текании химической реакции в гомогенных усло­виях; 3 — то же в гетерогенных условиях с по­степенным расходованием одного из исходных продуктов; 4 — то же при избыточном количестве исходных продуктов 5>макс — максимальная степень пересыщения.

Z

Еме. Образующиеся пузырьки газа отрываются от поверхности в момент, когда подъемная сила пузырька превысит силу сцеп­ления с поверхностью. Пузырьки, образующиеся в объеме, всплывают сразу же, вследствие чего диаметр таких пузырьков значительно меньше, чем выделившихся у поверхности. Размер пузырьков зависит также от растворимости газа: при высокой растворимости газа размер пузырьков больше, чем при низкой растворимости [363].

Газовые эмульсин разрушаются в основном в результате се­диментации, которая вследствие значительной разницы в плот­ностях фаз протекает с большой скоростью. Если время жизни даже малоустойчивых пен составляет минуты, то для разруше­ния газовых эмульсин в маловязких жидкостях достаточно не­сколько десятков секунд. Скорость разрушения газовых эмуль­сий можно рассчитать, используя уравнение Стокса. Для воды при комнатной температуре скорость всплывания пузырьков f~3-104 г2, что для частиц радиусом 0,1 мм составляет и=3 см/с.

Результатом седиментации является расслоение эмульсии на три слоя (снизу вверх): дегазированная жидкость, разбавлен­ная эмульсия и пена. Скорость расслоения зависит от вязкости среды — чем больше вязкость, тем больше продолжительность расслаивания. Другие механизмы разрушения газовых эмуль­сий либо реализуются с высокой скоростью одновременно с се­диментацией (коалесценция), либо протекают медленно (диф­фузионный перенос газа) и поэтому не имеют существенного значения для разрушения газовых эмульсий в маловязких жид­костях.

Газовые эмульсии образуются при переработке полимеров. При производстве некоторых материалов (пористые пластики и резина) это явление желательное, и поэтому в полимерный материал добавляют специально различные газообразователи или газообразные вещества. Если образование газовых эмуль­сий нежелательно, используют различные методы их разруше­ния. Разработаны специфические способы дегазации газовых эмульсий, образующихся в высоковязких жидкостях. Такими способами являются дегазация в толстом слое (включая ис­пользование пониженного давления), дегазация в тонком слое
(при расплавлении, движении по наклонной плоскости, диспер­гировании в виде струй и капель), в поле центробежных сил, при кнпеннп растворителя под вакуумом и дегазация под дав­лением [363]. ,

В движущейся жидкости в зонах пониженного давления возникает явле­ние кавитации Вследствие иарообразовация и выделения воздуха в непре­рывной жидкой среде образуются мельчайшие парогазовые пузырьки. Обра­зовавшийся кавнтацноиный пузырек растет до определенных размером, а за­тем резко «схлонывается». источниками (или ядрами) формирования кавп - тациоипых пузырьков служат твердые частицы, микропузырькн тазов. Ка­витация проявляется в потоках жидкости с высокой степепыо турбулентности (в насосах, турбинах, соплах и др)

Полный термодинамический цикл кавнтационного пузырька включает две фазы: его расширение и «схлопывание». Этот цикл вызывает эрозию материа­лов, из которых изготовлены узлы машин и механизмов. Основными путями борьбы с кавитационной эрозией являются применение устойчивых к ней материалов, улучшение кавитациониых характеристик движущихся узлов (создание суперкавитирующих крыльев, насосов, турбин) за счет изменения конструктивных параметров элементов, использование защитных покрытий, создание материалов, сочетающих в себе твердость и пластичность

Положительные свойства кавитации используют для получения газовых эмульсий ультразвуковой обработкой жидкостей. Кавитация под действием ультразвука повышает интенсивность выделения газовой фазы.