Барботирование газа и перемешивание среды, применяемые в ряде технологических процессов, вызывают накопление пены на поверхности жидкости. Высота слоя иены (ее объем) зависят - от соотношения скоростей образования и разрушения пены. Объем пены V, получающийся при барботировании, определяет­ся расходом газа Q и стабильностью пены т (эквивалентной среднему времени «жизни» пузырька), т. е. V= QrT

Если объем пепы увеличивается за счет перехода в нее лишь некоторой части подаваемого в систему газа, го приращение объема ее Д1Л за время Ат составит:

Д= UQAt Где и — доля газа, перешедшего и пену.

Величина а зависит от многих факторов. В процессах с ме­ханическим перемешиванием, когда удельные расходы газа не­велики, пузырьки малы по размерам и равномерно распределе­ны по сечению аппарата, а образуемая пена имеет достаточно - высокую устойчивость, в пену переходит весь барботнруемый газ, т. е. а=1 [364].

Как уже было указано, разрушение пены обусловлено исте­чением внутрипленочпой жидкости, разрушением пленок пены и диффузией газа. В результате протекания этих процессов слои пены, находящийся на поверхности жидкости, при отсутствии аэрации постепенно разрушается. Объем пены ДУг, разрушив­шейся за время Дт, в первом приближении можно принять про­порциональным общему объему пены V [364], что не противо­речит опыту [1]. Тогда

Л

Где K — коэффициент пропорциональности характеризующий скорость разру­шения пены.

Так как образование и разрушение пены протекают одновре­менно, общее прирашение объема ДУ, равное разности (Д1Л—ДУ2) при а=1, составит:

DV/di = Q — kV (12.1)

Уравнение (12.1) показывает, что скорость прпращеппя объема пепы максимальна в начале процесса. По мере увеличения об­щего обьема пепы скорость прпращеппя синжае1ся. N ровспь пепы стабилизируется при условии равенства скоростей образо­вания п разрушения пепы. В этом случае dV/dx = 0, а объем пе­пы достигает некоторого стабильного значения VCt=Q/k.

Таким образом, значение стабильного объема пены пропор­ционально степени барботирования или объемной скорости газа. Отсюда следует, что ценообразование можно регулировать пу­тем изменения расхода газа. Однако это требование па практи­ке не всегда может бьпь выполнено. Для принудительною под­держания высоты слоя пепы в аппарате на уровне, меньшем, чем тот, который соответствует стабильной высоте пены для данной скорости газа, применяют различные способы борьбы с Пеной.

Пепообразованне в замкнутом объеме сопровождается уно сом жидкости и растворенных и взвешенных в пей веществ. Степень уноса определяется свойствами веществ, высотой сепа­рирующего пространства н скоростью движения паровой (газо вой) фазы [365].

Условие разрыва пузырька с образованием капель опреде­ляется соотношением [366]

G ^ mh - - kSa

Где гп и H — масса капли ч высота се подъема; 5 — поверхность разрывающе­гося пузырька, генерирующего капли; K — коэффициент.

Количество уносимой жидкости можно ориентировочно вы­числить, исходя из следующих соображений. В системах с уста­новившимся режимом, когда объем пепы на поверхность рас­твора остается постоянным, общий объем пузырьков, разрушаю­щихся в верхнем слое пены в единицу времени, равен расходу барботнруемого газа Q:

Q = nndJ/0 (12.2)-

Где п — число разрушающихся пузырьков; D — средний диаметр пузырька.

Уравнение (12.2) справедливо при соблюдении условия: доля газа, переходящего в пену, равна 1.

Пузырьки, расположенные в поверхностном слое столба пе­пы, представляют собой многогранники, причем верхняя пленка каждого пузырька имеет форму сегмента. Приняв для упроще­ния поверхность разрывающегося пузырька в виде полусферы и введя коэффициент (3, учитывающий геометрические параметры разрывающегося пузырька, общий объем жидкости, генерируе­мый разрывающимися пузырьками V», можно определить по уравнению

VK = rmd*№/2 (12.3)

Где 6 — конечная толщина плепкн пузырька перед разрывом.

Подставив значение п из уравнения (12.2) в ((12.3), полу­чим:

V« = 3QP6/J (12.4)

Учитывая, что на поверхности жидкости образуется плотно упа­кованный слой полусфер равновеликих пузырьков, получим ^<0,5. Поэтому только около половины верхней полусферы пузырька может разрушаться с образованием капель, которые могут быть унесены эвакуируемым газом. Тогда

V>K = L,5Q6/D (12.5)

Таким образом, для определения максимально возможной величины капельного уноса необходимы данные о среднем диа­метре пузырька в поверхностном слое и толщине пленки пузырь ка перед разрывом.

Средний диаметр пузырьков, оказавшихся па поверхности слоя пены, оценить крайне трудно, поскольку он определяется свойствами среды, конструкцией барботера, высотой столба жидкости и т. д. Это относится также и к средней толщине плен - км пузырька. Поэтому без - жсперпмспталыюю определенны но личин d и й можно получить лишь крайне приближенные пред стаилеппя о количестве уносимой жидкости, если лада1ь неко­торые разумные значения этих параметров. Расчетные данные о максимальном брызгоупосе составляют [51J от I до -13 л/ч при Q=L— 5 м3/мин, 6=0,3—1 мкм, D= 1—4 мм.

В ряде работ (см., папрнмер, [367]) изучали кинетику пено­образования в замкнутых системах с помощью автоматической записи кривых подъема столба пены и разрушения ее. Приме­нительно к ценообразованию культуральных жидкостей получено уравнение

Li = (kl/kJQViMU-e-kit)

Где It — высота иены ко времени т; Лш — пысотя слоя жидкости; /.•, н К — коэффициенты пропорциональности, характеризующие скорость образования п разрушения пепы.

Экспериментальные исследования показали пригодность принятой модели для описания пенообразования различных культуральных жидкостей.