Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,087

Бошенятов Б.В.

Пузырьковые газожидкостные реакторы и устройства вследствие их простоты и надежности нашли широкое применение в различных технологических процессах промышленного производства. Уменьшение размеров пузырьков является одним из наиболее очевидных способов увеличения эффективности газожидкостных физико-химических взаимодействий в таких реакторах. Однако с уменьшением размеров пузырьков возрастают трудности достижения повышенных газосодержаний, последнее обстоятельство является главным тормозом широкого внедрения в промышленность мелко- и микро-пузырьковых технологий.

Расчеты показывают, что при размерах пузырьков порядка 50 микрон и объемном газосодержании 2-3 %, можно получить с единицы объема реактора почти в 15 раз больше выходного продукта.

Таким образом, разработка способов получения микропузырьковых газожидкостных сред с повышенным газосодержанием (МГС ПГ) и исследование физических, реологических и гидродинамических свойств таких сред является актуальной и важной научной проблемой.

В работе обобщаются результаты, выполненных под руководством автора, исследований свойств МГС ПГ при размерах пузырьков от 10 до 80 микрон и объемных газосодержаниях до 2-3 %. Экспериментально доказано, что такие среды имеют не только очевидные, практически полезные свойства, такие как: большая удельная поверхность контакта фаз и малая скорость всплытия пузырьков, что увеличивает стабильность среды и время взаимодействия газа с жидкостью; но и обретают ряд новых и неожиданных свойств. В частности, в МГС ПГ, несмотря на частые столкновения между пузырьками, в турбулентном потоке или при их всплытии в спокойной воде (из-за дисперсного состава по размерам), они не увеличиваются в размерах, т.е. в таких средах практически отсутствует коалесценция пузырьков. Таким образом, МГС ПГ обладают повышенной агрегативной устойчивостью, такие газожидкостные среды, как гомогенную жидкость, можно транспортировать по горизонтальным трубопроводам без их расслоения на отдельные фазы. Скорость звука в таких средах в 20 раз меньше чем в воде и 5-6 раз ниже, чем в воздухе. МГС ПГ очень сильно поглощают свет и звук, хотя частота звуковых возмущений значительно (в десятки и сотни раз) меньше собственной частоты колебания отдельного пузырька в воде.

Таким образом, уменьшение размеров пузырьков в газожидкостной среде приводит не только к количественным изменениям свойств (очевидные свойства), но и, начиная с некоторого размера - среда обретает новое качество, новые (неожиданные) свойства - повышенную агрегативную устойчивость и др. Естественным безразмерным параметром, который характеризует границу такого качественного перехода, можно считать число Рейнольдса (Reb), вычисленное по скорости сближения сталкивающихся пузырьков и их размерам. Если это число намного меньше единицы Reb << 1, мы имеем чисто вязкое (стоксовское) гидродинамическое взаимодействие, которое не приводит к коалесценции пузырьков и среда обретает перечисленные выше свойства. При Reb >> 1 - имеет место обычная агрегативно неустойчивая пузырьковая газожидкостная среда, в которой пузыри, сталкиваясь, укрупняются в размерах.

Перечисленные выше неожиданные свойства МГС ПГ придают им еще большую привлекательность для практического использования в промышленных технологических процессах и открывают реальные перспективы создания в ближайшем будущем малогабаритных и экономичных газожидкостных реакторов и аппаратов нового поколения.