Способ образования и обеспечения циркуляции пены в установке и система для применения этого способа - RU2191623C2

Чертежи

Показать все 9 чертежа(ей)

Описание

Область техники
Настоящее изобретение относится к способу образования пены из жидкой фазы и газообразной фазы, к способу обеспечения циркуляции пены в установке, а также к способу очистки установки за счет обеспечения циркуляции в ней пены.

Кроме того, настоящее изобретение относится также к системе для образования пены и к системе для образования и обеспечения циркуляции пены в установке.

Способ, осуществляемый в соответствии с настоящим изобретением, может найти применение, например, в качестве способа, предназначенного для очистки установки и/или ее дезактивации при помощи пены. Способы очистки и/или дезактивации, основанные на использовании жидкой фазы, при применении их в отношении установок большого объема, имеющих, например, сложную внутреннюю геометрию, связаны с необходимостью обеспечить удаление больших объемов сточных вод. Применение пены, содержащей одно или более очищающих и/или дезактивирующих веществ, обеспечивает существенное сокращение объемов получаемых при этом сточных вод.

Очистка и/или дезактивация установки осуществляется при этом посредством впрыскивания пены внутрь установки, которую предстоит очистить и/или дезактивировать, а также время от времени за счет обеспечения циркуляции пены внутри этих установок.

Способ, осуществляемый в соответствии с настоящим изобретением, имеет особо значительные преимущества применительно к очистке и/или дезактивации установок, работающих под низким давлением, к примеру, таких, каковыми являются пневматическая транспортная сеть для образцов, отобранных для проведения их анализа, вентиляционный контур или трубы, которые подвергались радиоактивному загрязнению.

Предшествующий уровень техники
В большинстве случаев образование пены производится посредством механического встряхивания, внезапного понижения давления газа, растворенного в жидкости, либо посредством нагнетания газа и впрыскивания жидкости под давлением во входную часть статической пористой среды.

Например, в описании изобретения к европейскому патенту ЕР-А-0526305 впервые раскрывается способ приготовления пены, состоящий в обеспечении пропускания газа под давлением через спеченную металлокерамическую пластину в присутствии раствора, причем этот раствор вместе с газом пригодны к образованию из них пены.

Кроме того, в этом же документе, на который выше приводится ссылка, описывается также и способ, предназначенный для очистки установки, при осуществлении которого пена подается внутрь установки и приводится там в движение под воздействием давления газа, используемого для образования пены. Объемная скорость потока газа и жидкости устанавливается таким образом, чтобы образование пены происходило в момент поступления их внутрь установки, независимо от характеристик упомянутой установки, которую предстоит очистить.

Однако способ приготовления пены и использование ее для очистки установки, который описывается в указанном документе, непригоден к применению его для очистки высокочувствительных установок и, в частности, таких установок, для которых категорически запрещается использование давления, величина которого превышает атмосферное давление.

Таким образом, назрела необходимость в создании такой системы образования и обеспечения циркуляции пены, которая работала бы при давлениях, величина которых соответствует атмосферному давлению или же меньше этого давления.

Изложение сущности изобретения
Целью настоящего изобретения является создание способа образования пены из жидкой фазы и из газообразной фазы, при осуществлении которого может быть образована однородная пена, имеющая очень мало воздушных мешков или же совсем не имеющая их.

Способ, осуществляемый в соответствии с настоящим изобретением, отличается от известных способов тем, что предусматривает выполнение операции, заключающейся в образовании пены посредством засасывания жидкой фазы и газообразной фазы через пористую внутреннюю облицовку.

Принцип, заложенный в основу способа, осуществляемого в соответствии с настоящим изобретением, состоит в том, что уже более не производится впрыскивание жидкой фазы и нагнетание газообразной фазы под давлением через пористую внутреннюю облицовку, а вместо этого производится засасывание их через поры или же пустоты внутренней облицовки за счет того, что ниже по потоку относительно этой внутренней облицовки устанавливается постоянное низкое давление.

Таким образом, газообразная фаза и жидкая фаза засасываются одновременно через внутреннюю облицовку под воздействием низкого давления. Следовательно, пористая внутренняя облицовка действует в качестве контактного фильтра между газообразной фазой и жидкой фазой.

При этом происходит образование смеси газообразной фазы и жидкой фазы в пористой внутренней облицовке, внутри которой возникают соответствующие поверхности раздела и, следовательно, происходит образование пены. Энергия, требующаяся для образования этой смеси и для создания поверхностей раздела, обеспечивается за счет потока жидкой и газообразной фаз, возникающего во внутренней облицовке под воздействием низкого давления.

Для того чтобы добиться получения пены постоянного однородного качества в момент выхода ее из внутренней облицовки, нужно соответствующим образом обеспечить регулирование различных переменных величин, каждая из которых играет свою роль в процессе образования пены при осуществлении способа, рассмотренного в приведенном здесь выше описании. К этим переменным величинам относится химический состав жидкой фазы, которая также называется пенообразующим раствором, объемная скорость потока жидкой фазы, приходящей в соприкосновение с пористой внутренней облицовкой, объемная скорость потока газообразной фазы, засасываемой под воздействием пониженного давления, геометрические параметры пористой внутренней облицовки, размещенной в соответствующей камере, а также геометрические параметры упомянутой камеры.

Химический состав пенообразующего раствора выбирается в зависимости от предполагаемого использования образующей пены. Эта пена, может, например, представлять собой очищенную и/или дезактивирующую пену для обрабатываемой ею установки, и/или промывную пену, ополаскивающую пену, либо пену, предназначенную для нанесения на внутренние поверхности установки соответствующей пленки, обладающей, например, поверхностно-активными или бактерицидными свойствами.

Качество пены может определяться, например, ее стойкостью, содержанием в ней влаги либо степенью ее вспенивания. Стойкость пены может определяться как время, требующееся для превращения какого-либо определенного объема пены в жидкость и газ. Содержание влаги в пене может определяться как соотношение между объемом жидкой фазы и объемом пены. Степень вспенивания F пены определяется при нормальных условиях по температуре и давлению в виде следующего соотношения (I):

Пена, обладающая постоянным однородным качеством, будет иметь постоянную степень вспенивания. В большинстве случаев пена, приготовленная в соответствии со способами, известными из существующего уровня техники, имеет степень вспенивания порядка 10-15 единиц. Степень вспенивания определяет собой также и величину, количественно характеризующую сокращение объемов получаемых в результате сточных вод, например, когда для очистки той или иной установки используется пена.

Кроме того, такой показатель, как степень вспенивания, позволяет также дать количественную оценку наличию воздушных мешков в образовавшейся пене и, следовательно, оценить качество этой пены.

Если образуемая пена предназначается для проведения очистки и/или промывки согласно способу, осуществляемому в соответствии с настоящим изобретением, в состав жидкой фазы могут быть также включены по меньшей мере одно пенообразующее поверхностно-активное вещество, обычно используемое для лучшего образования пены по меньшей мере одно стабилизирующее или же дестабилизирующее пену вещество, с помощью которого можно соответствующим образом изменять стойкость пены или же содержание в ней влаги, и/или по меньшей мере одно очищающее вещество, и/или по меньшей мере одно дезактивирующее вещество, и/или по меньшей мере одно промывное вещество для обрабатываемой этой пеной установки.

Если же образуемая пена предназначается для проведения операции ополаскивания той или иной установки, то тогда жидкая фаза может представлять собой водный раствор по меньшей мере одного поверхностно-активного вещества и по меньшей мере одного же дестабилизирующее пену вещества.

В составе пены, которая может использоваться при осуществлении способа в соответствии с настоящим изобретением, входящие в жидкую фазу вещества, в частности дестабилизирующее пену вещество, а также их количества подбираются таким образом, чтобы получит стойкость пены, составляющую 15-30 мин, и содержание в ней влаги 2-20%.

В качестве примера основных реактивов можно указать на такие из них, как NaOH, КОН и их смеси, к которым могут добавляться дополнительно какие-либо окислители, к примеру, такие, какими являются H₂O₂ или же ион перманганата.

В случае применения кислотных реактивов их концентрация в жидкой фазе может находиться в пределах, например, до 10 мол.л^-1, а в случае применения основных реактивов, их концентрация может, например, достигать 5 мол.л^-1.

Если в качестве кислотного реактива используется добавка H₂SO₄ при концентрации ее, превышающей 3 мол.л^-1, то тогда предпочтительно было бы ввести дополнительно в жидкую фазу также и какое-либо загущающее химическое соединение, увеличивающее вязкость получаемой смеси, например, такое, каковым является полиэтиленгликоль, в частности можно добавлять полиэтиленгликоль со средним молекулярным весом 6000 ед. Серная кислота ускоряет протекание процесса непосредственного осаждения жидкой фазы на поверхности раздела, отделяющей пузырьки газа от пены, но этот процесс можно замедлить, применив указанное загущающее химическое соединение.

В большинстве случаев концентрация загущающего химического соединения в жидкой фазе не превышает 1% по весу.

Жидкая фаза пены также содержит по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество, способствующее образованию пены, а предпочтительно было бы применять сразу два поверхностно-активных вещества, а именно: бетаин, в частности сульфобетаин, и простой алкиловый эфир олигосахарида. Взаимосвязанное применение этих двух поверхностно-активных веществ представляет особый интерес, потому что, находясь в смеси вместе с друг другом, они остаются поверхностно-активными, независимо от водородного показателя рН смеси, и, следовательно, пригодны к использованию как в нейтральной среде, предназначенной, например, для ополаскивания обрабатываемой установки, так и в кислой или же основной среде, то есть, так сказать, совместно с кислыми или же основными дезактивационными реактивами.

В большинстве случаев концентрация бетаина находится в пределах от 0,2 до 0,5% по весу, а концентрация простого алкилового эфира олигосахарида находится в пределах от 0,3 до 1% по весу.

Возможно, например, использование и сульфобетаина, к примеру, такого, какой продается фирмой "СЕППИК" под коммерческим названием "АМОНИЛ" (зарегистрированный товарный знак).

В качестве примера простого алкилового эфира олигосахарида, который может быть использован в качестве второго поверхностно-активного вещества, можно указать на продаваемый фирмой "СЕППИК" под коммерческим названием "ОРАМИКС CG110" (зарегистрированный товарный знак), а также на поставляемый на рынок фирмами ROHM и HASS под коммерческим названием "ТРИТОН CG60" (зарегистрированный товарный знак).

Как показано здесь в приведенном выше описании, содержание поверхностно-активных веществ и/или стабилизирующих или же дестабилизирующих пену веществ выбирается в зависимости от той стойкости пены, которую желательно было бы обеспечить при ее получении. Если образующаяся пена предназначается для очистки и/или же дезактивации какой-либо установки, то тогда содержание в ней дезактивационных и/или очищающих реактивов подбирается в зависимости от типа тех объектов, которые предстоит дезактивировать и/или очистить, а также от типа или от степени требуемой дезактивации и/или очистки.

В качестве примера жидкая фаза пены, например ополаскивающей пены, которая может использоваться согласно способу, осуществляемому в соответствии с настоящим изобретением, может быть получена из водного раствора, содержащего:
- от 0,2 до 0,5 вес.% бетаина;
- от 0,3 до 1 вес.% простого алкилового эфира олигосахарида, а также, но в необязательном порядке
- от 0,2 до 1 вес.% дестабилизирующего пену вещества.

В качестве еще одного примера жидкая фаза пены, например дезактивирующей пены, которая может использоваться в соответствии с настоящим изобретением, может быть получена из водного раствора, содержащего:
- от 3 до 6 мол.л^-1 серной кислоты;
- от 0,1 до 1 вес.% загущающего химического соединения;
- от 0,2 до 0,5 вес.% бетаина;
- от 0,3 до 1 вес.% простого алкилового эфира олигосахарида, и необязательно
- от 0,2 до 1 вес.% дестабилизирующего пену вещества.

В качестве другого примера жидкая фаза пены, например промывной пены, которая может использоваться в соответствии с настоящим изобретением, может быть получена из водного раствора, содержащего:
- от 3 до 5 мол.л^-1 NaOH;
- от 0,1 до 1 вес.% загущающего химического соединения;
- от 0,2 до 0,5 вес.% бетаина;
- от 0,3 до 1 вес.% простого алкилового эфира олигосахарида, и необязательно
- от 0,2 до 1 вес.% дестабилизирующего пену вещества.

Еще одной переменной величиной, которая оказывает свое влияние на качество пены, образующейся при применении способа, осуществляемого в соответствии с настоящим изобретением, является объемная скорость потока жидкой фазы, приходящей в соприкосновение с пористой внутренней облицовкой. Величина этой объемной скорости потока может устанавливаться при помощи соответствующего дозировочного насоса. В зависимости от требуемого качества образующейся пены обеспечивается соответствующая регулировка объемной скорости потока жидкой фазы с учетом как объемной скорости потока газообразной фазы, так и интенсивности засасывания жидкой и газообразной фаз через пористую внутреннюю облицовку. Кроме того, объемная скорость потока жидкой фазы должна также регулироваться и в зависимости от применяемой пористой внутренней облицовки, в частности в зависимости от размера пор, имеющихся в этой внутренней облицовке.

Качество образующейся пены может также зависеть от того, каким образом жидкость приходит в соприкосновение с указанной пористой внутренней облицовкой; принимая соответствующие меры, способствующие образованию грубой пены в момент соприкосновения жидкости с указанной пористой внутренней облицовкой, можно улучшить качество образующейся при этом пены. Следовательно, тот режим, в котором производится опрыскивание жидкостью поверхности указанной внутренней облицовки, оказывает свое влияние, которое может также приводить к более или менее однородному распределению. Приведение жидкой фазы в соприкосновение с внутренней облицовкой может осуществляться, например, при помощи распылительного сопла или даже просто путем установки соответствующей сетки на участке движения жидкой фазы с момента поступления ее в камеру и до прихода ее в соприкосновение с внутренней облицовкой.

Еще одной переменной величиной, которая оказывает свое воздействие на качество образующейся пены, является величина пониженного давлении, преобладающего в зоне, расположенной ниже по потоку относительно указанной пористой внутренней облицовки, причем именно под воздействием этого пониженного давления и происходит засасывание жидкой и газообразной фаз через пористую внутреннюю облицовку. Кроме того, объемная скорость потока образовавшейся пены также зависит от этой величины пониженного давления в зоне, расположенной ниже по потоку от указанной пористой внутренней облицовки. На практике величина указанного пониженного давления подбирается таким образом, чтобы при этом обязательно учитывались потери давления в пористой внутренней облицовке. Принимая это во внимание, можно при помощи соответствующего расходомера проконтролировать величину объемной скорости потока пены в момент выхода ее из пористой внутренней облицовки, а затем соответствующим образом отрегулировать этот поток при помощи соответствующей регулировочной системы, рассчитанной на работу в условиях пониженного давления.

Следующей переменной величиной, оказывающей свое воздействие на качество образующейся пены, получаемой при применении способа, осуществляемого в соответствии с настоящим изобретением, является тип пористой внутренней облицовки, применяемой в этом случае для образования пены. Эта внутренняя облицовка может быть выполнена в виде любой среды, обеспечивающей пропускание потока жидкой фазы и газообразной фазы через указанную пористую внутреннюю облицовку таким образом, чтобы при этом осуществлялось их смешивание между собой. Предпочтительно было бы, чтобы поровые отверстия в этой пористой внутренней облицовке равномерно распределены были бы по всему объему внутренней облицовки, причем предпочтительно было бы также, чтобы эти отверстия имели очень малый размер, например, от 100 мкм до нескольких микрон, что способствовало бы более тщательному смешиванию газообразной фазы и жидкой фазы между собой и позволило бы избежать образования в получаемой пене воздушных мешков. Однако поры, имеющие слишком малый размер, могут вызвать значительные потери давления.

В качестве примера такая пористая внутренняя облицовка может, на выбор, представлять собой либо стопку металлических сеток, либо трикотажную синтетическую ткань типа "ФОРАФЛОН" (зарегистрированный товарный знак), либо песок, либо диатомиты, либо перлиты, либо твердые сортированные шарики, либо какой-нибудь иной материал, имеющий соответствующие пустоты, необходимые для образования пены.

Предпочтительно было бы, согласно способу, осуществляемому в соответствии с настоящим изобретением, применять для этой цели сортированные шарики, например стеклянные бусинки. Тогда можно будет достаточно точно и с обеспечением воспроизводимости получаемых результатов соответствующим образом регулировать величину потерь давления в такой пористой среде за счет изменения толщины слоя бусинок, а также и диаметра бусинок. Применительно к слою сортированных стеклянных бусинок имеется возможность, прежде всего, взять за основу следующие два соотношения, действительные для несжимаемых, однородных, ньютоновских жидкостей.

Во-первых, это соотношение "ДАРСИ", которое связывает между собой объемную скорость потока U жидкой фазы, либо скорость движения жидкой фазы в м/с, вязкость μ жидкой фазы в Па•с, толщину z пористой внутренней облицовки, преодолеваемой жидкой фазой и газообразной фазой, в метрах, а также разность давлений ΔP в паскалях между давлением P₁ в зоне, расположенной выше по потоку относительно указанной пористой внутренней облицовки, и давлением Р₂ в зоне, расположенной ниже по потоку относительно этой пористой внутренней облицовки, и записывается в следующем виде U = B•ΔP/μ•z, где ΔP = P₁-P₂ и P₁>Р₂.

Коэффициент В выражается в м² и называется проницаемостью. Этот коэффициент характеризует собой данную пористую среду и находится в определенной зависимости от ее геометрии.

Во-вторых, это модель КОЗЕНИ-КАРМАНа, которая позволяет провести расчет проницаемости В пористой среды, состоящий из сортированных сфер. Математическое выражение, соответствующее этой модели, не будет рассматриваться подробно в приведенном здесь описании. Просто следует напомнить, что проницаемость несжимаемой, однородной, ньютоновской жидкости обратно пропорциональна квадрату диаметра сфер, образующих слой.

Например, для объемной скорости потока жидкой фазы, достигающей 100 л/ч, а предпочтительно - находящейся в пределах от 5 до 50 л/ч и проходящей сквозь пористую внутреннюю облицовку толщиной 0,08 м, образованную из стеклянных бусинок, имеющих диаметр 1,6 мм, пониженное давление, устанавливающееся в зоне, расположенной ниже по потоку относительно указанной пористой внутренней облицовки, может находиться в пределах между 5•10³ и 80•10³ Па, предпочтительно, в пределах между 30•10³ и 60•10³ Па.

Следующей переменной величиной, оказывающей свое воздействие на качество образующейся пены, является форма камеры, в которой размещена указанная пористая внутренняя облицовка. В этой камере может быть, например, предусмотрена возможность увеличения площади поверхности ее живого сечения при постоянной толщине внутренней облицовки, постоянной объемной скорости потока жидкой фазы и постоянной величине пониженного давления, благодаря чему происходит обогащение газовой смеси. Камера может быть закрыта крышкой, имеющей по меньшей мере одно отверстие, обеспечивающее поступление внутрь камеры соответствующего газа, выбранного для проведения процесса пенообразования, либо эту крышку можно будет снять в том случае, если в качестве газа, обеспечивающего пенообразование, используется наружный воздух.

Следовательно, объемная скорость потока пены, выходящей из пористой внутренней облицовки, будет также зависеть от геометрии камеры.

Применяя способ, осуществляемый в соответствии с настоящим изобретением, можно добиться образования пены, имеющей степень вспенивания, находящуюся в пределах от 5 до 40.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением газообразная фаза, используемая при осуществлении рассматриваемого способа, может представлять собой воздух, азот, кислород, какой-либо нейтральный газ, каковым, к примеру, является аргон или гелий, которые могут применяться с этой целью каждый в отдельности или в различных сочетаниях друг с другом.

Настоящее изобретение направлено также на создание способа, предназначенного для обеспечения циркуляции пены в обрабатываемой ею установке и предусматривающего проведение операции, состоящей в образовании пены посредством засасывания жидкой фазы и соответствующей газообразной фазы сквозь пористую внутреннюю облицовку, расположенную на первом конце указанной установки, в результате чего образовавшаяся пена поступает внутрь упомянутой установки и перемещается внутри нее вплоть до второго конца рассматриваемой установки, причем засасывание проводится путем создания пониженного давления внутри упомянутой установки благодаря отсасыванию находящейся внутри нее среды, осуществляемому на упомянутом втором ее конце и продолжающемуся за этим концом.

Таким образом, в соответствии с этим способом, под воздействием пониженного давления, создаваемого внутри обрабатываемой установки на упомянутом втором ее конце и поддерживаемого за этим концом, начинается засасывание жидкой и газообразной фаз внутрь установки сквозь пористую внутреннюю облицовку с последующем обеспечением циркуляции пены внутри указанной установки.

В соответствии с настоящим изобретением данный способ обеспечения циркуляции пены внутри установки может быть применен в совокупности с рассмотренным выше способом очистки установки при помощи очищающей пены. В этом случае жидкая фаза включает в свой состав одно или несколько очищающих веществ.

В том случае, если очистка установки также предусматривает и проведение ее промывки, жидкая фаза может содержать также какое-либо промывное вещество.

В соответствии с настоящим изобретением очищающая пена может представлять собой также и дезактивирующую пену, и тогда в этом случае она включает в свой состав одно или несколько разных дезактивирующих веществ.

Эти дезактивирующие вещества могут представлять собой, например, какие-либо предназначенные для обработки имеющих радиоактивное загрязнения поверхностей или же бактерицидные дезактивирующие вещества в зависимости от той конкретной установки, которую предстоит очистить.

В качестве очищающих и дезактивирующих веществ применяются указанные в приведенном здесь выше описании.

В соответствии с первым вариантом осуществления способа, являющегося предметом настоящего изобретения, отработанная пена может приниматься в сборный бак, располагающийся за вторым концом камеры, где и протекает процесс ее дестабилизации, происходящий естественным путем или же осуществляемый с применением какого-либо химического и/или механического метода. Протекающая естественным путем дестабилизация характерна для пены, обладающей ограниченной стойкостью, дестабилизация с применением химического метода обеспечивается посредством дополнительного введения в пену, находящуюся в указанном сборном баке, одного из дестабилизирующих пену веществ, указанных в приведенном здесь выше описании, а дестабилизация пены с применением механического метода проводится при помощи, например, ультразвукового генератора, центробежной машины или лопастной турбины.

В соответствии со вторым вариантом осуществления рассматриваемого способа, предназначенного для осуществления циркуляции пены в обрабатываемой ею установке, указанный способ может дополнительно предусматривать выполнение операций, заключающихся в сборе пены после выхода ее через второй конец установки, дестабилизация собранной пены, осуществляемой таким образом, чтобы снова получить из нее жидкость, а также в использовании по меньшей мере части упомянутой жидкости опять же в качестве жидкой фазы в процессе образования пены и обеспечения ее циркуляции в упомянутой установке. Этот вариант осуществления настоящего изобретения может быть также назван рециркуляционным режимом.

В соответствии с одной из предпочтительных разновидностей только что рассмотренного здесь второго варианта осуществления настоящего изобретения полученная жидкость может быть подвергнута соответствующей очистке перед использованием ее в качестве жидкой фазы в процессе образования пены. Цель этой очистки состоит, например, в том, чтобы применительно к соответствующим способам очистки и/или дезактивации обрабатываемой установки обеспечить удаление отходов, вымываемых оттуда при циркуляции пены в указанной установке. Такая очистка указанной жидкости может проводиться, например, при помощи соответствующих фильтров.

Кроме того, настоящее изобретение относится также и к соответствующей системе, предназначенной для образования пены с использованием способа, осуществляемого в соответствии с настоящим изобретением. Такая система содержит:
- камеру, содержащую по меньшей мере одно впускное отверстие и одно выпускное отверстие;
- пористую внутреннюю облицовку, размещенную на участке между впускным и выпускным отверстиями указанной камеры;
- средства для введения в упомянутую камеру соответствующей жидкой фазы и соответствующей газообразной фазы через упомянутое, по меньшей мере одно впускное отверстие;
- средство для засасывания упомянутой жидкой фазы и упомянутой газообразной фазы через указанную пористую внутреннюю облицовку, причем образующаяся в результате этого пена откачивается из упомянутой камеры при помощи указанного засасывающего средства через упомянутое по меньшей мере одно выпускное отверстие.

Указанная камера может иметь любую форму, например круглую форму, и выполняться из любого материала, который может подбираться в зависимости от применяемой пористой внутренней облицовки, используемых жидкой фазы и газообразной фазы, а также в зависимости от величины пониженного давления, создаваемого для того чтобы обеспечить образование пены. Предпочтительно, чтобы такая камера была непроницаемой.

В том случае, если в качестве газообразной фазы используется наружный воздух, такая камера может не закрываться.

Применяемая пористая внутренняя облицовка может быть, по-видимому, выполнена из материалов, указанных в приведенном выше описании.

Подающее средство, применяемое для ввода жидкой фазы в упомянутую камеру по меньшей мере одно впускное отверстие, может представлять собой дозировочный насос, обеспечивающей поступление жидкой фазы в эту камеру, причем указанный насос может быть снабжен соответствующим средством, предназначенным для замера величины объемной скорости потока жидкой фазы, например, это может быть расходомер. Такой насос может быть соединен с баком, предназначенным для приготовления и хранения жидкой фазы.

Для того чтобы обеспечить равномерное распределение жидкой фазы по поверхности пористой внутренней облицовки, могут быть применены распылительное сопло или же соответствующая сетка, причем предпочтительным является применение распылительного сопла. Это сопло или такая сетка, обеспечивая правильное распределение жидкости, способствуют образованию грубой пены поверх пористой внутренней облицовки, как только указанная жидкая фаза попадает на эту внутреннюю облицовку, благодаря чему улучшается качество образующейся при этом пены.

Средство, обеспечивающее подачу газообразной фазы внутрь упомянутой камеры, может включать в свой состав и соответствующее регулировочное средство, предназначенное для регулировки давления газа, поступающего в упомянутую камеру, а также - но не в обязательном порядке - и резервуар, предназначенный для хранения упомянутого газа.

В том случае, если в качестве газообразной фазы используется наружный воздух, то тогда засасывание жидкой и газообразной фаз сквозь пористую внутреннюю облицовку предусматривает засасывание наружного воздуха, в связи с чем выше по потоку относительно пористой внутренней облицовки может предусматриваться по меньшей мере одно впускное отверстие, выполняемое в стенке указанной камеры для пропускания внутрь нее наружного атмосферного воздуха и необязательно оборудованное соответствующим расходомером.

Засасывающее средство, предназначенное для засасывания упомянутой жидкой фазы и упомянутой газообразной фазы сквозь упомянутую пористую внутреннюю облицовку, или средство для создания пониженного давления, может представлять собой, например, вакуумный насос, необязательно оснащенный конденсационным горшком, причем этот насос способен обеспечить откачку образовавшейся пены из указанной камеры.

Рассматриваемая система может быть оборудована обыкновенным клапаном или же электромагнитным клапаном, предназначенным для установки и регулировки величины пониженного давления в зоне, находящейся в указанной камере ниже по потоку относительно внутренней облицовки. Система, выполненная в соответствии с настоящим изобретением, может быть также оборудована соответствующим измерительным средством, предназначенным для замера величины пониженного давления в упомянутой камере.

Кроме того, настоящее изобретение направленно также на создание системы, предназначенной для обеспечения циркуляции пены в обрабатываемой ею установке, причем указанная установка содержит первый конец и второй конец, и эти первый и второй концы ограничивают собой по меньшей мере какую-то часть указанной установки, внутри которой предполагается обеспечить циркуляцию пены, при этом указанная система содержит:
- систему образования пены, к примеру, такую, какая рассмотрена в приведенном здесь выше описании, а также
- герметизированное соединительное средство, расположенное между упомянутым по меньшей мере одним впускным отверстием камеры и первым концом указанной установки, причем засасывающее средство, предназначенное для засасывания упомянутой жидкой фазы и упомянутой газообразной фазы сквозь пористую внутреннюю облицовку, расположено со второго конца указанной установки, благодаря чему устанавливается пониженное давление в упомянутой части указанной установки, внутри которой предполагается обеспечить циркуляцию пены.

Рассматриваемая система, предназначенная для обеспечения циркуляции пены в обрабатываемой ею установке, позволяет получить особые преимущества применительно к операциям очистки и/или дезактивации упомянутой установки.

Камера, пористая внутренняя облицовка, подающее средство для ввода жидкой фазы в упомянутую камеру и подающее средство для подачи газообразной фазы в упомянутую камеру могут быть такими, какие рассмотрены в приведенном здесь ранее описании. Герметизированное соединительное средство может, например, представлять собой соответствующие уплотнения, рассчитанные на то, чтобы выдерживать воздействия на них химического состава образующейся пены, а также на то, чтобы противостоять воздействию пониженного давления, требующегося для образования пены посредством засасывания жидкой и газообразной фаз сквозь пористую внутреннюю облицовку.

Засасывающее средство, предназначенное для засасывания жидкой и газообразной фаз сквозь пористую внутреннюю облицовку и для обеспечения пониженного давления в упомянутой части указанной установки, внутри которой предполагается обеспечить циркуляцию пены, может быть одним из таких, какие рассмотрены в приведенном здесь ранее описании, а дополнительно такое средство может содержать конденсационный горшок. Кроме того, эта система может содержать также регулировочные и измерительные средства, рассмотренные в приведенном здесь выше описании.

Рассматриваемая система, предназначенная для образования пены и обеспечения циркуляции ее в обрабатываемой ею установке и выполненная в соответствии с настоящим изобретением, может также содержать и расходомер для пены, расположенный ниже по потоку относительно пористой внутренней облицовки, благодаря чему появляется возможность проводить замеры количества образующейся пены и в зависимости от результатов замера соответствующим образом регулировать величину пониженного давления, создаваемого в указанной установке, а также объемные скорости потоков газообразной и жидкой фаз, поступающих в камеру.

Эта система может дополнительно содержать соответствующий сборный бак, предназначенный для сбора отработанной пены, который располагается у второго конца обрабатываемой пеной установки. Кроме того, данная система может содержать также датчик давления, разгрузочный или коллекторный клапаны для жидкой фазы, образовавшейся в результате дестабилизации упомянутой пены.

В соответствии с настоящим изобретением указанная система может, кроме того, содержать также и соответствующее средство, предназначенное для сбора жидкости, образовавшейся в результате дестабилизации отработанной пены, которое располагается внутри сборного бака, предназначенного для сбора отработанной пены, и может быть дополнено соответствующим средством, предназначенным для перекачки упомянутой жидкости непосредственно к подающему средству, применяемому для ввода жидкой фазы в камеру системы, обеспечивающей образование пены.

В этом случае данная система может дополнительно содержать соответствующие разобщающие клапаны, а в состав ее может быть включена соответствующая система, предназначенная для перекачки указанной жидкости из сборного бака, предназначенного для сбора отработанной пены, непосредственно в соответствующий бак, предназначенный для приготовления и хранения жидкой фазы, используемой для образования пены. Упомянутая жидкость может быть затем введена при помощи соответствующего подающего средства, предназначенного для ввода жидкой фазы, в указанную камеру, содержащую пористую внутреннюю облицовку, например, это может быть сделано при помощи дозировочного насоса, обеспечивающего подачу жидкой фазы из бака, предназначенного для приготовления и хранения жидкой фазы.

В соответствии с настоящим изобретением указанная система может в данном конкретном случае работать либо в режиме однократного пропускания потока пены через обрабатываемую ею установку, либо в режиме рециркуляции пены.

Когда данная система, выполненная в соответствии с настоящим изобретением, работает в режиме однократного пропускания потока пены через обрабатываемую ею установку, отработанная пена собирается и храниться в соответствующем сборном баке, который может быть оборудован устанавливаемым в нем средством, способствующим дестабилизации отработанной пены, с тем чтобы ускорить возврат ее в жидкое состояние. Процесс дестабилизации пены может протекать естественным путем либо осуществляться в ускоренном темпе, например, при применении соответствующей механической системы, к примеру, одной из таких, какие рассмотрены были в приведенном здесь ранее описании, или же при применении каких-либо химических средств с использованием того или иного дестабилизирующего пену вещества, в частности, такого, каковым является, к примеру, спирт. Этот бак может затем опорожняться посредством слива жидкости через клапан, осуществляемого либо непрерывно, либо периодически.

В регенерационном режиме, который иначе называется также режимом рециркуляции, жидкость, образующаяся в результате протекающей естественным путем или же осуществляемой в ускоренном темпе дестабилизации пены, отработавшей в первый раз при прохождении ее потоком через установку, подвергающуюся, например, дезактивации и/или очистке, периодически или непрерывно регенерируется с отбором ее из сборного бака при помощи регенерационного насоса или же рециркуляционного насоса и повторно вводится в соответствующий бак, предназначенный для приготовления и хранения жидкой фазы, который соединен с дозировочным насосом, обеспечивающим подачу жидкой фазы.

В соответствии с настоящим изобретением рециркуляционный режим работы является особо предпочтительным для промышленного применения предлагаемой дезактивирующей системы.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением при применении режима рециркуляции может предусматриваться также наличие соответствующих средств, предназначенных для очистки регенерированной жидкости, которые размещаются в зоне, находящейся ниже по потоку относительного сборного бака, предназначенного для сбора отработанной пены, но выше по потоку относительно подающего средства, предназначенного для ввода жидкой фазы в камеру системы, обеспечивающей образование пены, например относительно соответствующего бака, предназначенного для приготовления и хранения жидкой фазы.

Прочие преимущества и характеристики настоящего изобретения станут более понятными при прочтении приведенного здесь ниже подробного описания, которое дано в качестве иллюстрации, не накладывающей каких-либо ограничений, и ведется со ссылками на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей
- Фиг. 1 представляет собой вид в поперечном разрезе на один из вариантов исполнения системы, обеспечивающей образование пены, в соответствии с настоящим изобретением.

- Фиг. 2 представляет собой схему, иллюстрирующую вариант исполнения схемы очистки, предназначенной для проведения очистки загрязненной установки, которая обеспечивает циркуляцию пены в этой установке с использованием при этом системы, обеспечивающей образование пены и обрисованной в общих чертах на фиг. 1.

- Фиг. 3 представляет собой график, иллюстрирующий влияние толщины слоя бусинок, составляющих пористую внутреннюю облицовку, на скорость циркуляции пены при постоянной величине пониженного давления в момент выхода ее из пенообразователя, выполненного в соответствии с настоящим изобретением.

- Фиг. 4 представляет собой график, иллюстрирующий влияние диаметра бусинок, составляющих пористую внутреннюю облицовку, на скорость циркуляции пены при постоянной величине пониженного давления для случая образования пены с применением способа, осуществляемого в соответствии с настоящим изобретением, в момент выхода ее из пенообразователя, выполненного в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 5 представляет собой график, иллюстрирующий влияние объемной скорости потока жидкой фазы на степень вспенивания пены при постоянной величине пониженного давления для случая проведения замеров применительно к двум разным значениям диаметра бусинок, составляющих пористую внутреннюю облицовку.

Фиг. 6 представляет собой график, иллюстрирующий влияние величины пониженного давления в зоне, расположенной ниже по потоку относительно пористой внутренней облицовки, на скорость циркуляции пены, образующейся при применении способа, осуществляемого в соответствии с настоящим изобретением.

Описание вариантов осуществления изобретения
Фиг. 1 представляет собой схему, иллюстрирующую один из вариантов исполнения системы 1, предназначенной для образования пены в соответствии с настоящим изобретением и содержащей камеру 3, пористую внутреннюю облицовку 5, размещенную в упомянутой камере 3, средства 9 и 11, при помощи которых в упомянутую камеру вводятся соответствующая жидкая фаза и газообразная фаза, пригодные для использования их с целью образования пены, а также соответствующее засасывающее средство 15, предназначенное для засасывания упомянутой жидкой фазы и упомянутой газообразной фазы сквозь пористую внутреннюю облицовку 5, причем образующаяся в результате этого пена откачивается из упомянутой камеры 3 при помощи указанного засасывающего средства 15.

Пористая внутренняя облицовка 5 составляется из сортированных стеклянных бусинок, между которыми остаются пустоты 7, через которые просачивается жидкая фаза.

Средства 9 и 11, обеспечивающие соответственно ввод жидкой фазы в указанную камеру и подачу внутрь нее газообразной фазы, и, в частности, средство 9, применяемое для ввода жидкой фазы в эту камеру, содержит соответствующее распылительное средство 13, предназначенное для распыления жидкой фазы в камере по поверхности пористой внутренней облицовки.

Фиг. 2 представляет собой схему, иллюстрирующую систему, предназначенную для проведения очистки загрязненной установки 20 при помощи пены, причем указанная установка 20 содержит первый конец 20а и второй конец 20b, при этом первый ее конец 20а и второй ее конец 20b ограничивают собой ту часть указанной установки 20, которую предстоит очистить при помощи пены. Эта система очистки содержит систему 1, предназначенную для образования пены, к примеру, такую, какая рассмотрена в приведенном здесь выше описании, герметизированное соединительное средство, расположенное между системой 1, предназначенной для образования пены, и указанной установкой, которую предстоит очистить, а также средства 30, 32 и 34, предназначенные для того, чтобы установить соответствующее пониженное давление в упомянутой установке. Эти средства 30, 32 и 34 представляют собой соответственно датчик давления, клапан, регулирующий давление и поддерживающий заданную его величину, а также вакуумный насос, предназначенный для того, чтобы установить соответствующую величину пониженного давления в установке 20 и системе 1.

Кроме того, данная система очистки содержит также резервуар 44, предназначенный для приготовления и хранения жидкой фазы. Предусматривается также наличие дозировочного насоса 48, который снабжен нисходящей трубкой 46, позволяющей забирать жидкую фазу из этого резервуара 44, после чего эта жидкая фаза направляется в систему 1, предназначенную для образования пены. Выше по потоку относительно этой системы, предназначенную для образования пены, располагается расходомер 50, предназначенный для контроля такой величины, как объемная скорость потока жидкой фазы, вводимой в указанную систему 1.

Рассматриваемая система очистки оснащена также разобщающим клапаном 24, размещенным на участке между системой 1 и установкой 20, а также расходомером 22, контролирующим величину объемной скорости потока пены и размещенным на участке между клапаном 24 и установкой 20, и еще, кроме того, сборным баком 26, предназначенным для сбора отработанной пены у второго конца 20b установки 20.

Сборный бак 26, предназначенным для сбора отработанной пены, содержит клапан 36, при помощи которого в установке может быть снова обеспечено атмосферное давление.

Образовавшись в системе 1 при засасывании соответствующих жидкой и газообразной фаз сквозь пористую внутреннюю облицовку, осуществляемом с помощью вакуумного насоса 34, пена проходит через установку 20 от первого ее конца 20а, выходя из которого она направляется по нисходящей трубной обвязке 28 в нижнюю часть сборного бака 26.

В соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, отработанная пена может накапливаться в указанном сборном баке 26 и, оставаясь там, подвергаться дестабилизирующему воздействию какого-либо химического дестабилизирующего пену вещества и/или какой-нибудь механической системы, к примеру, одной из тех, какие рассмотрены были в приведенном здесь ранее описании, что позволяет ускорить возврат ее снова к жидкой форме. Этот бак может затем опорожняться путем слива из него жидкости через клапан 38.

В соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения отработанная пена подвергается дестабилизирующему воздействию соответствующих химических и/или механических средств, находясь в сборном баке 26 и превращаясь там снова в жидкость, которая при помощи соответствующих средств, называемых рециркуляционными или же регенерационными средствами, направляется обратно к распылительному средству 9, причем эта жидкость снова используется для образования пены в качестве жидкой фазы.

В состав этих рециркуляционных средств входят, например, клапан 38, рециркуляционный насос 42 и трубопроводы 40, по которым эта жидкость направляется в резервуар 44, предназначенный для приготовления и хранения жидкой фазы, откуда она затем снова забирается при помощи нисходящей трубы 46, дозировочного насоса 48 и, проходя через расходомер 50, поступает в систему 1.

Этот второй вариант осуществления настоящего изобретения, или, иными словами, вариант, работающий в режиме рециркуляции, является особо предпочтительным для промышленного применения дезактивирующей системы и/или системы очистки, выполняемых в соответствии с настоящим изобретением.

В соответствии с одной из разновидностей этого второго варианта осуществления настоящего изобретения рассматриваемая система может также содержать дополнительно соответствующее устройство 52, предназначенное для очистки сточных вод, выходящих из сборного бака 26, проходя через которое жидкость освобождается от отходов, попавших в нее вместе с пеной в процессе очистки и/или дезактивации соответствующей установки, прежде чем поступит в бак 44 для хранения. Приток и отток сточных вод, поступающих в очистное устройство 52 и вытекающих из него, может, например, регулироваться при помощи клапанов 53.

Примеры работы системы, предназначенной для обеспечения циркуляции пены внутри очищаемой пеной установки, при образовании пены с помощью устройства 1, выполненного в соответствии с настоящим изобретением
В приведенных ниже примерах предусматривается в качестве жидкой фазы использовать водный раствор, содержащий:
- 0,8 вес.% вещества "ОРАМИКС СG110" (зарегистрированный товарный знак);
- 0,3 вес.% вещества "АМОНИЛ" (зарегистрированный товарный знак);
- 0,25 вес.% пентанола-2,
а в качестве газообразной фазы - воздух.

Камера, используемая в этих примерах для образования пены, имеет внутренний диаметр 30 мм, а очищаемая этой пеной установка представляет собой цилиндрическую трубу, имеющую внутренний диаметр, по существу, одинаковый с внутренним диаметром камеры.

Пример 1. Влияние толщины пористой внутренней облицовки на скорость циркуляции пены при постоянной величине пониженного давления.

В этом примере пористая внутренняя облицовка представляет собой слой сферических стеклянных бусинок диаметром 1,6 мм, а длина цилиндрической трубы составляет 4 м. Испытания были проведены при двух разных значениях толщины z слоя бусинок - соответственно 0,05 м и 0,08 м - и при постоянной величине пониженного давления, составляющей 15•10³ Па.

Для каждого отдельного испытания замеры скорости циркуляции пены V_m в м•с^-1 проводились по отношению к объемной скорости потока в л/ч для жидкой фазы Q₁, проходящей сквозь пористую внутреннюю облицовку.

В приведенной здесь ниже табл. 1 сведены воедино результаты, полученные для данного примера.

Фиг. 3 представляет собой график, иллюстрирующий эти результаты, где столбцы, обозначающие 60_a, 60_b, 60_c, 62_a, 62_b, и 62_c относятся к испытаниям, имеющим те же самые обозначения V_m - скорость пены в м/с и z - толщина слоя бусинок в м.

Эти результаты показывают, что скорость циркуляции пены обратно пропорциональна толщине пористой внутренней облицовки.

Пример 2. Влияние диаметра бусинок, составляющих пористую внутреннюю облицовку, на скорость циркуляции пены при постоянной величине пониженного давления.

В этом примере диаметр стеклянных бусинок, из которых состоит пористая внутренняя облицовка, составляет 3 мм или 1,6 мм, толщина внутренней облицовки z составляет 0,08 м, пониженное давление имеет постоянную величину, составляющую 15•10³ Па, а длина цилиндрической трубы составляет 4 м.

Проводятся замеры скорости циркуляции пены V_m в м/с внутри цилиндрической трубы.

В качестве жидкой и газообразной фазы использовались те же самые вещества, какие указаны в приведенном здесь выше описании для примера 1.

Отдельные испытания проведены были для разных значений объемной скорости потока жидкой фазы Q₁ в л/ч, проходящего сквозь пористую внутреннюю облицовку.

В приведенной здесь ниже табл. 2 сведены воедино результаты замеров, проведенных при подготовке данного примера.

Фиг. 4 представляет собой график, иллюстрирующий эти результаты, где столбцы, обозначенные 70_a-d и 62_a-c, относятся к имеющим те же самые обозначения испытаниям, результаты которых приведены в табл. 2.

Эти результаты показывают, что скорость циркуляции пены тем выше, чем больше диаметр бусинок, составляющих пористую внутреннюю облицовку.

Пример 3. Влияние объемной скорости потока жидкой фазы на степень вспенивания пены.

В этом примере в качестве жидкой и газообразной фаз использовались те же самые вещества, какие указаны в приведенном здесь выше описании для предшествующих примеров, а длина цилиндрической трубы составляет 4 м.

Испытания в этом примере проводятся для двух разных значений толщины z пористой внутренней облицовки: 0,08 м (испытания 80) и 0,11м (испытания 82). Диаметр бусинок, из которых состоит пористая внутренняя облицовка, составляет 0,003 м для всех испытаний, а пониженное давление имеет постоянную величину, составляющую 15•10³ Па.

Скорость циркуляции пены, наблюдавшаяся при проведении каждой группы испытаний, является постоянной, а именно: 0,15 м/с для испытаний 80 и 0,12 м/с для испытаний 82.

Проводятся замеры степени вспенивания F пены на выходе ее из контура, в зависимости от объемной скорости потока Q₁ жидкой фазы в л/ч.

В приведенной здесь ниже табл. 3 сведены воедино результаты, полученные для данного примера.

Фиг. 5 представляет собой график, иллюстрирующий результаты, приведенные в табл. 3, и где обозначения 80 и 82 относятся соответственно к испытаниям 80 и 82.

Эти результаты показывают, что при постоянной величине пониженного давления степень вспенивания F пены уменьшается, когда происходит увеличение объемной скорости потока Q₁ жидкой фазы. Таким образом, путем соответствующего подбора величины объемной скорости потока жидкой фазы можно определиться в отношении качества пены.

Пример 4. Влияние величины пониженного давления на скорость циркуляции пены.

В этом примере использовались жидкая и газообразная фазы, указанные в примере 1, длина цилиндрической трубы составляет 15 м, диаметр бусинок составляет 0,003 м, а толщина внутренней облицовки составляет 0,08 м.

При этом проводились замеры скорости циркуляции пены, в зависимости от величины пониженного давления, создаваемого в этом контуре.

В приведенной здесь ниже табл. 4 сведены воедино результаты, полученные для данного примера.

Фиг. 6 представляет собой график, иллюстрирующий результаты, приведенные в табл. 4.

На этой фигуре точка А получена была посредством экстраполяции линейного характера кривой 95.

Эта точка А соответствует минимальной величине пониженного давления ΔP в данном контуре, замеряемого относительно атмосферного давления, начиная с которой пена проявляет реологические свойства ньютоновского типа. В условиях, рассматриваемых в данном примере, ΔP = 43×10²Па.
Эти результаты показывают, что при постоянных характеристиках пенообразователя (диаметр бусинок, составляющих пористую внутреннюю облицовку, толщина пористой внутренней облицовки) скорость циркуляции пены представляет собой линейную функцию от величины пониженного давления. То

Реферат

Изобретение относится к способу образования пены из жидкой и газообразной фаз, к способу обеспечения циркуляции пены в установке, а также к способу очистки установки за счет обеспечения циркуляции в ней пены. Образование пены обеспечивается посредством засасывания соответствующей жидкой фазы и соответствующей газообразной фазы, из которых образуется пена, сквозь пористую внутреннюю облицовку. В способе циркуляции пены в установке циркуляция обеспечивается созданием пониженного давления за вторым концом установки. В способе очистки установки используют очищающую пену, полученную заявленным способом. Установка для образования пены содержит камеру с пористой внутренней облицовкой между впускным и выпускным отверстиями и средство для засасывания жидкости и газа через пористую облицовку. Установка для циркуляции пены содержит систему образования пены, соединительное средство и средство для засасывания жидкости и газа. Технический результат состоит в возможности образования и циркуляции пены при давлениях, равных или меньше атмосферного. 5 с. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил., 4 табл.

Формула