Интенсификация процесса эмульгирования в условиях одновременного воздействия прямых и отраженных ультразвуковых колебаний

Abstract

Актуальность исследования. Процессы создания и разрушения устойчивой смеси нерастворимых жидкостей широко применяются на всех стадиях жизненного цикла товарных углеводородов: от первичной промысловой обработки до глубокой переработки нефтепродуктов. Интенсификация как прямого, так и обратного процесса позволит существенного сократить габариты и металлоемкость необходимого технологического оборудования, что в свою очередь облегчит транспортировку, снизит затраты на монтаж и ремонт. Одним из наиболее прогрессивных методов повышения эффективности эмульгирования является проведение процесса в условиях воздействия механических колебаний ультразвукового диапазона частот. Цель исследования: установить влияние параметров неоднородной системы на интенсивность эмульгирования в поле действия ультразвуковых колебаний. Методы: общие принципы распространения, отражения и интерференции акустических колебаний в жидких средах, экспериментальные методы исследования акустического эмульгирования несмешивающихся жидкостей. Результаты. Рассмотрен механизм создания эмульсии в условиях интерференции двух встречных волн ультразвукового диапазона на границу контакта исходных жидкостей. Установлено, что наибольшая эффективность диспергирования наблюдается при резонансном воздействии. Аналитическим путем определена зависимость интенсивности воздействия механических колебаний на произвольную точку системы, образованной двумя несмешивающимися жидкостями, при распространении ультразвука в нормальном по отношению к границе раздела фаз направлении. Сопоставление результатов аналитических и экспериментальных исследований показало, что расхождение полученных данных составляет менее 10 %, что позволяет, с достаточной степенью точности, применять описанную методику расчета для оптимизации конструкций устройств для эмульгирования неоднородных смесей.

Relevance of the research. Development and destruction of a steady compound of insoluble liquids are widely applied at all stages of life cycle of commercial hydrocarbons: from primary trade processing to deep processing of oil products. Intensification of both direct and inverse processes will allow reducing considerably the overall dimensions and metal consumption of necessary technology equipment that in its turn will facilitate transportation, reduce costs of mounting and repair. One of the most progressive methods of increasing efficiency of emulsifying is the process as a result of ultrasonic oscillations. The main aim of the research is to determine the impact of inhomogeneous system impact on emulsifying intensity within the ultrasonic oscillation field. Methods: general principles of propagation, reflection and interference of acoustic vibrations in liquid, experimental methods for research acoustic emulsification of immiscible liquids. Results. The paper considers the mechanism of creating emulsion in interference of two counter waves of the ultrasonic range on the boundary of initial liquids contact. It is revealed that the greatest efficiency of dispersion is observed in case of resonant influence. The authors have determined analytically the dependence of the intensity of mechanical oscillations impact on arbitrary point of the system formed by two immiscible liquids in case of ultrasound distribution in the direction, normal in relation to boundary of the section of phases. Comparison of the results of analytical and pilot studies showed that the discrepancy of data disparity makes less than 10 % that allows, with sufficient accuracy, applying the described calculation procedure to optimize the constructions of devices for emulsifying the nonuniform compounds.