Определение скорости растекания раствора фторсинтетического пенообразователя по поверхности нефтепродукта Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 614.84.664

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ РАСТЕКАНИЯ РАСТВОРА ФТОРСИНТЕТИЧЕСКОГО ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЯ ПО ПОВЕРХНОСТИ НЕФТЕПРОДУКТА

С. С. Воевода, С. А. Макаров, С. А. Шароварников

Академия Государственной противопожарной службы МЧС России

Представлена методика определения скорости растекания раствора фторсинтетического пенообразователя по поверхности нефтепродукта.

Измерение скорости растекания пленки основано на принципе определения электрической емкости конденсатора, одной из пластин которого является пленка на поверхности углеводорода, а другой — водно-солевой раствор под ним, тем самым обеспечивается плоскопараллельность пластин (рис. 1) [1].

Определение электрической емкости произво-

Водно-солевой раствор Углеводород Пленка

4 6

у.

Измеритель электрической емкости

РИС.1. Принцип определения площади поверхности углеводорода, покрытой пленкой

дится измерителем имитанса Е 7-8, который способен выделять реактивную составляющую цепи в автоматическом режиме. Корпус ячейки изготовлен из органического стекла (рис. 2). Внутри ячейка состоит из двух сообщающихся частей, расположенных на различных горизонтальных уровнях. В первой (основной) части расположены горизонтально выровненный водно-солевой раствор и гептан над ним.

Гептан по принципу сообщающихся сосудов находится как в первой, так и во второй частях ячейки. В начале и конце устройства находятся металлические электроды. Первый электрод опущен в водно-солевой раствор, нижняя часть второго касается поверхности гептана. Пена наносится во вторую часть ячейки, где и происходит контакт с металлическим электродом. Излишек раствора, образовавшийся в результате синерезиса пены, собирается в отстойнике.

РИС.2. Ячейка для измерения скорости растекания водной пленки из низкократной пены по поверхности углеводорода методом определения изменения емкостных сопротивлений: а — ячейка в разрезе; б — вид сверху; 1 — корпус ячейки; 2 — металлический электрод во второй части ячейки; 3 — металлический электрод в первой части ячейки; 4 — пена; 5 — отстойник; 6 — барьер; 7 — слой водно-солевого раствора; 8 — слой гептана; 9 — водная пленка

Для того, чтобы пена не вышла в другую часть ячейки, на расстоянии 6 мм от поверхности гептана расположен барьер. Водная пленка, выделившаяся из пены, растекается по поверхности углеводорода. Емкость измеряется между двумя горизонтально выровненными друг напротив друга электродами, одним из которых является водно-солевой раствор, другим — водная пленка. Увеличение электрической емкости пропорционально увеличению площади углеводорода, покрытого пленкой.

Последовательность измерения скорости растекания водной пленки по поверхности гептана

1. Рабочие растворы приготавливаются в одноразовых стаканах объемом 50 мл путем смешива-

ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 6'2003

ния предварительно приготовленных смесей растворов углеводородного (УПАВ) и фторированного (ФПАВ) поверхностно-активных веществ. Например, если нужно приготовить состав, в котором суммарная концентрация ПАВ составляет 1% масс., при этом 50% приходится на УПАВ и 50% — на ФПАВ, то из колб с углеводородным и фторированным ПАВ в стакан нужно налить по 25 мл каждого раствора. Приготавливаются растворы с различным содержанием углеводородного и фторированного компонентов.

2. В колбе объемом 500 мл приготавливается водный раствор хлористого калия концентрацией 0,3% масс. Удельная электропроводность такого раствора равна 0,51 См/м.

3. Водно-солевой раствор заливается в первую часть ячейки, при этом верхний его уровень не выше нижнего уровня второй части ячейки. Исходная емкость сисх ячейки с водно-солевым раствором составляет около 1,35 пФ.

4. В первую часть ячейки наливается гептан, который по принципу сообщающихся сосудов также растекается по поверхности водно-солевого слоя. Расстояние между поверхностями гептана и водно-солевого слоя составляет около 3-3,5 мм. Если толщина слоя гептана менее 2,5 мм, то образовавшиеся в результате скопления раствора димплы могут касаться водно-солевого слоя. В этом случае возможно резкое падение величины емкости и результаты будут недостоверными.

5. Измерения начинаются с составов с меньшим содержанием фторированного компонента. В шприц объемом 10 мл всасывается 2 мл раствора и 4 мл воздуха. Взбалтыванием получаем пену кратностью 3. Во вторую часть ячейки наносится 6 мл приготовленной пены.

6. Водная пленка, образовавшаяся в результате синерезиса пены, растекается по поверхности гептана, увеличивается площадь поверхности, покрытая пленкой. Растет значение электрической емкости между слоем водно-солевого раствора и водной пленкой, определяемое на приборе для измерения емкости и регистрируемое компьютером. Если электрическая емкость практически не меняется, то система находится в таком состоянии, когда водная пленка полностью растеклась по поверхности гептана.

7. Производится обработка результатов измерений электрической емкости, изменяющейся в результате растекания пленки, и расчет скорости растекания.

Значение электрической емкости между водно-солевым раствором и пленкой зависит и от электрической проводимости раствора поверхностно-активных веществ, поэтому для удобства дальнейших расчетов и связи величины емкости с площадью по-

© с

£

а

о у

X &

£

о Ц

т

20

15

10

0 10 20 30 40

Время растекания водной пленки, с

40

б

с

« , о

5 й нн ае тл

пп еп

I- « адьдно

ощовя

ля Е £

3

р

к о п

30

20

10

35,5

15,5

17 33

0 10 20 30 40

Время растекания водной пленки, с

РИС.3. Пример определения скорости растекания методом графического дифференцирования. Зависимость от времени: а — электрической емкости, изменяющейся в результате растекания водной пленки по поверхности углеводорода; б — площади поверхности углеводорода, покрытой водной пленкой

крытия вводится поправочный коэффициент кс. Достижение значения максимальной емкости стах соответствует состоянию системы, когда водная пленка полностью растеклась по всей поверхности Б' гептана [2]. Перерасчет электрической емкости в площадь углеводорода, покрытую водной пленкой, и определение скорости растекания ураст производятся по формулам:

Б кс (стах сисх);

Т ь

<зи аи

кс =

ДБ

Vраст = tgа = —, Дх

(1) (2)

(3)

где Ьяч — длина измерительной ячейки, мм; Няч — ширина измерительной ячейки, мм; х — время, с;

а — угол наклона касательной к кривой Б = /(х) к оси х.

а

с

тах

с

Рост электрической емкости соответствует увеличению площади гептана, покрытой пленкой

о

10 20 30 40 50 60 70 80 Время растекания водной пленки, с

РИС.4. Зависимости электрической емкости, изменяющейся в результате растекания водной пленки по поверхности гептана, от времени

Графическое дифференцирование сводится к построению касательной к кривой $ = /(т) и определению тангенсаугла наклона касательной к оси т, который численно равен значению производной в данной точке (рис. 3). Значение tga равно скорости растекания водной пленки по поверхности углеводорода. Для более точного определения скорости растекания водной пленки из низкократной пены для каждого состава снималось 5-7 кривых

(рис. 4 и 5).

3 40

«

ойк

5 30 л

п я

£ 20 3

кр о

с 10

щ

о л

С

У V >

К \ , / 'Л

////

ш

0

80

10 20 30 40 50 60 70 Время растекания водной пленки, с

РИС.5. Зависимости площади поверхности гептана, покрытой пленкой, от времени:

№ п/п Содержание компонентов в ПО, % асргд, уРаст см2/с

Б С рад.

1 50 50 0,569 0,64

2 62,5 37,5 0,749 0,749

3 75 25 0,795 0,795

Таким образом, предложена методика определения скорости растекания раствора фторсинтети-ческого пенообразователя по поверхности нефтепродукта.

ЛИТЕРАТУРА

1. Шароварников А. Ф. Противопожарные пены. Состав, свойства, применение. — М.: Знак, 2000.

2. Шароварников А. Ф., Молчанов В. П., Воевода С. С., Шароварников С. А. Тушение пожаров нефти и нефтепродуктов. — М.: Изд. дом "Калан", 2002. — 448 с.

Поступила в редакцию 27.06.03.