КАВИТАЦИОННАЯ ОБРАБОТКА ЖИДКИХ СРЕД
  Задание на разработку.  Контакты.  Новости.  
 
 
 



Патенты, дипломы и сертификаты
Технология восстановления мазута
Ресурсосберегающая технология приёма и хранения мазута
Ресурсосберегающая технология сжигания мазута
Ресурсосберегающая технология замещения мазута
Снижение экологической нагрузки
Технология предкрекинговой обработки нефти
Технология обработки нефти при трубопроводной транспортировке
Энергосберегающая технология получения ПБВ
Используемое оборудование
Схемы подключения
Инжиниринг


Получить брошюру (PDF)


Общие сведения о технологии гидродинамической кавитационной обработки жидких сред и устройстве для ее осуществления

Кавитация (по данным БСЭ)- образование в жидкости полостей, заполненных газом, паром или их смесью (так называемых кавитационных пузырьков, или каверн). Кавитационные пузырьки образуются в тех местах, где давление в жидкости становится ниже некоторого критического значения pkp (в реальной жидкости pkp приблизительно равно давлению насыщенного пара этой жидкости при данной температуре). Если понижение давления происходит вследствие больших местных скоростей в потоке движущейся капельной жидкости. то Кавитацию называют гидродинамической, а если вследствие прохождения акустических волн - акустической.

Гидродинамическая кавитация. Поскольку в реальной жидкости всегда присутствуют мельчайшие пузырьки газа или пара, то, двигаясь с потоком и попадая в область давления р < ркр, они теряют устойчивость и приобретают способность к неограниченному росту. После перехода в зону повышенного давления и исчерпания кинетической энергии расширяющейся жидкости рост пузырька прекращается и он начинает сокращаться. Если пузырёк содержит достаточно много газа, то по достижении им минимального радиуса он восстанавливается и совершает нескольких циклов затухающих колебаний, а если газа мало, то пузырёк захлопывается полностью в первом периоде жизни. Т. о., вблизи обтекаемого тела (например, в трубе с местным сужением) создаётся довольно четко ограниченная "кавитационная зона", заполненная движущимися пузырьками.

Сокращение кавитационного пузырька происходит с большой скоростью и сопровождается звуковым импульсом (своего рода гидравлическим ударом) тем более сильным, чем меньше газа содержит пузырёк. Если степень развития кавитации такова, что в случайные моменты времени возникает и захлопывается множество пузырьков, то явление сопровождается сильным шумом со сплошным спектром от нескольких сотен гц до сотен и тысяч кгц. Если кавитационная каверна замыкается вблизи от обтекаемого тела, то многократно повторяющиеся удары приводят к разрушению (к так называемой кавитационной эрозии) поверхности обтекаемого тела (лопастей гидротурбин, гребных винтов кораблей, крыльчаток и патрубков насосов и др. гидравлических устройств). Однако, не смотря на проявляемые отрицательные воздействия в гидравлике, в ряде областей промышленного производства и технологий кавитационные процессы и явления могут и должны иметь практическое использование.

Технология гидродинамической кавитационной обработки жидких сред может с успехом применяется для интенсификации и снижения энергоемкости, а также улучшения выходных показателей качества процессов гомогенизации и диспергирования при производстве стойких эмульсий и суспензий из взаимно нерастворимых и естественным путем не смешиваемых жидкостей, либо жидкостей и твердофазных включений различного происхождения (например, мазута и воды, воды и битума, расплава парафина и воды, воды и жиров растительного и животного происхождения, воды и угольного порошка, других компонентов).

Гидродинамическая кавитационная обработка может применяться для изменения физико-химических, бактериологических и органолептических свойств условно однофазных жидкостей, например воды, для ее обеззараживания или безреагентной очистки от загрязнений.

При гидродинамической кавитационной обработке нефтепродуктов может обеспечиваться депарафинизация и улучшение эксплуатационных показателей топлив (например, снижение температуры замерзания и помутнения, повышение цетанового индекса, снижение потребных концентраций химических реагентов и добавок при компаундировании моторных топлив).

Гидродинамическая кавитация при соответствующей отработке технологических режимов может обеспечить интенсификацию протекания химических реакций и физических процессов в различных областях химической промышленности. Конечным преимуществом указанных изменений явится снижение энергоемкости и времени реализации технологических процессов производства синтетических веществ с заданными свойствами. Широкое распространение процессы гидродинамической кавитации могут получить в парфюмерно-косметическом и фармацевтическом производстве для получения тонко диспергированных кремов и эмульсий, мазей, суспензий, шампуней и других средств, обеспечивая, наряду с повышением качественных показателей перечисленной продукции, существенное снижение энергоемкости и повышение производительности технологических процессов по сравнению с традиционными технологиями и их аппаратурным обеспечением.

В целях практической реализации процессов гидродинамической кавитационной обработки могут применяться устройства различного типа, в том числе пассивные гидродинамические диспергаторы. В пассивном гидродинамическом диспергаторе кавитационные процессы инициируются и поддерживаются за счет направленного и регулируемого преобразования потенциальной и кинетической энергии потока жидкости, принудительно прокачиваемой гидравлическим насосом через реакционную камеру диспергатора. В результате указанных преобразований энергии в специальных зонах гидродинамического диспергатора возникает и поддерживается процесс образования газовых, либо паро-газовых кавитационных пузырьков (каверн), которые в последующем при повышении местного гидростатического давления в жидкости закрываются (схлопываются). Закрытие кавитационных пузырьков сопровождается интенсивными ударными волновыми процессами с возникновением локальных зон сверхвысоких давлений и температур (тысячи атмосфер и градусов C, соответственно) и кумулятивного (остронаправленного) точечного ударного воздействия на близлежащие участки жидкости, окружающей зону схлопывания кавитационного пузырька.

Кавитационный процесс в пассивном гидродинамическом диспергаторе реализован таким образом, что все ударно-волновые явления происходят непосредственно в потоке жидкости, не затрагивая материала корпуса и элементов кавитационной решетки реакционной камеры, чем обеспечивается отсутствие кавитационной эрозии и долговечность конструкции диспергатора.

В процессе точечного ударно-волнового воздействия происходят структурные и молекулярные изменения в сложных молекулах, агломератах и глобулах, изначально присутствующих в перекачивамой жидкости, разрушение органических и минеральных примесей. Сопровождающие кавитацию процессы тепло- и массопереноса, а также возникающие далее по потоку жидкости струйные течения приводят к интенсивному перемешиванию и диспергированию многокомпонентных несмешиваемых жидкостей и твердых включений с образованием гомогенных и стойких во времени к расслоению тонкодисперсных эмульсий и суспензий.

На рис. 1. приведена принципиальная схема реакционной камеры гидродинамического диспергатора и на примере обработки композиции мазута и воды описаны возникающие при кавитационном воздействии эффекты и преимущества.



Рис. 1. Принципиальная схема реакционной камеры гидродинамического диспергатора

В качестве иллюстрации описываемых эффектов кавитационного воздействия на исходную гетерогенную систему из взаимно нерастворимых и несмешиваемых жидкостей типа "мазут-вода" на рис. 2. и рис. 3. приведены фотографии исследований под микроскопом с 1000-кратным увеличением капель проб образцов исходной водо-мазутной смеси и получаемой после ее обработки диспергатором водо-мазутной эмульсии.

Представленные иллюстрации характеризуют глубину изменений структуры "фаз" многокомпонентных гетерогенных жидкостей, происходящих при кавитационной обработке. На микрофотографии рис. 2. дисперсность вкраплений воды (дисперсной фазы) в мазут (дисперсионную среду) превышает 100 микрометров. При этом в общем объеме отобранных проб мазута не существует каких-либо закономерностей в распределении фаз (возможно существование локальных областей абсолютно "сухих", то есть не содержащих воду, объемов мазута в общем объеме топливохранилища, а также наличие достаточно крупных локальных его объемов, заполненных исключительно водой - так называемых водяных линз и мешков). Использование водо-мазутных смесей такого качества сопряжено с технически неразрешимыми проблемами в обеспечении надежного, экономичного и экологически чистого функционирования топливосжигающих установок (бойлеров, энергетических котлов теплоэлектростанций, технологических печей), что характерно для современных тяжелых и компаундированных мазутов, получаемых после углубленной переработки нефти.



Рис. 2. Микрофотография исходного мазута с влагосодержанием 30%



Рис. 3. Микрофотография обработанного диспергатором исходного мазута (водо-мазутной эмульсии) с влагосодержанием 30 %

Напротив, на микрофотографии обработанного диспергатором исходного мазута, рис. 3., дисперсность водяных шариков в мазуте не превышает 5 микрометров. Вкрапления воды в общем объеме мазута имеют равномерное распределение. Размерность капель диспергированной в мазуте воды практически одинакова по всему объему топливохранилища. То есть, в результате обработки в кавитационном гидродинамическом диспергаторе исходной водо-мазутной смеси происходит ее преобразование в гомогенную тонкодисперсную водо-мазутную эмульсию. Причем ввиду наличия в мазуте, как продукте переработки сырой нефти, достаточного количества природных поверхностно активных веществ - эмульгаторов (их роль в нефти выполняют тяжелые асфальто-смолистые фракции), тонко диспергированная вода заключена в сольватную оболочку, препятствующую прямому контакту и укрупнению за счет слияния соседних капель воды. Таким образом получаются суперстойкие эмульсии, сохраняющие свою структуру и свойства длительное время после кавитационной обработки (от нескольких месяцев до нескольких лет).

После кавитационной обработки мазут, имеющий в исходном состоянии неоднородную "комковатую" структуру (характерно для мазутов длительного хранения) и плохие способности к перекачиванию, фильтрации, тонкому распыливанию форсунками и надежному горению, преобразуется в однородную тонкодиспергированную (по включениям воды, высоковязким асфальто-смолистым и твердым компонентам) субстанцию, у которой указанные выше свойства соответствуют нормативным требованиям. На рис. 4 приведены фотографии исходного мазута (слева), признанного не годным к дальнейшему хранению и использованию по назначению ввиду потери им способности к воспламенению и устойчивому горению, и того же мазута, подвергнутого кавитационной обработке (справа), после которой он был использован по прямому назначению с высокой тепловой эффективностью и надежностью сжигания в топках.



Рис. 4. Фотографии проб исходного мазута длительного хранения (слева) и того же мазута после кавитационной обработки диспергатором (справа)


 
 
Кавитация.  Сжигание мазута.  Мазут как топливо.  Жидкое котельное топливо.  
 
  Россия, 141090, Московская область,
г. Юбилейный, ул. Пионерская, д. 1/4, п/я. 9
Телефон: (495) 543-36-77 (многоканальный).
Факс: (495) 543-36-76
Электронная почта:  niicpt@inbox.ru
naumov@vicor.org.ru
dudko@sipria.msk.ru