Образование пены в котлах
Рассмотрим, как протекает процесс образования пены в котле и какие факторы способствуют его интенсификации. Поверхностный слой в барабане котла представляет собой границу раздела жидкой и паровой фаз и обладает свойствами, которые несколько отличны от свойств котловой воды в ее толще. В поверхностном слое каждая молекула находится л од действием сил притяжения частиц, расположенных ниже поверхностного слоя, в то время как внутри жидкости частица находится под действием уравновешивающих друг друга сил притяжения окружающих ее со всех сторон других частиц. Односторонне действующие в поверхностном слое силы вызывают втягивание поверхностных частиц в глубь жидкости. Перемещение же частиц из внутренних слоев на поверхность может иметь место только при совершении некоторой работы, направленной на преодоление молекулярных сил. Важно отметить, что размеры воздушного пузырька уже на стадии его зарождения оказывают существенное влияние на процесс образования пены и ее устойчивость.
Следует отметить, что процесс пенообразование на поверхности воды при работе котла, негативно влияет на парообразование, поскольку понижается процесс теплоотдачи, что в свою очередь ведёт к понижению КПД котла.
Применение пен
Пены находят широкое применение во многих отраслях промышленности и в быту. Широко распространены в быту пенные моющие средства для ванн, чистки ковров и мебели. Огромное значение пены приобрели в пожаротушении, особенно при возгорании емкостей с легко воспламеняющимися жидкостями, при тушении пожаров в закрытых помещениях - в подвалах, на судах и в самолетах. Применяются пены для теплоизоляции, например, для предотвращения промерзания полигонов для добычи полезных ископаемых открытым способом в условиях крайнего севера.
Перспективно применение пены в текстильной промышленности.
Пенные технологии в производстве текстильных материалов являются ресурсо-, энергосберегающими, снижающими производственные затраты на 25-30%.
На стадии прядения пенные составы используются для увлажнения, антиэлектростатической обработки и замасливания волокон в ровнице. Пенный состав может наноситься при прохождении ровницы через пену или путем нанесения пены на ровницу с помощью специальных дозаторов.
Для стабилизации пен при пенной обработке ровницы используют поверхностно-активные вещества, входящие в обычные составы для антиэлектростатической обработки волокнистых материалов или для их замасливания.
Для снижения энергоемкости технологических процессов текстильного производства с целью уменьшения влагосодержания текстильных материалов представляет интерес использование пенных технологий крашения и заключительной отделки тканей, трикотажных полотен и проклеивания нетканых материалов. При осуществлении заключительных отделок по пенной технологии на 60-80% снижаются энергозатраты, практически полностью используются химические материалы, уменьшается расход воды, увеличивается производительность оборудования в результате сокращения времени сушки. Пенная технология эффективна при отбеливании и крашении текстильного материалов, их заключительной отделке, крашении трикотажных полотен, печатании декоративных тканей и т.д. Кроме того, пенные технологии можно считать экологически безопасными, так как применение пены позволяет резко сократить или полностью исключить образование сточных вод и уменьшить количество токсичных растворителей в составе печатных пенных красок по сравнению с эмульсионными. Состав пены текстильного назначения достаточно сложен, так как в нее должны входить пенообразователи и все основные компоненты, используемые для соответствующих видов отделок, такие каккрасители, катализаторы, полимерные добавки, модификаторы поверхности и т.д.
Возможны два варианта применения пены в технологии крашения – нанесение пены на движущееся полотно и использование пенной ванны, в которую помещают изделия или трикотажные полотна.
Интересным технологическим решением является окрашивание с помощью пен ткани в различные цвета с разных сторон. Для этой цели подбираются пенные композиции с низкой проникающей способностью в ткань. Следовательно, структура ткани должна быть достаточно плотной, а композиция - вязкой. В таких композициях наиболее перспективны пигментные красители, которые адгезионно закрепляются на поверхности волокон окрашиваемого материала в пленке связующего, например, латексного или термореактивной смолы. Одновременно с окрашиванием достигается эффект несминаемости ткани, повышается прочность окрасок к трению, улучшаются физико-механические и гигиенические свойстватканей.
Возможно применение пен и в технологии печати по текстильным материалом. В композиции могут включаться пигменты, дисперсные, активные икислотные красители. Количество загусток – водорастворимых полимеров в пенном составе - требуется меньше, чем в обычной эмульсионной печатной краске. Можно даже полностью исключить загуститель. Роль загустителя в таком составе выполняет высокодисперсная пена. Исключение загустителя при печатании пигментами позволяет получить мягкий гриф ткани и повысить прочность окраски к трению. Расход красителейснижается на 20-30%, значительно упрощаются операции зреления и промывки напечатанных тканей.
В отличие от пен, применяемых для крашения, пенный состав для печатания должен быть устойчивым при контакте с текстильным материалом. Характеристики окрасок пенными составами находятся на уровне эмульсионных печатных красок.
При нанесении пенного состава на сухую ткань ее влажность не превышает 30%, а при контакте пены с влажным материалом пена может даже всасывать влагу из ткани, в результате чего влажность полотна снижается от 70 до 30%. В результате этого расход энергии на сушку уменьшается в три раза.
Пены с твердыми тонкими стенками (аэрогели) широко используются для изготовления теплоизоляционных и звукоизоляционных материалов, пенопластов, спасательных средств и др.; к твердым пенам относятся также кондитерские пены, торты и др. Чрезвычайно велико значение стойкости пен в пожаротушении. Пена в качестве огнетушащего вещества для нефти и нефтепродуктов впервые предложена русским инженером А. Г. Лораном в 1904 году. Необходимость в появлении такого огнетушащего вещества была связана с неспособностью воды тушить эти пожары только за счёт охлаждения. До настоящего, времени отсутствует чёткость в понятии природы огнетушащих свойств пены. В качестве главного попеременно на первый план выдвигались либо изолирующие свойства пены, связанные в основном с природой ПАВ и стабилизаторов пенообразующих растворов, либо охлаждающий эффект жидкой фазы пены. Это объясняется тем, что оба эффекта протекают одновременно, а их вклад в тушение пожара зависит как от качества пены, так и от природы горючей жидкости (температуры кипения). Ведущая роль изолирующего свойства пены была подтверждена при использовании пены из синтетических фторсодержащих пенообразователей, когда наряду со слоем пены на поверхности углеводородной горючей жидкости образовывалась устойчивая плёнка, значительно усиливающая эффективность самой пены. Для этих пенообразователей также, как для синтетических углеводородных пенообразователей, подтверждается улучшение тушения при увеличении кратности пены. Аналогичные действия пены и плёнки отмечаются при тушении полярных (водорастворимых) горючей жидкости (например, спирт, ацетон и др.), когда один из компонентов пенообразователей коагулирует на поверхности жидкости, образуя прочную плёнку и усиливая изолирующее свойство пены.