Дослідження реологічних показників водомазутних емульсій в залежності від технічних засобів та технологічних параметрів їх приготування - Ободович, Олександр Миколайович; Целень, Богдан Ярославович; Степанова, Олеся Євгенівна; Недбайло, Анна Євгенівна; Булій, Юрій Володимирович (My University, 2025)
Виконано аналіз залежності густини та в’язкості водомазутної емульсії не лише від температури, кількісного вмісту у ній водної фази, але й від технічних засобів та технологічних параметрів її приготування. Метою роботи є дослідження зміни реологічних показників водомазутних емульсій від використаного обладнання та технологічних параметрів приготування. Високий ступінь диспергування забезпечується гідродинамічними факторами та механічним впливом на частинки гетерогенного середовища, яке полягає в ударних, зсувних та абразивних навантаженнях при безпосередньому контакті дисперсій з робочими елементами роторно-пульсаційного апарата. Як базова модель апарата використовується конструкція циліндричного типу, що складається з трьох коаксіально-розміщених циліндричних елементів: двох статорів та ротора, що обертається між ними. Встановлено залежності зміни густини та в’язкості водомазутної емульсії від обробки в роторно-пульсаційному апараті при різних частоті пульсацій потоку та кількості циклів обробки. Доведено, що в’язкість водомазутної емульсії залежить від розміру середнього діаметра крапель дисперсної фази (води), що змінюється в залежності від параметрів обробки. Збільшення кількості циклів обробки від 1 до 5 при частоті пульсацій потоку від 1 до 4 кГц в залежності від кількості водної фази може підвищити в’язкість у 1,1–1,8 разів. При проєктуванні та експлуатації паливних господарств з урахуванням приготування в них водомазутної емульсії із застосуванням роторно-пульсаційного апарата необхідно брати до уваги характер зміни в’язкості в залежності від вмісту водної фази, кількості циклів обробки, частоти пульсацій потоку, середнього діаметра частинок дисперсної фази (води). З урахуванням характеру зміни в’язкості необхідно вносити відповідні корективи до підбору технологічного обладнання та трубопроводів, а також до технологічних режимів підготовки водомазутної емульсії до спалювання, або, навпаки, регулювати значення в’язкості стосовно наявного обладнання. Метою даної роботи було дослідження зміни реологічних показників водомазутних емульсій від використаного обладнання та технологічних параметрів їх приготування. Експерименти отримання водомазутних емульсій (ВМЕ) виконували при температурі 75 С. Густина мазуту за даної температури становила 932,5 кг/м3, густина води за цієї температури — 974,8 кг/м3. Під час експериментів концентрація води у ВМЕ становила 5, 10, 15, 20, 25, 30 %. Підігрітий до 75 С мазут марки М-100 подавали до приймального бункера роторно-пульсаційного апарата (РПА), оснащений сорочкою для підтримки постійної температури мазуту, води та ВМЕ. Далі вмикали РПА, який одночасно був циркуляційним насосом, і мазут проходив по контуру «приймальний бункер — РПА — приймальний бункер». Під час циркуляції мазуту по контуру в приймальний трубопровід РПА подавали воду в кількості від 5 до 30 %. Рециркуляцію здійснювали протягом 1–7 циклів. Обробку виконували при частоті пульсацій потоку від 1 до 6 кГц. Частота пульсацій потоку в РПА залежить від швидкості обертання ротора та кількості прорізів у робочих органах. В залежності від умов приготування ВМЕ визначали їх реологічні властивості. Основне підвищення структурної в’язкості ВМЕ спостерігалося у разі збільшення концентрації водної фази від 5 до 20 %, частоти пульсацій потоку — від 2 до 4 кГц, кількості циклів обробки — від 1 до 5. На збільшення густини та в’язкості ВМЕ впливали не тільки кількість водної фази, а й технологічні параметри її отримання, а саме: умови обробки в РПА (частота пульсацій потоку, кількість циклів). Це пояснюється зменшенням розмірів крапель дисперсної фази (води) у ВМЕ. При обробці різних середовищ в РПА одночасно відбувалися процеси перемішування, диспергування, розчинення та нагрівання. Їх ефективність залежала від режимів обробки і визначалася для кожного середовища експериментально. При отриманні ВМЕ в РПА відбувалося диспергування крапель дисперсної фази (води) до розмірів середнього діаметра 1,0 мкм і менше. Середній діаметр крапель дисперсної фази (води) також впливав на в’язкість ВМЕ. Під час експериментів ВМЕ готували в РПА протягом 5 циклів обробки з частотою пульсацій потоку 4 кГц. При цьому концентрація водної фази в досліджуваних зразках становила 10, 20, 30 %. Зі збільшенням середнього діаметра краплі дисперсної фази (води) від 1 до 40 мкм в’язкість ВМЕ знижувалась. Рівень зменшення в’язкості залежав від кількості водної фази у ВМЕ. При вмісті водної фази 10 % в’язкість зменшувалась на 16 %, при 20 % — на 32 %, при 30 % — на 34 %. Істотне зменшення в’язкості (майже у 2 рази) спостерігалося зі збільшенням концентрації водної фази від 10 до 20 %. Зі збільшенням концентрації водної фази від 20 до 30 % динаміка зниження в’язкості уповільнювалась. Висновки. При проєктуванні та експлуатації паливних господарств з урахуванням виготування в них ВМЕ із застосуванням РПА необхідно брати до уваги характер зміни в’язкості в залежності від вмісту водної фази, кількості циклів обробки, частоти пульсацій потоку, середнього діаметра частинок дисперсної фази (води). З урахуванням характеру зміни в’язкості необхідно вносити відповідні корективи до підбору технологічного обладнання та трубопроводів, а також до технологічних режимів підготовки ВМЕ до спалювання, або, навпаки, регулювати значення в’язкості стосовно наявного обладнання.
Keywords: кафедра біотехнології продуктів бродіння і виноробства; в’язкість; густина; дискретно-імпульсне введення енергії; роторно-пульсаційний апарат; тепломасообмінне обладнання; енергозбереження; water-oil emulsion; viscosity; density; discrete-pulse energy input; rotor-pulsation device; heat and mass exchange equipment; energy saving; energy saving