автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Применение электрических полей для разделения многофазных сред сельскохозяйственного производства

од

1 ДЬ'к 1393

На правах рукописи

ЧЕСНЮК Евгений Евгеньевич

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ МНОГОФАЗНЫХ СРЕД СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.20.02. - электрификация ■ сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Краснодар -1998

Работа выполнена в Кубанском государственном аграрном университете

Научный руководитель: доктор технических наук профессор Куцеико А.Н.

Официальные оппоненты : доктор технических наук,

профессор Коробейников Б.А.

кандидат технических наук, . доцент ПензинВ.В.

Ведущее предприятие: АО «Кубаньсельзлектросетьстрой»

Защита состоится « » д&^аЪрЛ ¡998 г. В 10 часов на заседании специализированного совета К 120.23.07. Кубанского государственного аграрного университета по адресу : 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, электрофак, зал заседаний совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан «/3 »1998 г.

Стрвжков И.Г.

Ученый секретарь диссертационного совега кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В водных системах, используемых для нужд с/х предприятий, содержится некоторое количество различных примесей, которое значительно больше нормируемых показателей, что отрицательно сказывается на качестве отдельных технологических процессов. Для повышения эффективности работы предприятий необходимо производить тщательную очистку исходных и сточных вод, топливных эмульсий и т. д..

Большой вклад в теорию и разработку практических методов разделения многофазных сред с использованием электрических полей внесли М.Г. Грановский, И.С. Лавров, О.В. Смирнов, Е.Ф. Тебенехин, В.И. Классен, В.И. Миненко, Е.П. Алельцина.

Обработка жидко-дисперсных сред электрическим полем позволит форсировать и взять под контроль такие процессы, как;

• усиление коагуляции суспензий (осветление сточных вод животноводческих комплексов);

• количество твердых отложений в теплообменных аппаратах ;

• очистка топливных эмульсий сельскохозяйственного производства;

• изменение технологических свойств воды.

• очистка топлива От воды. . ч

Цель работы. Целью диссертационной работы являются теоретические исследования механизма воздействия электрического поля на многофазные среды ; практическое применение результатов этих" исследований в процессах обработки исходной и сточной воды с/х предприятий; разработка и внедрение электрических аппаратов для

I

обработки жидко-дисперсных систем и методик их использования ; совершенствование систем контроля за параметрами обрабатываемых сред.

Основные задачи исследований. Основными задачами данной работы являются :

•исследование качественного состава жидко-дисперсных систем, обрабатываемых в электрическом поле;

•исследование движения жидко-дисперсных систем в электрическом поле;

•определение степени влияния электрического поля на обрабатываемые водные системы;

•исследование поведения топливных эмульсий в электрическом поле;

•определение рациональных параметров электрического поля для качественной очистки.

Научная новизна. Научная новизна характеризуется основными направлениями :

• использование электрического поля для умягчения и окисления водно-дисперсных систем;

• проведение теоретических исследований действия электрического поля на механические частицы, находящиеся в жидко-дисперсных системах.

• проведение исследований поведения топливных эмульсий в электрическом поле;

• определение основных параметров влияния электрической обработки на топливные эмульсии и.водно-дисперсные системы.

Помимо этого изучены процессы осаждения твердых частиц в воде под действием электрического поля, разработаны технологические модели использования электроаппаратов для обработки жидкостей, расчетные схемы и методики, характеризующие как поток водных систем, так и параметры электрического поля.

Практическая ценность . Проведенные исследования процессов очистки жидко-дисперсных систем с помощью электрического поля, позволят с достаточной степенью интенсифицировать их осветление, производить контроль и изменять физические параметры ( рН, вязкость, содержание примесей и т.д.), разделять дисперигую фазу и среду.

Теоретические исследования проверялись в лабораторных условиях, для чего были разработаны методики, которые могут найти практическое применение в сельском хозяйстве и некоторых отраслях промышленного производства.

Проведенные исследования показали высокую эффективность электрического способа обработки, что имеет особую практическую ценность при постановке вопросов утилизации стоков вод, улучшении экологической обстановки территорий, прилегающих к предприятиям.

Методика исследований. Решение поставленных задач базируется на теоретических основах поведения многофазных сред в электрических полях. Экспериментальные исследования проводились в хозяйственном и автотранспортном подразделениях ГУВД края с использованием приборной базы лаборатории специальных исследований ГУВД края.

Основные защищаемые положения.

1. Исследование влияния физических параметров сельскохозяйственных стоков (температура, рН, вязкость, содержание механических и жидких примесей и т.д. ) на эффективность их обработки электрическим полем.

2. Исследование параметров процесса электрообработки от плотности электрического тока, времени обработки, рода тока, скорости прохождения воды через электрическое поле.

3. Исследование изменения в электрическом поле свойств обрабатываемых жидкостей.

4. Исследование воздействия электрического поля на процессы образования твердых отложений в теплообменных аппаратах. '

Реализация работы. Приведенные в диссертации теоретические и практические исследования могут найти широкое применение в сельской теплоэнергетике, замкнутых циклах водоснабжения, мероприятиях по улучшению экологической обстановки.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доклады-аались на ряде конференций и семинаров.

- Научно-практическая конференция по вопросам улучшения характеристик электротехнических комплексов, энергетических систем и систем промышленного электроснабжения, Кубанский государственный технологический университет, 1996 г.

- Краевая конференция по вопросам научного обеспечения с/х производства в рамках «Второй школы-семинара молодых ученых», ВНИИ риса, 1997 г.

- Научно-практическая конференция "Ресурсосбережение в АПК Кубани", Кубанский ГАУ, 1998 г.

- Региональная научно-практическая конференция "Повышение эффективности электротехнических комплексов и энергетических систем", Кубанский государственный технологический университет, 1998 г.

- Международная научно-техническая конференция, Москва, 1998 г.

- Ежегодные научные конференции Кубанского ГАУ 1995-98 г.г.

По результатам исследований опубликовано 12 научных работ Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, пяти глав, выводов, списка литературы из 115 наименований, приложений, содержит 130 страниц, включая 52 рисунка и 18 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приведен анализ жидкодисперсных систем с точки зрения пригодности воздействия на них электрическими полями.

С течением времени дисперсные системы могут изменяться. Частицы, которые образуют дисперсную фазу в жидкой или газовой среде, могут исчезать, возникать вновь, укрупняться, дробиться, перемещаться и т.д. Неизменное условие всех этих превращений - сохранение раздробленности вещества или веществ, которые составляют дисперсную фазу.

Новые качества, связанные с резким увеличением поверхности раздела фаз, дисперсным системам сообщает именно раздробленность. Чем меньше размер частиц, тем значительнее удельная поверхность. Рост размеров частиц способствует их оседанию (седиментации), и дисперсная система становится неустойчивой.

Дисперсные системы можно классифицировать по размеру частиц дисперсной фазы как высокодисперсные, среднедисперсные и грубодисперсные (коллоидные). Размеры частиц достаточно заметно влияют на некоторые процессы, характеризую-

щие эти системы и являются одними из важнейших количественных показателей, определяющих их качественные особенности. С увеличением дисперсности, то есть по мере снижения размеров частиц, интенсифицируются молекулярно-кинетичесике явления (осмос, броуновское движение, диффузия и т.д.); возрастает удельная поверхность, ускоряются физикохимические процессы на границе раздела фаз, уменьшается скорость седиментации частиц под действием гравитации.

Говоря об устойчивости дисперсных систем, необходимо иметь в виду два взаимозависимых типа устойчивости: агрегативная и седиментационная (кинетическая) устойчивость. Они характеризуют постоянство во времени основных параметров системы: дисперсности и равномерности распределения частиц дисперсной фазы в дисперсной среде.

-Теория устойчивости и коагуляции предполагает, что силы отталкивания могут преобладать над силами притяжения, предотвращая тем самым слипание сближающихся дисперсных частиц или слияние капелек эмульсионных систем. Между частицами возникает положительное "расклинивающее" давление, препятствующее агрегированию частиц. Таким образом, можно предположить, что, придавая частицам дополнительную энергию, реально увеличить число соударений частиц. Это приведет к преобладанию сил притяжения, следовательно, разделяющая частицы прослойка может утончаться до образования непосредственного контакта между частицами. Они агрегируют, и система становится неустойчивой.

На границе раздела фаз дисперсных систем с полярной системой возникает двойной электрический слой (ДЭС), образование которого обусловлено либо избирательной адсорбцией одного из ионов, присутствующего в среде электролита, либо поверхностной ионизацией вещества дисперсной фазы.,

Распределение любых по размерам частиц (ионов, молекул, коллоидных частиц) в электрическом, гравитационном, магнитном и других полях подчиняются закону Больцмана

КV

п=п0е'«\ , -(1)'

где п - концентрация рассматриваемых частиц в данной точке;

По - концентрация части в той точке поля, где их потенциальная энергия ; - потенциальная энергия частиц в данной точке поля ;

кТ - энергия теплового движения.

В соответствии с законом Больцмана вокруг заряженных частиц располагаются и противоионы. У положительно заряженной поверхности накапливаются анионы. Катионы, отталкиваясь от одноименно заряженной поверхности, распределяются так, что их концентрация в окружающей частицу среде будет постепенно повышаться по мере удаления от поверхности.

Распределение ионов около поверхности и потенциал связаны следующим соотношением:

где р - плотность зарядов, то есть количество зарядов в единице объема;

(р - изменение электрического потенциала, создаваемого заряженной поверхностью на расстоянии д: от поверхности.

Если заряженная поверхность плоская и представляет интерес только распределение ионов в направлении дс, то, в виду того, что можно исключить второе и третье слагаемые уравнения

(2)

дг<р д 1 (р

¿?у 2 +

+

(3) '

выражение для потенциала имеет вид:

_ д2(р

(4)

В результате математических преобразований получим

V = ,

(5)

где р - коэффициент, зависящий от ватентности ионов, энергии теплового движения, концентрации частиц и диэлектрической проницаемости среды.

Таким образом, если связать уравнения Пуассона, Больцмана с уравнением для плотности зарядов, можно получить соотношение, определяющее изменение потенциала в двойном электрическом слое.

Двойной ионный слой обусловливает появление электростатических сил отталкивания между сближающимися одноименно заряженными частицами. Вычисление сил отталкивания по закону Кулона невозможно, поскольку каждая частица в дисперсной системе окружена слоем прогивоионов, полностью компенсирующих их заряд. Электростатическое отталкивание обнаруживается, если между частицами создается такое расстояние, при котором перекрываются их диффузные слои.

Устойчивость дисперсных систем с позиций современной теории стабилизации, впервые предложенной Б.В. Дерягиным и затем Фервеем и Овербеком, зависит от знака и величины суммарной энергии взаимодействия, обусловленной сложением энергии притяжения Ван-дер-Ваальса-Лондона и ионно-злектростатической энергии отталкивания (функция расстояния между взаимодействующими частицами ).

В сельскохозяйственном производстве жидко-дисперсные среды с содержанием нефтепродуктов встречаются как в виде воды, загрязненной нефтепродуктами, так и в виде топлива с повышенным содержанием жидких вкраплений. При попадании в топливо, вода находится в нем в виде эмульсий, в свободном виде (отстой) и в растворенном состоянии. В случае изменения условий хранения, все эти фазы подвергаются переходным процессам. Топлива имеют сложный химический состав, некоторые их компоненты могут служить эмульгаторами. В качестве эмульгаторов могут выступать также различные загрязнения топлива.

На процессы очистки наиболее существенное влияние оказывают устойчивость и вязкость эмульсии.

Кинетическая устойчивость водотопливных эмульсий обусловлена тем, что одновременно с процессом седиментации, скорость которого определяется уравнением Стокса, в жидкости под воздействием броуновского движения идет процесс диффузии, определяемой законом Фика. Концентрация эмульсии будет определяться выражением

с =

ШГ 1 [Пт(ЗУв4-2Ут)] 1 ас

(6)

М02п[ Ув+Ут ]р(рв-рт)аь '

в

ас

где — - изменение концентрации по высоте столба жидкости.

ап

Анализ уравнения показывает, что концентрация стабилизированной эмульсии будет возрастать с увеличением температуры и вязкости и уменьшаться с увеличением размеров глобул, а также разности плотностей топлива и воды.

Кроме общих зависимостей вязкости жидкости от температуры и скорости (при переходе на турбулентный режим движения) и от свойств самой дисперсной среды, свойства эмульсий в общем случае обусловлены свойствами дисперсной фазы, концентрацией, размерами, и формой ее частиц, стабильностью эмульсии, методикой приготовления, возрастом, химическим составом и. т. д.

Элекгрообработка жидко дисперсных систем связана с Целым рядом сопутствующих эффектов и процессов, которые имеют место при наложении на них электрического поля. Прежде всего, это электрофорез, который происходит вследствие поляризации двойного электрического слоя; поляризация материала частиц; возникающие при этом силы взаимодействия между частицами и полем, наиболее вероятные в полях высокой напряженности и неполярных средах; особенности поведения частиц и структурообразования в неполярных и полярных средах. Помимо этого, существуют различные специфические эффекты неоднородного электрического поля, в котором могут происходить процессы при напряженностях поля от самых малых до пробивных, электрический пробой в суспензиях и, как результат действия совокупности эффектов, разделение фаз в дисперсных системах.

Во второй главе приведены исследования механизма воздействия электрического поля на жидко-дисперсные системы.

Для выяснения процессов воздействия электрического тока на жидко-дисперсные системы можно исходить из того, что внутри загрязненной электропроводящей жидкости течет ток I, имеющий определенную плотность ¡. Исследование гидродинамики электропроводящей жидкости (загрязненной воды) под действием постоянного тока производилось в прямоугольной ванне из оргстекла с плоскими парал-

лельными вертикальными электродами, перекрывающими все сечение воды. Естественное конвекционное течение жидкости в вертикальной плоскости, перпендикулярной плоскостям электродов устанавливается при слабых плотностях электрического тока. Таким образом, при малых плотностях электрического тока, когда джоулево тепло мало, можно говорить только о концентрационной конвекции.

На частицу радиуса а, находящуюся на расстоянии г от электрода (при г » а), действует сила

ЗЕ 2а6к2 Р = —¿р—, (7)

где к - коэффициент, зависящий от диэлектрической проницаемости среды и частиц.

Приближенное выражение для оценки времени сближения двух дисперсных частиц, находящихся в неполярной среде на расстоянии от г 2 до г 1 , можно представить на основании как

2т\(Е, + / 5 ч

—-'тКр-С) , (8)

5Е0Б,Е (е. - Е,) где г\ - динамическая вязкость среды;

8 о - диэлектрическая постоянная;

г 2 пр> г 1 пр - приведенные расстояния, соответствующие начальному и конечному положению частиц и равные г/2;

е (, е а -диэлектрические проницаемости среды и частиц, соответственно.

Среднее значение подвижности частиц

= - (9)

где N1; - число подвижностей в К-ом интервале; N - общее число подрижностей; и к - середина интервала.

Число столкновений за время А1 в единице массы частиц с размерами Г1 и г2, зарядами ql и Я2

»и = и.ОчЧ^Мгз.Чг.х)-Д2^ г— |ёу,х |<1У2Г* •

о,л/27[о2-72я

а У)] Г (у2х-ух)г] 17—. :

-¿ ™ „2---- V \ 12 ~ ^22/ +(v.-VгI)*

к,

2а,

■ехр

(У2Х-ух)2 2о?

---/ \- • (Ю)

(ух)

С помощью этой формулы, путем выведения функции вероятности слияния

у

частиц, убывших при столкновении, можно определить количество частиц, убывших из интервала подвижности больше и)а вследствие слияния их с частицами подвижности меньшей и]а.

Электрокинетические явления в топливных эмульсиях предопределяются наличием двойного электрического слоя. Их физическая сущность состоит в том, что в электрическом поле мицелла теряет часть своего диффузного слоя, получает заряд, противоположный по знаку заряду потерянных ионов, и начинает двигаться к соответствующему электроду. Учет электрических свойств водотопливных эмульсий помогает правильно выбрать род тока и рабочее напряжение для воздействия. Эти свойства - удельная электропроводимость, диэлектрическая постоянная и напряжение пробоя.

Поведение эмульсий во внешнем электрическом поле определяется их электрическими, электрокинетическими и реологическими свойствами. Как было установлено, эти свойства эмульсий являются функциями водосодержания, дисперсности, состава дисперсной фазы и дисперсионной среды, продолжительности воздействия, температуры, давления, параметров электрического поля и т.д. По мере разделения эмульсии большая часть ее параметров будет изменяться.

Скорость движения заряженной глобулы воды описывается уравнением

. <»>

В неоднородном поле дисперсная фаза обычно собирается в области наибольшей неоднородности, где интенсивно идет процесс коагуляции. Неоднородное поле

создается системой электродов игла-плоскость. В этом случае наиболее интенсивная коагуляция наблюдается в районе острия.

При обработке электрическим полем водные системы могут изменить некоторые свои свойства. По количественным или качественным изменениям этих свойств можно судить об эффекте, полученном в результате экспериментов. Так, в теплоэнергетике основным показателем может служить противонакипный эффект, характеризующий уменьшение количества накипи под влиянием электрического поля по сравнению с необработанной водой. Некоторые свойства воды (физические, химические) также могут изменяться, а, следовательно, служить индикаторами свойств воды после обработки.

Кристаллоскопический метод, а также метод с использованием стеклянных пластинок рекомендуется при наладочных работах. Для количественного учета - аппарат с нагревательным элементом и принудительной циркуляцией. Довольно качественную и быструю оценку может дать контроль по конусу Тиндаля.

В третьей главе приведены методики и результаты экспериментальных исследований разделения многофазных сред сельского хозяйства с использованием электрического поля.

На основе произведенных исследований и литературного материала последних лет можно представить довольно большое количество аппаратов для электрообрабтки многофазных сред сельхозпроизводства. Из применяемых устройств, прежде всего, необходимо выделить аппараты, действие которых основано на принципах электрохимической коагуляции, электрофореза, элекгрокоагуляции, электрического разряда. Одновременно аппараты по роду вырабатываемого поля можно разделить на аппараты с однородным и неоднородным полем. По схеме прохождения воды, устройства можно подразделить на однопоточные, многопоточные и смешанные.

При электрообработке жидкости помимо разработки электроаппарата, одновременно возникает проблема разработки осветлителей для обработанных жидкостей. В связи с этим ставится вопрос об объединении этих устройств. Такой аппарат может быть представлен несложным набором различных комплектующих ( рис. 1 ).

примесей

Рис. 1 Устройство, совмещающее осветлитель и электроаппарат I - отрицательный электрод; 2 - положительный электрод;

3 - подающий патрубок; 4 - кран слива очищенной жидкости;

5 - кран слива осевших механических примесей.

Автором разработан аппарат для электрообработки жидкости, принцип действия которого основан на явлении электрофореза (Рис. 2 ). Механические частицы примеси обрабатываемой жидкости, попадая в аппарат, получают электрический заряд от плоских электродов 2. Попадая в электрическое поле разделительных электродов 3, заряженные частицы расходятся к пластинам противоположных знаков. Взаимоположение разделительных электродов можно комбинировать различным образом.

Многообразие вариантов компановки устройств дня электробработки жидкостей открывает неограниченные перспективы для создания таких аппаратов, ,как путем комбинирования известных, так и путем проектирования новых.

Применение электрических полей для очистки промышленных и сточных вод достаточно новое и перспективное направление во всех отраслях народного хозяйства. Как показали проведенные исследования, электрометоды обладают рядом преимуществ перед традиционными способами очистки.

Направлен*

Рис.2 Элекгрокоагулятор электрофорезер 1- трубопровод; 2 - заряжающие электроды; 3 - разделительные (электрофоретические) электроды; 4,5 - источники постоянного тока.

Исследование влияния электрического тока производилось следующим образом. Воду, загрязненную песчано-глинистыми частицами, помещали в ванну размерами 122«106.150 мм, изготовленную из прозрачного органического стекла, и в течение 15 мин пропускали ток. После этого раствор тщательно перемешивали и сливали в стеклянный отградуированный сосуд. Величина тока и напряжения фиксировалась

Ь, мм

165 150 135 120 105 90 75 60 45 30 15

/- у 2 н ь4

%

/

I ,мин

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И 1213 14

Рис. 3 Зависимость высоты осветленного слоя воды от времени его отстоя при различных значениях тока : 1 - 0,4 А; 2- 0,3 А; 3 - 0,2 А; 4-0,1 А.

приборами. После установления определенного значения тока напряжение, подаваемое на электроды, больше не изменяли, а ток самопроизвольно начинал меняться. Для сравнения загрязненную воду отстаивали в течение 90 мин в стеклянном сосуде без предварительной обработки электрическим током. На рис. 3 приведены экспериментально снятые зависимости высоты осветленного слоя воды от времени отстоя при обработке ее электрическим током различной величины.

Проведенные эксперименты позволили прийти к выводу, что значительное влияние на скорость осаждения частиц в обрабатываемой воде влияет не только сила тока, но и его род. Жидкость помещается в две контрольные юовеггы. В одной вода подвергается обработке переменным током, в другой - постоянным. Полученные результаты позволяют сделать вывод о большей эффективности обработки переменным током. Однако для повышения этого показателя требуется приложить большее напряжение по сравнению с обработкой постоянным током (ток через воду также повышается ).

Экспериментальные данные изменения количества осветленной воды в зависимости от времени ее отстоя после обработки (плотность тока 40 А/м2)сведены в 3-х мерную диаграмму (рис. 4 ). Суть данного эксперимента заключается в следующем: после обработки воды электрическим током установка отключается от источника электрического питания, вода в установке тщательно перемешивается и далее происходит отстаивание воды.

Для повышения эффективности электрического метода была произведена сравнительная обработка загрязненной воды различное количество раз при напряженности поля 400 В/м в течение 20 минут. Данные экспериментов показывают, что качество обработки жидкости с увеличением числа циклов обработки возрастает.

Эффективность результатов цикличной обработки объясняется во-первых тем, что после каждого цикла в дисперсной среде уменьшается концентрация примеси, во-вторых - из-за сдвига обменных процессов между коллоидной и растворенной частью стока и частью, находящейся в виде коагулированных агрегатов.

2

■ 80-100 □ 60-80 □ 40-60

■ 20-40

■ 0-20

0

мин

Рис. 4 Экспериментальные данные изменения количества осветленной воды в зависимости от времени ее отстоя после обработки (плотность тока 40 А/м2 ) в течение 20 мин Обработка воды электрическим током приводит к изменению физических свойств воды, например к уменьшению жесткости воды, укрупнению взвешенных частиц и т. д. Все это позволяет значительно уменьшить образование накипи в тепло-обменных аппаратах.

На рис. 5 представлены экспериментальные данные динамики уплотнения шлама, содержащегося в водной среде при исходной концентрации 500 г/м3.

С помощью устройства для регистрации накипеобразования с контрольной трубкой получена зависимость количества образовавшихся твердых отложений от скорости протока жидкой фазы (рис. 6 )

Эффективность электрообработки водных систем зависит не только от характеристик электрического поля. На процессы, происходящие в воде при наложении электрического поля, значительное влияние оказывают ее исходные физико-технические параметры, такие, как, например жесткость, рН, температура воды, вязкость, концен-. грация примесей, а также скорость протока через аппарат, время обработки и т. д.

Рис. 5 Динамика уплотнения шлама после элекгрообработки 1 - необработанная вода; 2,3,4- вода, обработанная электрическим полем напряженностью 1500,3000 и 4500 В/м соответственно.

т,-мг 1800 -1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0

— 1

7-

V, м/с

0,08

0,205

Рис.6 Зависимость образовавшихся твердых отложений от скорости протока жидкой фазы 1 - твердые отложения в трубке и ловушке при необработанной жидкой фазе; 2 - то же, что 1, но в жидкой фазе, обработанной электрическим полем.

При проведении исследований приближенно установлена зависимость эффективности магнитной обработки от различных факторов. Изменение процессов с возрастанием напряженности электрического поля носит переменный характер и проявляется уже при малых напряженностях ( сотни В/м). Почти обязательным является перемещение воды в электрическом поле, причем в конкретных условиях имеется оптимальная скорость перемещения. Эффект также возрастает при увеличении количества циклов обработки.

В четвертой главе приведены примеры использования электрических полей при подготовке жидкостей для некоторых технологических процессов, а также методики применения элекгрообработки для изменения технологических свойств водно-дисперсных систем.

В теплоэнергетике электрической обработке с целью предотвращения накипе-образования могут подвергаться водные растворы любой концентрации. При обработке воды и растворов накипеобразователи не удаляются, а выделяются в виде взвешенных частиц. Поэтому успешное использование метода зависит "не только от выбора аппарата, но и от обеспечения надежного удаления осадка из аппарата. Нарушение первого условия приводит к образованию накипи, второго - к укрупнению, скоплению и уплотнению шлама на поверхности нагрева и, в конечном счете, к образованию "вторичных" накипей.

Для достижения ангинакипного эффекта необходимы тщательный подбор аппаратов, мест их установки, приспособление системы к работе на шламовом режиме, наладка, контроль и управление работой не только используемых электрических аппаратов, но и всей системы в целом.

Значительная часть положительного промышленного опыта относится к обра- -ботке относительно маломинерализованных вод ( до 5-6 мг-зкв/л ),с невысокой, преимущественно карбонатной жесткостью. Опыт использования воды с жесткостью, значительно превышающей 20 мг-экв/л, для питания котлов с большим водяным объемом показывает, что электрообработка позволяет снизить накипеобразование в 5-10 раз и значительно сократить затраты труда на чистку.

Подготовка воды для систем охлаждения представляет собой отдельный вопрос. Низкотмпературное накипеобразование наблюдается при температурах выше 30°С в связи с понижением растворимости солей жесткости и распадом бикарбонатов, который интенсивно протекает при температурах выше 40°С.

Для охлаждения компрессоров и других машин водой с высокой минерализацией и жесткостью применяются аппараты с высокой напряженностью электрического поля. Производительность таких устройств может быть значительно понижена, если использовать системы с циркуляцией воды. В этом случае обработке подвергается добавочная вода и часть воды, циркулирующей в системе, из расчета обработки за 6-8 ч объема, равного объему воды, находящейся в системе. Аппараты устанавливают с таким расчетом, чтобы обрабатываемая вода поступала снизу, а поток ее был ламинарным.

К воде, используемой для технологических процессов сельскохозяйственного производства, почти во всех случаях предъявляются определенные требования по ее составу. В ряде отраслей нормируются такие характеристики воды, как вязкость, жесткость, щелочность или кислотность, рН и т. д. Вязкость воды играет существенную роль при ее очистке от механических примесей. Величина рН характеризует активную кислотность воды, которую она приобретает в результате взаимодействия растворенных в ней электролитов. Знать величину рН необходимо для того, чтобы определить коррозионную активность, стабильность и другие свойства. Например, в рыбоводстве особую роль играет показатель рН воды для содержания, нереста и выращивания молодняка рыб. Как можно более мягкая вода требуется для нужд теплоэнергетического комплекса. Для целей орошения наиболее благоприятными являются вода с повышенной величиной щелочности. Содержание кислорода оказывает влияние Ы коррозионную способность технических вод.

Для того, чтобы иметь полное представление об изменении качества воды после элекгрообработки, перед завершением каждого из экспериментов производилось, изучение проб воды по основным показателям, как то вязкость, жесткость, рН, а также щелочность. Динамика изменений параметров воды для большей наглядности сведена в трехмерную диаграмму (рис. 7 ).

Рис. 7 Изменение параметров воды после ее электрообработки

На рис. 8 приведена зависимость временной жесткости и рН от плотности тока в аппарате и скорости потока воды. Таким образом получив экспериментальные кривые можно изменять некоторые свойства воды ( в данном примере рН и жесткость ) в

Рис. 8 Зависимость временной жесткости и рН от силы тока ваппарате при скорости потока воды 0,2 м/с.

требуемых пределах. Однако не следует забывать, что различные виды электроаппаратов требуют составления таких баз данных индивидуально для каждого тала устройств.

Электрообработку можно использовать как в целях очистки сточных вод от нефтесодержащих продуктов, так и для очистки топлива от воды.

Очистительная способность электрического поля была проверена на различных эмульсиях. Как говорилось выше, наиболее эффективное расположение электродов аппарате "игла-плоскость". Схематично такой аппарат представлен на рис. 9.

Рис. 9 Упрощенная схема аппарата для очистки топливных эмульсий.

1 - разделительная плоскость; 2 - корпус; 3 - электрод типа "игла";

4 - электрод типа "плоскость ".

Коагуляция дисперсной фазы идет тем интенсивнее, чем выше напряженность внешнего поля. Наибольший градиент внешнего поля наблюдается под вертикальным электродом, где вся разность потенциалов приходится на расстояние между электродами. Начало процесса электрофореза наблюдается в водотопливных эмульсиях при напряженности поля 150-800 В/см.

В пятой главе приведен анализ экономической эффективности применения электрических полей для подготовки промышленных вод в сельскохозяйственном производстве.

При использовании электрических полей для разделения различных дисперсных сред расходы, связанные с использованием химреактивов отсутствуют. По сравнению с химобработкой себестоимость 1м3, обработанной водной системы уменьшается на 15 %, расход электроэнергии сокращается на,15-20 %, расходы на заработную

плату снижаются на 10 %. Срок окупаемости электроаппаратов находится в пределах

1 года.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. В результате воздействия электрических полей на жидко-дисперсные системы, частицам сообщается дополнительная энергия, что приводит к преобладанию сил притяжения над силами отталкивания, «расклинивающее» давление уменьшается. В следствие этого увеличивается количество слипаний сближающихся дисперсных частиц, система становится неустойчивой.

2. Разработанная методика для получения заданных значений карбонатной жесткости и водородного показателя рН позволяет приобретать водным системам заданные технологические параметры в результате обработки электрическим полем.

3. Разработанные электрические аппараты и устройства для осветления сточных вод и очистки топлива от водных вкраплений дают качественную очистку обрабатываемых сред, позволяют сократить расход электроэнергии, отказаться от химических методов обработки, уменьшить себестоимость очистки 1 м3 обрабатываемых систем.

4. Использование электрических аппаратов для нужд сельской теплоэнергетики приводит к уменьшению накипе и шламообразования, сокращению числа остановок оборудования для очистки и удаления шлама (в 2-3 раза), увеличивает срок службы оборудования.

5. Основные факторы, влияющие на конечный результат электрической обработки: напряженность электрического поля в аппарате; количество циклов воздействия 1 электрического поля на обрабатываемую систему, скорость движения обрабатываемой среды в аппарате; температура обрабатываемой среды и ее электрические свойства.

>. Преимущества электрообработки заключаются в расширении спектра улучшаемых характеристик, упрощении технологической схемы, простоте автоматизации процесса, малых массогабаритных показателях устройств для электрообработки.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Куценко А.Н., Чеснюк Е.Е.,Кондратенко Л.П. Расчет электромагнитных сил в многофазных средах, помещенных в силовые поля// Тр. Кубан. ГАУ- 1995. Выпуск 346 (374).-С 16-20.

2. Чеснюк Е.Е., Рабинович МБ., Александров А.Б. Силовое воздействие элекгромаг-

/

нитных полей на загрязненные воды // Тр. Кубан. ГАУ- 1995. Выпуск 346 (374).- С. 137-139. ,

3. Куценко А.Н., Чеснюк Е.Е., Елистратов Е.К., Кондратенко Л.П. Влияние электрических полей на количество осветленной воды // Тр. Кубан. ГАУ- 1996. Выпуск 354 (382).-С 15-18*

4. Куценко А.Н. Чеснюк Е.Е. Электрические аппараты для подготовки воды технологических процессов.// Тезисы докладов научно-практической конференции по вопросам улучшения характеристик электротехнических комплексов, энергетических систем и систем промышленного электроснабжения.-Крас.иодар: Издательство КубГТУ, 1996.-С. 50.

5. Куценко А.Н., Чеснюк, Е.Е., Елистратов В.В., Александров А.Б. Элекгромапппные аппараты для разделения многофазных сред различных технологических процессов вс/хпроизводстве //ТрудыКГАУ- 1997.Выпуск 360(388).-С. 31-35.

6. Куценко А.Н., Чеснюк Е.Е., Елистратов В.В., Макасеева И.В. Элеетрические установки для обработки сточных вод с/х производства II Тр. Кубан. ГАУ - 1997. Выпуск 360(388).-С.23-28. ,.'.•-

7. Чеснюк Е.Е., Куценко А.Н:, Гольдман Р.Б., Макасеева И.В. - Механизм действия электромагнитного поля на твердые частицы, находящиеся в жидкой среде II Тр. Кубан. ГАУ - 1998. Выпуск 361 (389).-С. 14-19.

8. Куценко А.Н., Чеснюк Е.Е., Гольдман Р.Б., Макасеева И.В. Методика принудительной циркуляции с нагреванием для определения эффективности действия магнитного поля на изменение физических свойств воды // Тр. Кубан. ГАУ - 1998. Выпуск 361 (389). -С.31-34.

9. Чеснюк Е.Е. Куценко А.Н. Гольдман Р.Б. Действие электрического тока на водно-дисперсные системы.// Тезисы докладов региональной научно-практической кон-ференции.-Краснодар: Издательство КубГТУ, 1998,- С. 50.

10. Чеснюк Е.Е. Куценко А.Н. Гольдман Р.Б. Влияние электрических и магнитных полей на уменьшение накипеобразования в теплообменных аппаратах// Тезисы докладов региональной научно-практической конференции.-Краснодар: Издательство КубГТУ, 1998,- С. 49.

11. Чеснюк Е.Е., Макасеева И.К. Использование электромагнитных полей в АПК//Те,зисы докладов научно-практической конференции "Ресурсосбережение в АПК Кубани".-Краснодар: Издательство КГАУ, 1998.-С. 14.

12. Куценко А.Н., Чеснюк Е.Е Электромагнигые аппараты для разделения многофазных сред различных технологических процессов в сельскохозяйственном произ-водстве//Тезисы докладов международной научно-технической конференции .- М,

1998.-С.132.

61 ¡М- 5/797-7

КУБАНСКИМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ЧЕСНЮК Евгений Евгеньевич

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ

МНОГОФАЗНЫХ СРЕД СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.20.02. - электрификация сельскохозяйственного производства

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -доктор технических наук А.Н. Куценко

Краснодар - 1998

СОДЕРЖАНИЕ

С.

ВВЕДЕНИЕ.........................................................4

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ................................6

Глава 1. ЖИДКО-ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ........................... 10

1.1. Характеристика жидко-дисперсных систем...................10

1.2. Двойной электрический слой...............................16

1.3. Жидко-дисперсные среды с содержанием

нефтепродуктов.........................................23

1.4. Электрообработка и жидко-дисперсные системы..............28

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ВОЗДЕЙСТВИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

НА ЖИДКО-ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ.........................31

2.1. Действие электрического тока

на жидко-дисперсные системы................................31

2.2. Кинетика осаждения механических примесей

в жидкости, помещенной в электрическое поле..................43

2.3. Поведение топливных эмульсий

в электрическом поле......................................51

2.4. Методы контроля эффекта действия электрических

полей на обрабатываемые жидкости...........................56

Глава 3. РАЗДЕЛЕНИЕ МНОГОФАЗНЫХ СРЕД ПРЕДПРИЯТИЙ

С\Х С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ..........69

3.1. Исследование и разработка аппаратов, применяемых для электрообработки жидко-дисперсных систем...................69

3.2. Влияние электрических полей на ускорение процесса

очистки сточных от механических примесей...................79

3.3. Влияние электрических полей на образование твердых отложений и коррозионные свойства воды.................................86

3.4. Основные воздействующие факторы, влияющие на эффект

обработки водных систем с помощью электрических полей.........91

Глава 4. ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ПРИ ПОДГОТОВКЕ ЖИДКОСТЕЙ ДЛЯ НЕКОТОРЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ..........................96

4.1. Обработка воды электрическим полем в теплоэнергетике........96

4.2. Электрическая обработка, как средство изменения технологических свойств водно-дисперсных систем.............103

4.3. Электроочистка нефтесодержащих жидкостей.................108

Глава 5.ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВОД В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ.......... 113

5.1. Сравнение электрической обработки с химической............. 113

5.2. Методика оценки экономической эффективности электрообработки сточных вод............................................... 115

ВЫВОДЫ...................................................... 119

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ........................120

ПРИЛОЖЕНИЯ............................................... 129

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в России сохранился достаточный промышленный потенциал с перспективой увеличения. Практически весь объем стоков предприятий сбрасывается в водоемы. Основными загрязнителями являются отходы и потери производства. Попав в естественные водоемы, они могут изменить качество воды и осложнить или исключить вовсе возможность использования водоемов для питьевых или производственно-бытовых нужд, нужд сельского хозяйства, санитарно-оздоровительных мероприятий, вследствие нарушения экологического баланса водных бассейнов.

Очевидно, что степень влияния стоков на водоемы и связанные с эти са-нитарно-экономические последствия зависят от характера сбрасываемых загрязнителей, их количественных соотношений, значимости водоемов и т. д. В каждом частном случае она определяется суммой местных условий. Этими же условиями определяется допустимая концентрация загрязнений сточных вод, а следовательно и требуемая степень предварительной их очистки.

Стоки сельскохозяйственного производства по своей сути являются многофазными средами. В настоящее время для очистки или разделения таких сред в основном применяют три метода: физико-химический, химический и биологический. Однако все эти методы имеют недостатки. Научно-технический прогресс не стоит на месте, появляются новые теоретические и практические разработки. Одним из направлений исследований является использование электрических полей для разделения многофазных сред.

Еще в начале XVIII века были обнаружены интересные явления, вызываемые действием электрического тока на сложные системы, состоящие из твердых и жидких веществ. В дальнейшем эти явления были названы электрокинетическими. Основными из них являются электрофорез и электроосмос, которые нашли практическое применение.

Электрообработка впервые была предложена как способ предотвращения накипеобразования и коррозии. Позже ее стали применять также для интенси-

фикации очистки жидкостей от взвешенных веществ, улучшения флотации, повышения качества изделий на основе цемента и алебастра, предотвращения отложения солей в скважинах и трубопроводах при нефтедобыче [ 36 ]. Оказалось, что кратковременное воздействие электрических полей в отдельных случаях позволяет получить существенный технический и экономический эффект.

Эффективность электрообработки зависит не только от параметров электрического поля, но и от физико-химический свойств, обрабатываемых многофазных сред. Эти свойства весьма разнообразны и ими можно управлять, т.е. придавать среде такие параметры, какие позволяют эффективно влиять на нее электрическим полем

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В водных системах, используемых для нужд с/х предприятий, содержится некоторое количество различных примесей, которое значительно больше нормируемых показателей, что отрицательно сказывается на качестве отдельных технологических процессов. Для повышения эффективности работы предприятий необходимо производить тщательную очистку исходных и сточных вод, топливных эмульсий и т. д..

Большой вклад в теорию и разработку практических методов разделения многофазных сред с использованием электрических полей внесли М.Г. Грановский, И.С. Лавров, О.В. Смирнов, Е.Ф. Тебенехин, В.И. Классен, В.И. Миненко, Е.П. Апельцина.

Обработка жидко-дисперсных сред электрическим полем позволит форсировать и взять под контроль такие процессы, как :

• усиление коагуляции суспензий (осветление сточных вод животноводческих комплексов);

• количество твердых отложений в теплообменных аппаратах ;

• очистка топливных эмульсий сельскохозяйственного производства;

• изменение технологических свойств воды.

• очистка топлива от воды.

Цель работы. Целью диссертационной работы являются теоретические исследования механизма воздействия электрического поля на многофазные среды ; практическое применение результатов этих исследований в процессах обработки исходной и сточной воды с/х предприятий ; разработка и внедрение электрических аппаратов для обработки жидко-дисперсных систем и методик их использования ; совершенствование систем контроля за параметрами обрабатываемых сред.

Основные задачи исследований. Основными задачами данной работы являются :

•исследование качественного состава жидко-дисперсных систем, обрабатываемых в электрическом поле ;

•исследование движения жидко-дисперсных систем в электрическом

поле;

•определение степени влияния электрического поля на обрабатываемые водные системы;

•исследование поведения топливных эмульсий в электрическом поле;

•определение рациональных параметров электрического поля для качественной очистки.

Научная новизна. Научная новизна характеризуется основными направлениями :

• использование электрического поля для умягчения и окисления водно-дисперсных систем;

• проведение теоретических исследований действия электрического поля на механические частицы, находящиеся в жидко-дисперсных системах.

• проведение исследований поведения топливных эмульсий в электрическом поле;

• определение основных параметров влияния электрической обработки на топливные эмульсии и водно-дисперсные системы.

Помимо этого изучены процессы осаждения твердых частиц в воде под действием электрического поля, разработаны технологические модели использования электроаппаратов для обработки жидкостей, расчетные схемы и методики, характеризующие как поток водных систем, так и параметры электрического поля.

Практическая ценность . Проведенные исследования процессов очистки жидко-дисперсных систем с помощью электрического поля, позволят с достаточной степенью интенсифицировать их осветление, производить контроль и изменять физические параметры ( рН, вязкость, содержание примесей и т.д. ), разделять дисперсную фазу и среду.

Теоретические исследования проверялись в лабораторных условиях, для чего были разработаны методики, которые могут найти практическое применение в сельском хозяйстве и некоторых отраслях промышленного производства.

Проведенные исследования показали высокую эффективность электрического способа обработки, что имеет особую практическую ценность при постановке вопросов утилизации стоков вод, улучшении экологической обстановки территорий, прилегающих к предприятиям.

Методика исследований. Решение поставленных задач базируется на теоретических основах поведения многофазных сред в электрических полях. Экспериментальные исследования проводились в хозяйственном и автотранспортном подразделениях ГУВД края с использованием приборной базы лаборатории специальных исследований ГУВД края. Основные защищаемые положения.

1. Исследование влияния физических параметров сельскохозяйственных стоков (температура, рН, вязкость, содержание механических и жидких примесей и т.д.) на эффективность их обработки электрическим полем.

2. Исследование параметров процесса электрообработки от плотности электрического тока, времени обработки, рода тока, скорости прохождения воды через электрическое поле.

3. Исследование изменения в электрическом поле свойств обрабатываемых жидкостей.

4. Исследование воздействия электрического поля на процессы образования твердых отложений в теплообменных аппаратах.

Реализация работы. Приведенные в диссертации теоретические и практические исследования могут найти широкое применение в сельской теплоэнергетике, замкнутых циклах водоснабжения, мероприятиях по улучшению экологической обстановки.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на ряде конференций и семинаров.

- Научно-практическая конференция по вопросам улучшения характеристик электротехнических комплексов, энергетических систем и систем промышленного электроснабжения, Кубанский государственный технологический университет, 1996 г.

- Краевая конференция по вопросам научного обеспечения с/х производства в рамках «Второй школы-семинара молодых ученых», ВНИИ риса, 1997 г.

- Научно-практическая конференция "Ресурсосбережение в АПК Кубани", Кубанский ГАУ, 1998 г.

- Региональная научно-практическая конференция "Повышение эффективности электротехнических комплексов и энергетических систем", Кубанский государственный технологический университет, 1998 г.

- Международная научно-техническая конференция, Москва, 1998 г.

- Ежегодные научные конференции Кубанского ГАУ 1995-98 г.г.

По результатам исследований опубликовано 12 научных работ Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, пяти глав, выводов, списка литературы из 115 наименований, приложений, содержит 130 страниц, включая 52 рисунка и 18 таблиц.

Глава 1. ЖИДКО-ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ.

1.1. Характеристика жидко-дисперсных систем.

Дисперсные системы достаточно распространены в окружающем мире и находят широкое применение в повседневной жизни. Они образуются газовыми пузырьками, твердыми частицами, жидкими каплями, которые распределены в твердой, газообразной, жидкой среде.

Необходимо отметить, что с течением времени дисперсные системы могут изменяться. Частицы, которые образуют дисперсную фазу в жидкой или газовой среде, могут исчезать, возникать вновь, укрупняться, дробиться, перемещаться и т.д. Неизменное условие всех этих превращений - сохранение раздробленности вещества или веществ, которые составляют дисперсную фазу.

Новые качества, связанные с резким увеличением поверхности раздела фаз, дисперсным системам сообщает именно раздробленность (рис. I, 1-1).Чем меньше размер частиц, тем значительнее удельная поверхность. Рост размеров частиц способствует их оседанию (седиментации), и дисперсная система становится неустойчивой.

Качественные особенности дисперсных систем

Большая удельная поверхность раздела фаз

Избыточная поверхностная энергия на межфазной поверхности

Кривизна поверхности частиц дисперсной фазы

Рис. I, 1-1. Качественные особенности дисперсных систем

В соответствии с агрегатным состоянием дисперсной фазы таких систем , различают аэрозоли, пены, эмульсии и суспензии. Некоторые авторы [16, 100]

приводят более утонченные классификации, однако в настоящей работе будут представлять интерес системы, имеющие только жидкую дисперсную среду или фазу. Жидкости, встречающиеся в процессах сельскохозяйственного производства, из-за наличия в них нерастворимых примесей в виде мельчайших пузырьков газа, капелек инородных жидкостей или твердых частиц, являются типичными дисперсными системами, способными часто к длительному существованию, то есть они устойчивы.

Дисперсные системы можно классифицировать по размеру частиц дисперсной фазы [ 31 ] (табл. I, 1-1).

Таблица I, 1-1

Классификация дисперсных систем в зависимости от размера частиц дисперсной фазы

Класс Размер частиц Дисперсность, м"1

мкм м

Высокодисперсные 10"3 - 10"1 10"9 - 10" 7 10у - 107

Среднедисперсные 0,1 - 10 10"7 - 10" 5 107- 10 5

Грубодисперсные (коллоидные) >10 >10"5 <105

Свойства грубодисперсных и высокодисперсных систем во многом отличаются. Объединяет эти системы наличие раздела фаз и раздробленность одной из них, то есть дисперсность и гетерогенность. Размеры частиц достаточно заметно влияют на некоторые процессы, характеризующие эти системы (рис. 1,12) и являются одними из важнейших количественных показателей, определяющих их качественные особенности. С увеличением дисперсности, то есть по мере снижения размеров частиц , интенсифицируются молекулярно-кинетичесике явления (осмос, броуновское движение, диффузия и т.д.) (кривая 1); возрастает удельная поверхность (кривая 2), ускоряются физикохимические

1 3 \1 п / 4 /----- III /

/ 2

103 104 105 106 107 108 109 Дм"1

Рис. I, 1-2. Изменение интенсивности свойств дисперсной системы (I) в зависимости от дисперсности (Э) :

I, II, III - грубодисперсные, среднедисперсные и высокодисперсные системы соответственно

процессы на границе раздела фаз (кривая 4), уменьшается скорость седиментации частиц под действием гравитации (кривая 3).

Если иметь в виду относительно грубодисперсные (ближе к среднедис-персным) системы, не исключая и коллоидные (размер частиц 10 "7 - 10 "9 м), то можно утверждать, что между частицами и дисперсной средой существует геометрическая граница раздела фаз, являющаяся носителем определенного запаса свободной поверхностной энергии. Эта энергия обуславливает взаимодействие между фазами системы и образование межфазных слоев, которые в виде адсор-бационно-сольватной или ионно-сольватной оболочки обволакивают дисперсные частицы и придают в целом системе агрегативную устойчивость. Такие системы являются лиофобными дисперсными системами. Более или менее значительное межмолекулярное взаимодействие веществ фазы и среды всегда имеет

место. По степени этого взаимодействия дисперсные системы можно определить как лиофобные или лиофильные [ 15 ].

Дисперсии, частицы которых достаточно малы и покрыты мощными межфазными оболочками, что характерно для лиофильных систем, обладают высокой молекулярно-кинетической активностью и долго сохраняются во взвешенном состоянии. Они оказываются седиментационно или кинетически устойчивыми.

Говоря об устойчивости дисперсных систем, необходимо иметь в виду два взаимозависимых типа устойчивости [ 85 ] :

1. Агрегативная устойчивость.

2. Седиментационная (кинетическая) устойчивость.

Они характеризуют постоянство во времени основных параметров системы : дисперсности и равномерности распределения частиц диспреной фазы в дисперсной среде.

Как результат баланса сил молекулярного (вандер - ваальсовского) притяжения и сил электростатического отталкивания между дисперсными частицами, рассматривает агрегативную устойчивость теория Дерягина-Ландау-Фервея-Овербека (теория ДЛФО) [ 32 ]. Теория устойчивости и коагуляции предполагает, что силы отталкивания могут преобладать над силами притяжения, предотвращая тем самым слипание сближающихся дисперсных частиц или слияние капелек эмульсионных систем. Между частицами возникает положительное "расклинивающ�