Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Исследование экологически безопасных иммерсионных растворов и процессов фильтрации в капиллярно-пористых средах

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Исследование экологически безопасных иммерсионных растворов и процессов фильтрации в капиллярно-пористых средах"

На правах рукописи

и

'•Я

гуе"

АШ1СИМОВА Елена Александровна РГБ ОД

/ *7 »мл гг С

» I на? ^

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ ИММЕРСИОННЫХ РАСТВОРОВ И ПРОЦЕССОВ ФИЛЬТРАЦИИ В КАПИЛЛЯРНО-ПОРИСТЫХ СРЕДАХ

Специальность 11.00.11 - охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Барнаул - 2000

Работа выполнена в Алтайском государственном университете

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Волков В.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Сеначвн ПК,

кандидат технических наук, с.н.с. Буфетов Н.С.

Ведущая организация: Кузбасский государственный технический университет

Защита состоится « 28 » апреля 2000 г. в_часов на заседании диссертационного совета Д 064.45.02 в Алтайском государственном университете по адресу: 656099, Алтайский край, г.Барнаул, ул. Димитрова 66.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алтайского государственного университета.

Автореферат разослан «_»_

2000г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, /

доктор физ.-мат. наук, профессор^"""

А 2-2-3 . 3 2 О

г-сгг-г, г> М СО ■

С.А. Безносюк

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. С развитием оптических методов в гидродинамических исследованиях процессов фильтрации возникла необходимость в получении зкологически безопасных высокопреломляюших жидкостей с показателем преломления, равным показателю преломления стеклянных пористых фильтров. Метод оптической гомогенности позволяет решить главную проблему гидродинамического исследования фильтрационных течений'- максимально уменьшить внесение возмущений, возникающих в результате наличия измерительного датчика в потоке. Подобные жидкости (в малом объеме) необходимы так же в иммерсионном анализе при изучении мелких минеральных зерен, продуктов химических реакций, взрывчатых и ядовитых веществ для получения различных кри-сталлооптических характеристик вещества и определения его показателя преломления. Потребность в больших количествах безвредных высокопреломляюших жидкостях возникает и в технологии стекольного производства при обнаружении дефектов внутри стеклянных заготовок.

Вопросы получения и исследования новых иммерсионных жидкостей близко примыкают к проблемам фильтрации и истечения жидкости или газа через капилляры и пористые среды, которые являются важным» ввиду многочисленного применения в науке и технике. Немаловажная экологическая проблема заключается во вредном воздействии па окружающую среду побочных продуктов химико-технологических процессов. Одним из методов уменьшения .этого воздействия может служить фильтрование и очистка от вредных примесей.'К подобного рода проблемам относится создание оборотных и замкнутых систем водоснабжения с очисткой сточных вод. Одной из практических ценностей при этом является знание изменения проницаемости фильтра в зависимости от времени. Существенное влияние при этом, помимо структуры фильтра и физических характеристик жидкости, оказывает поверхностное взаимодействие материала фильтра и среды. Исследование разрушающихся фильтров необходимо для понимания процессов, происходящих в разрушаемых, каталитических реакторах. а так же в охладителях, содержащих блок плотно упакованных насадок, на входе которого имеется высокотемпературный газовый поток, а на выходе -низкотемпературный, образующийся в результате эндотермической реакции газового потока с твердой фазой насадки.

Цель работы состоит в получении безопасных в использовании высоко-преломляющих жидкостей с заданными оптическими и гидродинамическими свойствами для исследований фильтрационных потоков, а так же в исследовании особенностей фильтрации при течении жидкостей через капилляры в процессах адсорбции, десорбции и механического разрушения.

Научная новизна

Разработаны новые иммерсионные жидкости на основе водных растворов солей йодидов металлов, пригодные для экологически безопасного использования в оптических исследованиях.

На основании физико-химического анализа новых иммерсионных жидкостей определены оптимальные концентрации растворов и температурный режим для получения оптически стабильных высокопреломляюших жидкостей, обладающих заданными вязкостью, плотностью и показателем преломления при

рациональном использовании химического сырья. Получены новые эмпирические зависимости показателя преломления и вязкости от плотности растворов.

Разработана новая методика исследования фильтрации через разрушающиеся активные упаковки путем измерения распределения давления и профиля скорости на холодных упаковках с добавлением инертного компонента, позволяющая более полно использовать химические реагенты. С помощью разработанных иммерсионных жидкостей получены экспериментальные данные по физической картине течения в разрушающихся фильтрах.

Выявлена зависимость проницаемости фильтра от времени истечения различных жидкостей через капилляры разного размера и материала, связанная с уменьшением эффективного -диаметра капилляров. Предложен метод очистки жидкости и уменьшения загрязнения капилляров путем предварительного пропускания жидкости через насыпные зернистые слои, покрытые силикагелем.

Предложена модель для расчета переноса в фильтрах с повторяющейся ориентацией для оценки влияния вихревых структур потока на интенсификацию химических процессов.

Практическая ценность работы связана с получением необходимых для исследований процессов фильтрации и в технологии иммерсионного метода стекольного производства безопасных и доступных иммерсионных жидкостей, с выявлением гидродинамических особенностей фильтрации в разрушающихся активных фильтрах, которое позволило предложить метод интенсификации химической реакции в аппаратах путем разбавления реагентов инертной насадкой и способ устранения преждевременного засорения капилляров и очистки жидкости от примесей.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на V Всероссийском симпозиуме «Современные теоретические модели адсорбции в пористых средах» {Москва, 1999), XVIII Российской школе по проблемам проектирования неоднородных конструкций (Миасс. . 1999). 4m Workshop "Transport Phenomena in Two-Phase Flow" (Sozopol. Bulgaria. 1999), VII Международной конференции "Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах" (Иваново, 1998). II Международной научно-практической конференции "Экология и жизнь" (Пегоа, 1999).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, перечень которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Общий объем работы составляет ] 12 страниц, включая 27 рисунков. 5 таблиц и список литературы из 70 наименований.

На защиту выносятся:

- Получение новых экологически безопасных, высокопреломляющих жидкостей на основе концентрированных водных растворов простых и комплексных солей йодидов металлов, пригодных для использования в иммерсионном анализе и в оптических исследованиях фильтрационных течений.

- Комплекс иммерсионных и гидравлических исследований новых высо-конреломляющцх .растворов, позволивший иредложшь рациональные мешди получения жидкостей с заданными показателем преломления и вязкостными свойствами. Новые эмпирические зависимости показателя преломления и вязкости от плотности жидкостей.

- Методика исследования высокотемпературного процесса разрушения слоев химических реагентов в нестационарных фильтрах с применением разработанных высокопреломляюших жидкостей; результаты проведенных экспериментов по намерению распределения давления и профиля скорости на полностью и полурастворимых в воде фильтрах; способ более рационального использования химических реагентов в аппаратах с разрушающимися слоями.

Результаты экспериментальных исследований проницаемости простейшего пористого фильтра из системы цилиндрических капилляров диаметром менее 300 мкм. Метод предварительной очистки жидкости и уменьшения загрязнения капилляров, основанный на фильтрации и адсорбции.

- Результаш расчета модели процесса переноса в стационарном филыре • для оценки влияния структуры потока на интенсивность химических процессов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении диссертации обосновывается актуальность темы исследования. изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проводится обзор литературы по вопросам диссертационной работы, который дает теоретическое представление об экологических проблемах. возникающих при использовании высокопреломляюших жидкостей, при создании аппаратов с разрушаемыми активными фильтрам», при фильтрации жидкостей и газов через капиллярно-пористые среды.

Анализ научно-технической литературы показывает, что высокопреломляющих жидкостей, пригодных для использования в иммерсионном методе, известно очень мало, и в последнее время практически не совершенствовалась технология получения новых иммерсионных жидкостей. Из имеющихся данных можно заключить, что практически все известные высокопреломлягощие жидкости с показателем преломления п^ > 1.6 не удовлетворяют требованиям доступности. малой токсичности, взрыво- и пожаробезопасное™, инертности по отношению к исследуемым вешесгвам и чаще всего представляют большую опасность для обслуживающего персонала.

В вопросах фильтрации жидкости и газа практически важной характеристикой является изменение проницаемости (удельной производительности) фильтра в ходе процесса разделения. При этом общее сопротивление движения жидкости зависит от структуры фильтра, физических свойств жидкостей и содержащихся в ней примесей, а также от поверхностного взаимодействия материала фильтра и фильтруемой жидкости. Так. образование граничных слоев жидкости в гидрофильных пористых средах приводит к существенному росту вязкости жидкости в капиллярах диаметром менее 0.5 мкм. Этот эффект особенно выражен для воды, которая отличается от других полярных жидкостей наличием направленных водородных межмолекулярных связей, ответственных за многие известные аномалии ее объемных свойств. В последнее время обнаружено завышенное значение коэффициентов сопротивления отверстий диаметром менее 65 мкм при истечении через них воды. В капиллярах большего диаметра эги эффекты менее заметны, но ресурс работы фильтров определяется не только структурой осадка и ростом его толщины, но и процессами адсорбции примесных молекул на внутренних стенках капилляров.

Во второй главе приведено обоснование и описание способа получения безопасных в использовании высокопреломляющих жидкостей с заданными характеристиками на основе концентрированных водных растворов йодидов металлов, представлены результаты физико-химического анализа полученных •жидкостей, показывающие возможность их использования в иммерсионном анализе, в гидродинамических исследованиях фильтрационных потоков оптическими методами, в технологии стекольного производства при обнаружении дефектов внутри стеклянных заготовок.

Из соображений техники безопасности и экологического аспекта при работе с большим количеством высокопреломляюшей жидкости желательным качеством последней, наряду со всеми имеющимися требованиями, является ее быстрое растворение водой. Водные растворы в этом отношении являются идеальными жидкостями. За объект исследования были выбраны концентрированные водные растворы простых и сложных солей йодидов металлов. Высокий показатель преломления этих растворов обусловлен наличием в составе образующих их солей йода, обладающего большим значением атомной рефракции. При этом йодиды металлов первой группы главной подгруппы и второй группы обладают хорошей растворимостью в воде, что позволило получить на их основе высокопреломляющие жидкости. Относительная безвредность водных растворов йодидов кальция, натрия, калия и цинка обусловлена их малой токсичностью по сравнению с известными иммерсионными жидкостями. Так, например, йодистый метилен, входящий в большинство иммерсионных составов и являющийся их разбавителем является весьма токсичным и способен проникать в человеческий организм даже через неповрежденную кожу. Жидкость Веста (на основе белого фосфора) чрезвычайно огнеопасна: на дереве или бумаге самовозгорается. а на теле оставляет долго незаживающие ожоги. Жидкости Туле и Сушина-Рорбаха при действие на кожу вызывают долго незаживающие язвы. Растворы же йодидов металлов не имеют запаха, легко смываются с кожи водой, не взры-во- и не пожароопасны, инертны по отношению к исследуемому веществу. При надлежащем хранении и обращении растворов выделение в раствор свободного йода весьма незначительно, что даже не существенно влияет на их оптическую прозрачность, следовательно, испарение йода со свободной поверхности не представляет большой опасности. Эти свойства позволяют использовать подобные растворы в качестве высокопреломляющих жидкостей в различных экспериментах без вреда для обслуживающего персонала.

Наименьшую канцерогенность среди исследованных йодидов металлов второй группы имеют растворы йодидов кальция и цинка. Но растворяя практически безвредный йодил кальция в воде, нельзя получить показатель преломления (для желтой линии натрия) раствора больше пй = 1.55, кроме того, насыщенный раствор обладает большой вязкостью. При этом если оставить раствор йо-дида кальция с максимальным показателем преломления надвое суток в закрытом сосуде, то ои превращается в гель с незначительным уменьшением показания преломления. Среди всех простых йодидов металлов йодид цинка ¿пЬ имеет максимальную растворимость в воде - 81.2% (мае.) при 20 °С, что приводит к достижению высокого показателя преломления его раствора. Насыщенный рас-"шор йодида цинка может быть получен непосредственным синтезом из цинка и 110да в воде и представляет собой прозрачную жидкость с показателем прелом-

ления Пц = 1-636 при 20 °С. не меняющимся в течение нескольких суток. Для сравнения: максимальные показатели преломления насыщенных растворов хлористого и азотнокислого цинка не превышали 1.52 и 1.36 соответственно. Небольшая лобавка (несколько процентов) йодида кадмия к раствору йодида цинка приводила к повышению плотности и показателя преломления раствора, но не более чем в третьем знаке. Зависимость показателя преломления раствора йодида цинка от его плотности

1.65

п0

1.60

1.55

А- 1

1.50

1.45

представлена на рисунке 1(1). Экспериментальные данные хорошо аппроксимируются прямой

По = 0.17(1 + 1.16.

(1)

1.40

1.2

1.6

2.0

2.4 2.8

(1, г/см3

Рис. 1. Зависимость показателя преломления п0 водного раствора '¿пЬ от его плотности (1(1). (2 - данные для водного раствора Сс!Ь-2К1, 3 - раствора С<112-2№[)

(полученной методом наименьших квадратов), где значение плотности берется в системе СГС. Показатель преломления измерялся рефрактометром Аббе модели О с погрешностью не более 0.1%. плотность - пикнометром емкостью 10 мл и аналитическими весами ВЛР-200 с точностью 3%. Из приведенной зависимости можно сделать вывод, что выражение для рефракции раствора г йодида цинка, как в области насыщения, так и при малых плотностях, отличается как от простой эмпирической зависимости для растворов, предложенной Гладстоном. Далем:

п = гй + 1,

гак и от более сложных выражений Эйкмана и классической формулы Лорентц-Лоренца. Практическая ценность выражений, связывающих показатель преломления с другими физическими свойствами двухкомпонентных растворов, заключается в установлении концентрации, плотности и вязкости на основании измеренного показателя преломления, или наоборот. Для раствора йодида цинка были измерены вязкость и электропроводность в диапазоне высоких концентраций вплоть до насыщения. Уменьшение электропроводности раствора с ростом концентрации обусловлено теми же причинами, что и резкое увеличение вязкости в области насыщения: снижением степени диссоциации слабого электролита и уменьшением подвижности ионов вследствие межионных взаимодействий.

Для нахождения зависимости, описывающей экспериментальные данные динамической вязкости и плотности раствора, было получено выражение, в котором константа и- находилась по методу Бачинского из измеренного значения плотности в точки кипения:

с

i/с/ - И/'

w = 0.802/</„.„. С = 6777:,

30

!-1отн

20

10

0

1.0

1.5

2.0

3.0

где Ткш - 172 °С, = 2.53 r/слг. На рис. 2 изображены экспериментальные данные и кривая, описываемая выражением (2). Из рисунка видно, что кривая хорошо описывает экспериментальные данные до плотностей раствора, не превышающих 2.5 г/см"" (ошибка определения относительной динамической вязкости не превышала 6%).

Следует отметить, что относительная кинематическая вязкость раствора йо-дида цинка при высоких концентрациях уменьшалась с увеличением температуры, что более характерно для не электролитов. Йодид кадмия имеет сравнительно небольшую растворимость в воде, но его совместное растворение с йодидами других металлов (преимущественно щелочных), сопровождающееся ■образованием комплексных солей, приводит к существенному увеличению их взаимной растворимости, в результате чего так же могут быть достигнуты относительно высокие значения показателя преломления.

Так. в водных pac í ворах йодистых калия и кадмия, взятых по отдельности, невозможно было получить показатели преломления более 1.43 и 1.46 соответственно. Совместное же растворение компонентов в весовых процентах: йодистый кадий - 42, йодистый кадмий -41. вода • остальное, приводило к существенно большему показателю преломления, достигающего значения 1.62, при относительной вязкости 2.8. Однопроцентная добавка к раствору калий-кадмиевого йодида хлористого цинка увеличивала растворимость компонентов, и показатель преломления раствора достигал значения 1.625.

Для увеличения диапазона изменения показателя преломления и вязкости с одновременным сохранением стабильности оптических свойств раствора калий-кадмиевого йодида йодид калия был заменен на йодид натрия. Максимальный показатель преломления у насыщенного раствора йодида натрия П|> = 1.502 при 2ü'"C. При этом максимальный показатель преломления полученного раствора двойной соли CdI2-2Nal достигал значений пп = 1.644 при относительной кинематической вязкости 5.3. Добавление в насыщенный раствор небольшого количест-

2.5 с1, г /см3

Рис. 2. Зависимость относительной вязкости (.^водного раствора гп^от плотности при 20 °С. Точки - экспериментальные данные, линия - аппроксимация функцией, имеющей вид формулы Бачинского

ßa йодила кальция Cal? (до 3%) приводило к небольшому увеличению показателя преломления и вязкое гн жидкое ni. При дальнейшем добавлении (до 5.8%) полила кальция в раегворе ¡и,¡падали кристаллы, которые растворялись при нагревании жидкое i и до 30 °С, при этом показатель преломления раствора достигал значения 1.655. а относительная кинематическая вязкость - 7.7,

Da рисунке 1 вместе с зависимостью показателя преломления от плотности раствора Полила цинка представлены аналогичные данные для растворов ка-лий-кадмневою (2) и натрий-кадмиевого (3) йодидов. Как видно, они совпадают (с ючностыо до второю знака), из чего можно сделать вывод о равенстве удельных рефракций этих растворов в области высоких концентраций. В отличие от pací вора йодила цинка, растворы калий-кадмиевот и иатрий-кадмиевого иодидов были однородными и в области низких концентраций. Это связано с особенностью нежионных взаимодействий комплексов этих солей. Гак добавка йодила катя или натрия в йод»и кадмия приводит к бодее компактному комплексообра-зоваишо. что проявлялось в более низком значении вязкости и в более высоком значении пектропроводности. чем у раствора йодндз цинка. Кроме того, у растворов катий-кадмиевого и натрий-кадмиевого йодидов практически не отмечалось выпадения осадка, и их показатель преломления в закрытом сосуде не изменялся в течение многих месяцев. Для раствора йодида цинка стабильность значения показателя преломления была существенно ниже и не превышала нескольких суток. Как видно из полученных данных, вязкость раствора подидз цинка меняется в более широких пределах, чем у раствора солей йодистых кадмия и калия, вязкость которого при изменении концентрации раствора остается близкой к вязкости воды, что связано с влиянием йодистого калий. Вязкость раствора натрий-кадмиевою йодида также меняется в достаточно широком диапазоне, особенно при добавлении в пего йодида кальция. Температурные исследования параметров перечисленных растворов выявили, что вязкость* показатель преломления и плотность растворов уменьшались с повышением температу ры.

Таким образом, среди всех исследованных жидкостей водный раствор комплексной соли натрий-кадмиевого йодида Cdb'2NaI является наиболее универсальной высоконре.томляюшей жидкостью, позволяющей получить наибольший показатель преломления с изменением вязкости раствора в широких пределам. Так. использование раствора йодида шшка с максимальным показателем преломления при насыщении в гидродинамических исследованиях затруднительно в виду высокого значения вязкости. С другой стороны, к описанным свойствам раствора йодида цинка следует добавить его меньшую безвредность по сравнению с калий-кадмиевым и натрий-кадмиевым йодидами, что позволило использовать его для нужд стекольной промышленности при обнаружении дефектов внутри стеклянных заготовок, где до этого применялись ядовитые органические жидкости. Растворы калий-кадмиевого и натрий-кадмиевого йодидов ввиду меньшей вязкости могут быть использованы как высокопреломляюшие жидкости в гидродинамических контурах для оптического исследования фильтрационных потоков при высоких числах Рейиольдса.

Полученные высокопреломляюшие жидкости могут использоваться в замкнутых циклах многократно. При необходимости они легко фильтруются в разбавленном виде, а для более безопасною хранения могут быть выпарены до сухого компонента.

В третьей главе диссертации представлено исследование гидродинамики разрушающихся активных фильтров, описание полученных экспериментальных данных и методики проведения экспериментов.

Оптические методы с использованием безопасных высокопреломляющих жидкостей могут дать ценную информацию при исследовании гидродинамики стационарных и разрушающихся фильтров, для которых практически отсутствует экспериментальная база по физическим картинам течения.

Для оценки необходимой точности равенства показателей преломления сIскляипых элементов и высокопреломляюшей жидкости для гидродинамического исследования структуры потока в пористой среде рассмотрен случай максимально возможного отклонения лазерного луча радиусом г на стеклянном шарике (рис. 3). Из выражений для смещения луча в поперечном направлении и условия пересечения лучей в измерительном объеме для допустимой разности показателей преломления получено;

«о ~ 0.5г2/(у- Я)1 ~ 6- !0~\ (3)

Температурный коэффициент показателей преломления исследованных растворов не превышал 4-10"4 1/град. Следовательно, точность поддержания температуры жидкости в рабочем участке должна составлять не менее 0.2 градуса.

Рис. 3. Отклонение светового луча при падении по касательной к шарику

Для проведения экспериментов по определению профиля скорости на модели разрушающегося активного фильтра аналогичным образом был найден необходимый показатель преломления высокопреломляюшей жидкости. Сложность проведения экспериментов в высокотемпературных газовых потоках приводит к потребности моделирования гидродинамических процессов при разрушении слоев реагентов в более безопасных условиях, которые, приближенно, позволяли бы выявить наиболее характерные черты гидродинамической структуры высокотемпературного потока в реальных фильтрах с изменяющейся геометрией. Одна из простейших моделей заключается в исследовании давления и профиля скорости в упаковке, растворяющейся в воде, при соблюдении подобия чисел Яе и геометрии разрушаемых активных фильтров на начальный момент времени. В качестве растворимой упаковки использовались растворимые таблетки валидола и гексо-лина.

Профиль скорости за упаковкой определялся на расстояниях 2, 18, 32 см, для чего по дну трубы после опытного участка прокладывалась тонкая катеторная трубка, в которой были сделаны отверстия для выпуска пузырьков. Фиксация траектории пузырьков позволяла времяпролетным методом определить распределение скорости по вертикальному сечению трубы.'Для устранения влияния кривизны цилиндрической стеклянной трубы на результаты оптического определения положения пузырьков в жидкости, труба размещалась в квадратную кювету, в которую-затевалась одна из разработанных высокопре-ломляющих жидкостей с необходимым показателем преломления. Тарировочные эксперименты на установившемся пуазенлевском профиле позволили оценить погрешность подобного метода, которая не превышала 15 %. Профиль скорости был чувствителен к процессам растворения. Его изменение фиксировалось уже через минуту после начала эксперимента. И только на 25 минуте после начала растворения на расстоянии шести калибров канала с засыпкой профиль скорости переставал изменяться (рис.4). Для всего процесса растворения таблеток профиль скорости был существенно неоднороден но сечению трубы, особенно на 3 и 6 минуте растворения, с характерными максимальными значениями скорости у стенок канала. Эта неоднородность скорости сохранялась и после 25 минут растворения. Бели учесть, что в покоящейся безграничной жидкости таблетки растворялись примерно за 30 минут, то влияние растворимых элементов на профиль скорости за засыпкой после 25-ти минутного интервала следует уже отнести к изменению вязкости потока в пограничном слое нерастворимых элементов, на которых адсорбировались частицы растворимых таблеток.

Сравнение результатов экспериментов за засыпками из растворимых и нерастворимых элементов позволило выявить, по крайней мере, две причины возникновения неоднородности профиля скорости за засыпками, одна из которых - влияние свободной конвекции, пренебрегать которой нельзя при низких числах Re. и вторая причина связана с гидродинамикой потока, протекающего через каналы, проницаемость которых распределена неравномерно по сечению \паковки.

Распределение давления регистрировалось одновременно с измерением профиля скорости. Для измерения давления был использован специально изготовленный многоканальный жидкостный манометр. Давление измерялось в опытном участке длиной 20 см и диаметром 5 см в 9 сечениях, отстоящих друг

Ü0 о.з 1.0 y/D Рне 4 Распре деление продольной скорости по сечении после опытного участка е полурастворимой упаковкой. Время растворения: 1,2,3,-?,5,б, - Оии, 1 мин , 3 тт.,6 мин., 9 мин , 25 мин

ог друга иа 2 см. и в 4 тачках в каждом сечении, а также за и перед упаковкой с 1аГ>легка.ми. Другими словами, давление одновременно фиксировалось в 38 точках с точностью 10 Па. При лом расходная скорость в процессе растворения упаковки поддерживалась постоянной за счет изменения сопротивления на еильфониом вептпле.'Давление было'существенно неравномерно распределено как по длине, так и по сечению опытного участка, в отличие от нерастворимой упаковки, где распределение пристеночного давления по длине шло достаточно линейно и в одном сечении отличалось большей равномерностью. В первых экспериментах по измерению давления в полностью растворимой засыпке обнаружился эффект запирания проходного сечения канала материалом разрушенных, по не успевших раствориться таблеток. Засыпка превращалась в сплошной липкий комок, прижатый потоком к ограничивающей решетке, что приводило к повышению перепада давления на упакованном слое, гак как попадание жидкости внутрь кочка исключалось и происходило лишь достаточно медленное растворение и размывание его поверхности. 11оэтому для таких систем трудно ожидать повышенных коэффициентов переноса, столь характерных для стационарны* аппаратов.

В виду крайней неравномерности распределения давления в полностью растворимой упаковке, была сделана попытка уменьшить эту неравномерность за счет разбавления растворимой упаковки инертными, нерастворимыми элементами. размерами, близкими к растворимым. Полурастворимая засыпка представляла равномерно перемешанную смесь нерастворимых пластмассовых таблеток (диаметр х толщина, 10x3 мм) и таблеток валидола, эквивалентный диаметр которых был примерно в 1.5 раза больше нерастворимых таблеток. Распределение перепада давления по длине упаковки, состоящей из смеси растворимых и нерастворимых элементов, в зависимости от времени менялось более плавно, чем на полностью растворимой упаковке. При этом экспериментально было подобрано наилучшее процентное содержание-растворимых и нерастворимых элементов, составляющее 50x50%. Временная зависимость перепада давления приведена па рис. 5, из которого видно, Fue ^ Перепад давления в 'зависимости от времени что давление менялось в н.1 опытном участке с полурастворимой упаковкой, диапазоне примерно от 3.7

до 6-8 минут от начала

растворения, или в течение 3-4 минут эксперимента. За этот интервал времени таблетки почти полностью разрушались и уносились. В дальнейшем перепал давления практически не менялся, и полный перепад давления определялся уже

(. мнкут

оставшейся не растворяемой частью элементов, занимающей половину опытного участка. Распределение перепада давления на »той половине опытного участка начинало совпадать с распределением перепада давления для участка, полностью заполненного нерастворимыми элементами. Можно сказать, что разбавление растворимых элементов нерастворимыми увеличивает интенсивность растворения. Другими словами, добавление в растворимые упаковки таблеток нерастворимых элементов, близких к размеру растворимых, позволяло, если не устранить, то существенно уменьшить комкообразование, сохраняя и обеспечивая внутри упаковки .множество связанных каналов, которые и обуславливают повышенные коэффициенты диффузии в стационарных фильтрах и каталитических реакторах. Предотвращение преждевременного уноса реагентов из зоны реакции и увеличение полноты протекающих реакций в аппаратах ведет к непосредственному сбережению химического сырья и снижению техногенного воздействия на окружающую среду.

Четвертая глава работы посвящена исследованию процессов фильтрации жидкостей через микрокапилляры диаметром менее 300 мкм, анализу фильтрующихся жидкостей, а так же расчету модели переноса в стационарном фильтре с повторяющейся ориентацией.

Для выяснения особенностей, связанных с использованием полученных высокопреломляющих жидкостей, а также воды в исследованиях фильтрационных потоков в капиллярно-пористых средах с малым проходным' сечением капилляров проведена серия экспериментов по истечению полученных высокопреломляющих жидкостей, водопроводной и дистиллированной воды через капилляры диаметром менее 300 мкм.

При исследовании течения свежеприготовленных водных растворов йодидов металлов в капиллярах малого диаметра было обнаружено повышение гидравлического сопротивления капилляров в случае пропускания через них насыщенного раствора йодида цинка. Так, на рис. 6 представлена зависимость эффективного диаметра капилляра, найденного из закона Пуазейля, от времени t М!Ш истечения свежеприго-

Piu ó Зависимость эффективного диаметра капилляра товленного раствора ио-<>т времени истечения свежеприготовленного дида нинка. Видно, что водного раствора НОД1ЩЛ цинка его истечение через ка-

пилляр диаметром 45 мкм

почти полностью прекращалось через 40 минут. Это подтверждает образование в растворе макрочастиц, которые могут существенно влиять на физические свойства жидкости. Структурирующее действие процессов агрегатообразования в

л.)

растворе было обнаружено и по наличию следов в жидкости, оставляемых при движении мелких предметов и наблюдаемых в проекционном свете. Изменение эффективного диаметра пронускиого отверстия капилляров можно трактовать как увеличение вязкости жидкости, в которую кроме ньютоновского компонента входят нелинейные члены, обусловленные процессами агрегатообразования. Таким образом, обнаруженное свойство накладывает еще одно ограничение на использование раствора йодида цинка в оптических исследованиях фильтрационных потоков в случае малых значений проходных сечений пористой среды.

При длительной фильтрации воды так же наблюдался эффект уменьшения эффективного диаметра капилляров, связанный с процессами адсорбции, протекающими на внутренней поверхносги капилляров. Так. на рисунке 7 приведены экспериментальные данные по нахождению зависимости толщины адсорбирующегося слоя от времени фильтрации водопроводной воды через капилляры диаметром 300 мкм, при длительности эксперимента около шести месяцев. Толщина адсорбирующегося слоя также находилась из закона Пуазейля по экспериментально найденной расходной скорости. Такая же картина наблюдалась и в случае истечения дистиллированной воды. Как показали эксперименты, для малых перепадов давления адсорбционный слой нарастал быстрее, чем для больших перепадов давления. Химический анализ показал. что основу слоя может составлять жидкое стекло и другие гелеобразные отложения, например гидроокись алюминия. Этот адсорбированный слой имеет слабую связь с поверхностью и при увеличении перепада давления смывается со стенок. Но когда подобный сшшкагеяевый слой образуется в разветвленных капиллярах, составляющих структуру пористых стандартных керамических фильтров. он приводит к быстрому засорению последних. На основании экспериментально полученных зависимостей толщины адсорбционного слоя на внутренних стенках капилляров от времени истечения жидкости, был предложен метод продления срока службы фильтров тонкой очистки с диаметром пор менее 10 мкм. заключающийся в пропускании воды через чередующиеся слои засыпок из шариков. покрытых сидикагелем и без него, которые выполняют двойную функцию. Шарики, покрытые сидикагелем. адсорбируют примеси органического и неорганического происхождения, а чистые шарики адсорбируют силикагель, который всегда присутствует как в водопроводной, так и в дистиллированной воде.

л Ш -50

(. сутки

Рис 7 Зависимость толщины адсорбирующегося слоя ш стальном (1) и стеклянном (2) капиллярах диаметром 300 мкм от времени истечения водопроводной воды

В эффективные коэффициенты переноса тепла и массы при фильтрации жидкости одновременно входят несколько физических механизмов переноса, что затрудняет как разработку теоретических моделей, так и сравнение теории с экспериментом. Как показали многочисленные эксперименты, жидкость в пористой среде движется в виде стру й, формируемых минимальным проходным сечением норовых пространств. Перенос между соседними струями осуществляется за счет наличия пустот между струями, в которых образуются вихревые образования. Распространить реальную физическую картину течения в пористой среде на простейшую модель фильтра из системы плоских капилляров можно за счет добавления капилляров, ориентированных перпендикулярно фильтрационному потоку. Для расчета переноса между соседними струями с разными скоростями и концентрациями через вихревое образование использовалось решение по нахождению зависимости скоростей в вихревой структуре со скоростями потоков.

Для случая турбулентных слоев смешения между струями и вихревыми образованиями расчет переноса массы () и эффективного коэффициента поперечной диффузии Э,ф приводит к зависимости:

0 = 0.1ы,(с, -с,), ' (4)

£>^=0 Лщ1.

Из найденных выражений для эффективных коэффициентов поперечной диффузии можно сделать вывод о влиянии на поперечный перенос конвективных потоков в крупномасштабных образованиях фильтрационного течения. Несмотря на достаточную условность принятой модели, полученная зависимость оказалась близка к известным экспериментальным результатам по измерению поперечного переноса в пористых средах.

В заключении приведены основные выводы по результатам проведенной работы:

1. 11ол\ чены новые безопасные иммерсионные жидкости с показателем преломления п» > 1.6 на основе концентрированных водных растворов йодндов металлов, которые использованы в стекольном производстве при обнаружении дефектов стеклянных заготовок, в исследованиях фильтрационных потоков оптическими методами. Эти жидкости могут найти применение и в традиционном иммерсионном анализе для определения крисгаллооптических характеристик вещества.

2. Проведен физико-химический анализ полученных высокопрелом-ляющих растворов йодидов металлов, на основе которого был разработан способ получения иммерсионных жидкостей с заданными вязкостью и оптическими свойствами, что позволяет более рационально использовать химическое сырье для их производства. Получены новые эмпирические зависимости показателя преломления и вязкости от плотности растворов.

3. Разработана методика исследования разрушения фильтров и упакованных слоев реагентов каталитических реакторов, газогенераторов и охладителей с использованием разработанных иммерсионных жидкостей. Получены новые данные по измерению давления и профиля скорости в медленно растворяющемся в воде упакованном слое. Вы-

явлены особенное]» фильтрации в разрушающихся упаковках, которые позволили предложить способ ресурсосбережения химических-реагентов путем интенсификации химической реакции за счет разбавления реагентов инертной насадкой.

4. Проведено исследование фильтрации полученных высокоирелом-ляюших жидкостей и воды на простейшей модели фильтра в виде оеклянных и металлических капилляров диаметром менее 300 мкм. Обнаружено, что изменение проницаемости подобных фильтров при истечении концентрированного водного раствора йодида цинка связано с процессами arperaтообразования в жидкости, а при истечении воды - с адсорбцией геля на стенках капилляров. Предложен способ устранения преждевременного засорения капилляров и очистки жидкости с помощью использования зернистого слоя, покрытого силнка-гелем.

5. Предложена модель и выполнены расчеты для коэффициентов переноса в фильтрационном потоке, показавшие влияние вихревых структур на процессы переноса и их интенсификацию.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Анисимова Е.А.. Волков В.И. Исследования разрушающихся упаковок /,' Материалы XVIII Российской школы по проблемам проектирования неоднородных конструкций. -Миасс, 1999. -С. 129-135.

2. Анисимова Е.А-. Волков В.И., Истомина Т.С. Получение и исследование экологически чистых иммерсионных жидкостей // Материалы II Международной научно-практической конференции «Экология и жизнь». - Пенза, 1999. -С. 77-80.

3. Анисимова Е.А., Волков В.И. Исследования разрушающихся упаковок. V Тез. докл. XVIII Российской школы по проблемам проектирования неоднородных конструкций. - Миасс, 1999. - С. 80.

4. Анисгшова Е.А., Волков В.И. Исследование процессов переноса в капиллярно-пористых телах // Тез. докл. XVIII Российской школы по проблемам проектирования неоднородных конструкций. - Миасс, 1999. - С. 81.

5. Анисимова Е.А., Волков В.И. Исследование распределения давления и профиля скорости в разрушающихся упаковках // Проблемы гидродинамики и тепломассообмена. Барнаул: Изд-во АГУ, 1999. - С. 59-67.

6. Анисимова Е.А., Волков В.И. Экспериментальные исследования водных растворов йодидов металлов // Проблемы гидродинамики и тепломассообмена. Барнаул; Изд-во ЛГУ, 1999. - С. 68-73.

7. Анисгшова Е.А., Волков В.И. Модельные исследования разрушающихся упаковок // Тез. докл. V Всероссийского симпозиума «Современные теоретические модели адсорбции в пористых средах», - Москва, 1999. - С. 11.

8. .Анисимова Е.А., Волков В.И. Аспекты капиллярной модели пористых сред // Тез. докл. V Всероссийского симпозиума «Современные теоретические модели адсорбции в пористых средах». - Москва, 1999. - С. 12.

9. Анисимова Е.А., Волков В.И. Модель вязкого течения в капиллярах // Повышение экологической безопасности автотракторной техники. Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 1998. - С. 132-134.

10. Аниашова Е.А., Волков В.И. Экспериментальное исследование растворов нодидов металлов // VII Международная конференция "Проблемы сольватации и компдексообразования в растворах". - Иваново, 1998. - С. 84

11. Anisimova Е.А., Volkov V.I. The study of adsorption process in capillary-porous media // Proc. of 4lh Workshop "Transport Phenomena in Two-Phase Flow". -Sozopol, Bulgaria. 1999. - P. 172.

12. Аниашое К.Г., Анисииова E.A. Физико-химические свойства водных растворов йодидов металлов // Известия АГУ. - 1998. - №1. - С. 97-98.

13. Анисгшов К.Г., Анисииова Е.А., Волков В.И. Экспериментальное исследование показателя и характеристики переноса тяжелых жидкостей // Извес-тня ЛГУ. - 1997. - №1. - С. 58-59.

14. Аниашое К.Г., Анисшюва Е.А., Волков В.И. Иммерсионная жидкость для оптических исследований. Патент РФ № 2134708 от 20.08.1999г.

15. Анисшюва Е.А., Волков В.И. Исследование процессов переноса в капиллярно-пористых телах. // Материалы XVIII Российской школы но проблемам проектирования неоднородных конструкций. - Миасс, 1999. - С. 140-146.

16. Анисшюва Е.А., Истомина Т.С.. Рогозникова НА. Исследование процессов фильтрации И Известия ЛГУ. - 2000. - №1. - С. 88-89.

17. Анисгшов К.Г., Анисгимова Е.А., Волков В.И. Измерение давления в зернистых слоях химических реагентов. //' Заводская лаборатория. - 2000. Т. 66, №5.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Анисимова, Елена Александровна

Введение

1. Исследования фильтрационных потоков в экологически безопасных и ресурсосберегающих технологиях

1.1. Иммерсионные жидкости, область их применения и предъявляемые к ним требования.

1.2. Экспериментальные и теоретические исследования процессов фильтрации.

1.3. Разрушающиеся активные фильтры.

1.4. Постановка задачи.

2. Получение и исследование экологически безопасных иммерсионных жидкостей

2.1. Получение высокопреломляющих жидкостей на основе водных растворов йодидов металлов».

2.2. Физико-химический анализ высокопреломляющих иммерсионных жидкостей.

3. Исследование фильтрации в разрушающихся упаковках

3.1. Экспериментальная установка и методика измерений.

3.2. Измерение распределения давления и профиля скорости в разрушающихся активных фильтрах.

4. Исследование проницаемости простейшей модели пористого фильтра из системы цилиндрических капилляров

4.1. Экспериментальная установка и методика измерения.

4.2. Результаты измерений и анализа.

4.3. Модель процесса переноса в стационарном фильтре.

Введение Диссертация по географии, на тему "Исследование экологически безопасных иммерсионных растворов и процессов фильтрации в капиллярно-пористых средах"

С развитием оптических методов в гидродинамических исследованиях процессов фильтрации возникла необходимость в получении большого количества относительно безопасных высокопреломляющих жидкостей. Другими словами, необходимо иметь жидкость с показателем преломления, равным показателю преломления стеклянного пористого фильтра. Этот метод позволяет решить главную проблему гидродинамического исследования фильтрационных течений - максимально уменьшить внесение возмущений, возникающих в результате наличия измерительного датчика в потоке. Подобные жидкости (в малом объеме) необходимы так же в иммерсионном анализе при изучении мелких минеральных зерен, продуктов химических реакций, взрывчатых и ядовитых веществ для получения различных кристаллооптических характеристик вещества и определения его показателя преломления. Потребность в больших количествах безвредных высокопреломляющих жидкостях возникает и в технологии стекольного производства при обнаружении дефектов внутри стеклянных заготовок.

Вопросы получения и исследования новых иммерсионных жидкостей близко примыкают к проблемам фильтрации и истечения жидкости или газа через капилляры и пористые среды, которые являются важными ввиду многочисленного применения в науке и технике. Немаловажная экологическая проблема заключается во вредном воздействии на окружающую среду побочных продуктов химико-технологических процессов. Одним из методов уменьшения этого воздействия может служить фильтрование и очистка от вредных примесей. К подобного рода проблемам относится создание оборотных и замкнутых систем водоснабжения с очисткой сточных вод. Одной из практических ценностей при этом является знание изменения проницаемости фильтра в зависимости от времени. Существенное влияние при этом, помимо структуры фильтра и физических характеристик жидкости, оказывает поверхностное взаимодействие материала фильтра и среды. Исследование разрушающихся фильтров необходимо для понимания процессов, происходящих в разрушаемых, каталитических реакторах, а так же в охладителях, содержащих блок плотно упакованных насадок, на входе которого имеется высокотемпературный газовый поток, а на выходе - низкотемпературный, образующийся в результате эндотермической реакции газового потока с твердой фазой насадки.

Практическая ценность работы связана с получением необходимых для исследований процессов фильтрации и в технологии иммерсионного метода стекольного производства безопасных и доступных иммерсионных жидкостей, с выявлением гидродинамических особенностей фильтрации в разрушающихся активных фильтрах, которое позволило предложить метод интенсификации химической реакции в аппаратах путем разбавления реагентов инертной насадкой и способ устранения преждевременного засорения капилляров и очистки жидкости от примесей.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на V Всероссийском симпозиуме «Современные теоретические модели адсорбции в пористых средах» (Москва, 1999), XVIII Российской школе по проблемам проектирования неоднородных конструкций (Миасс, 1999), 4th Workshop "Transport Phenomena in Two-Phase Flow" (Sozopol, Bulgaria, 1999), VII Международной конференции "Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах" (Иваново, 1998), II Международной научно-практической конференции "Экология и жизнь" (Пенза, 1999).

Публикации. Основные положения и результаты диссертации опубликованы в семнадцати печатных изданиях.

Автор защищает:

- Получение новых высокопреломляющих жидкостей на основе концентрированных водных растворов простых и комплексных солей йодидов металлов, пригодных для безопасного использования в иммерсионном анализе и в оптических исследованиях фильтрационных течений.

- Комплекс иммерсионных и гидравлических исследований новых высокопреломляющих растворов, позволивший предложить рациональные методы получения жидкостей с заданными показателем преломления и вязкостными свойствами. Новые эмпирические зависимости показателя преломления и вязкости от плотности жидкостей.

- Методику модельного исследования высокотемпературного процесса разрушения слоев химических реагентов в нестационарных фильтрах с применением разработанных высокопреломляющих жидкостей; результаты проведенных экспериментов по измерению распределения давления и профиля скорости на полностью и полурастворимых в воде фильтрах; способ более рационального использования химических реагентов в аппаратах с разрушающимися слоями.

- Результаты экспериментальных исследований проницаемости простейшего пористого фильтра из системы цилиндрических капилляров разного диаметра. Метод предварительной очистки жидкости и уменьшения загрязнения капилляров, основанный на фильтрации и адсорбции отложений.

- Результаты расчета модели процесса переноса в стационарном фильтре для оценки влияния структуры потока на интенсивность химических процессов.

Научная новизна.

Разработаны новые иммерсионные жидкости на основе водных растворов солей йодидов металлов, пригодные для экологически безопасного использования в оптических исследованиях.

На основании физико-химического анализа новых иммерсионных жидкостей определены оптимальные концентрации растворов и температурный режим для получения оптически стабильных высокопрелом-ляющих жидкостей, обладающих заданными вязкостью, плотностью и показателем преломления при рациональном использовании химического сырья. Получены новые эмпирические зависимости показателя преломления и вязкости от плотности растворов.

Разработана новая методика исследования фильтрации через разрушающиеся активные упаковки путем измерения распределения давления и профиля скорости на холодных упаковках с добавлением инертного компонента, позволяющая более полно использовать химические реагенты. С помощью разработанных иммерсионных жидкостей получены экспериментальные данные по физической картине течения в разрушающихся фильтрах.

Выявлена зависимость проницаемости фильтра от времени истечения различных жидкостей через капилляры разного размера и материала, связанная с уменьшением эффективного диаметра капилляров. Предложен метод очистки жидкости и уменьшения загрязнения капилляров путем предварительного пропускания жидкости через насыпные зернистые слои, покрытые силикагелем.

Предложена модель для расчета переноса в фильтрах с повторяющейся ориентацией для оценки влияния вихревых структур потока на интенсификацию химических процессов.

Заключение Диссертация по теме "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов", Анисимова, Елена Александровна

Заключение

Подводя итог приведенной работе, сформулируем основные выводы из нее.

1. Получены новые безопасные иммерсионные жидкости с показателем преломления п0 > 1.6 на основе концентрированных водных растворов йодидов металлов, которые использованы в стекольном производстве при обнаружении дефектов стеклянных заготовок, в исследованиях фильтрационных потоков оптическими методами. Эти жидкости могут найти применение и в традиционном иммерсионном анализе для определения кристаллооптиче-ских характеристик вещества.

2. Проведен физико-химический анализ полученных высо-копреломляющих растворов йодидов металлов, на основе которого был разработан способ получения иммерсионных жидкостей с заданными вязкостью и оптическими свойствами, что позволяет более рационально использовать химическое сырье для их производства. Получены новые эмпирические зависимости показателя преломления и вязкости от плотности растворов.

3. Разработана методика исследования разрушения фильтров и упакованных слоев реагентов каталитических реакторов, газогенераторов и охладителей с использованием разработанных иммерсионных жидкостей. Получены новые данные по измерению давления и профиля скорости в медленно растворяющемся в воде упакованном слое. Выявлены особенности фильтрации в разрушающихся упаковках, которые позволили предложить способ ресурсосбережения химических реагентов путем интенсификации химической реакции за счет разбавления реагентов инертной насадкой.

4. Проведено исследование фильтрации полученных высо-копреломляющих жидкостей и воды на простейшей модели фильтра в виде стеклянных и металлических капилляров диаметром менее 300 мкм. Обнаружено, что изменение проницаемости подобных фильтров при истечении концентрированного водного раствора йодида цинка связано с процессами агрегатообразования в жидкости, а при истечении воды - с адсорбцией геля на стенках капилляров. Предложен способ устранения преждевременного засорения капилляров и очистки жидкости с помощью использования зернистого слоя, покрытого силикагелем.

5. Предложена модель и выполнены расчеты для коэффициентов переноса в фильтрационном потоке, показавшие влияние вихревых структур на процессы переноса и их интенсификацию.

Условные обозначения п0 - показатель преломления для желтой линии натрия; г - рефракция раствора; с1 - плотность раствора; С - молярная концентрация раствора; у0тн — относительная кинематическая вязкость (относительно воды); ¡и01Н - относительная динамическая вязкость; //-динамическая вязкость; ТКШ1 - температура кипения;

4ип ~ плотность жидкости при температуре кипения; ротн - относительное удельное сопротивление; Т - температура жидкости;

Ь - диаметр рабочего участка с засыпкой из стеклянных элементов; Я, г- соответственно радиусы шарика и лазерного луча в измерительном объеме; п - показатель преломления стеклянных шариков; щ - показатель преломления жидкости; х,у — поперечная и продольная координата; их, иу - продольная и поперечная скорость подъема пузырька; х, у - продольная и поперечная координата; и* - максимальное значение скорости;

Я - радиус цилиндрического канала; щ - расходная скорость;

Ь - полное смещение пузырька по х. с12 — диаметры вихревых образований;

И], и2 - скорости потоков с двух сторон поперечного капилляра; щ\ и? - скорости в вихревом образовании;

И, I - ширина и длина части поперечного капилляра;

1). .-^з(0 ~ диффузионный поток на единицу длины слоя смешения /;

С\,Сг~ концентрации в потоке с двух сторон поперечного капилляра;

С\, с2— концентрации в вихревых образованиях;

Д/) - средний коэффициент массопереноса;

Рг - критерий Прандтля; к - приведенная скорость;

Яе] = щИУ, Яе2 = щИУ, у - кинематическая вязкость;

Д,ф - эффективный коэффициент поперечной диффузии; <7\, сг2, аз - толщины турбулентных слоев смешения; С], 02, - потоки массы через соответствующие турбулентные слои смешения; й2, Дз - эффективные коэффициенты турбулентной диффузии;

Условные обозначения к рисункам. рис. 2.1, п0 - показатель преломления для желтой линии натрия, с! - плотность раствора, рис. 2.2, С - молярная концентрация раствора. рис. 2.3, уотн относительная кинематическая вязкость (относительно воды), ротн - относительное удельное сопротивление, рис. 2.4, )иотн - относительная динамическая вязкость (относительно воды). рис. 2.5, 2.7, Т - температура жидкости. рис. ЗА, х, у- поперечная и продольная координата, Я - радиус шарика в измерительном объеме, рис. 3.3, пь п2, п3 - показатели преломления рабочей жидкости, стекла из которого изготовлена труба и высокопреломляющей жидкости; /, /' - расстояние между измеряемыми точками и их изображениями на экране, Я - внутренний радиус трубы, Ь - толщина стенок трубы, АЬ - расстояние от трубы до экрана, рис. 3.4, х/Ь - отношение продольной координаты к полному смещению пузырька по ней, у/2Я - отношение поперечной координаты к диаметру опытного участка, У/У* - относительная скорость пузырька. рис. 3.5. - 3.7, X - длина опытного участка. рис. 3.9. - 3.11, Уо1 - относительная скорость, равная отношению измеренной скорости к расходной в незаполненном опытном участке, у/Б - отношение поперечной координаты к диаметру опытного участка, рис. 4.1, с!эфф - эффективный диаметр капилляра, рис. 4.2. - 4.7, Дг - толщина адсорбирующегося слоя, рис. 4.8, щ, и2 скорости потока с двух сторон поперечного капилляра, щ\ и2' - скорости вихрей в щели, сь с2 - концентрация в потоке с двух сторон поперечного капилляра, с\\ с{- концентрации в вихревых образованиях, с1\, ¿/2 диаметры вихревых образований, /, /г- ширина и длина части поперечного капилляра, рис. 4.9, Б - коэффициент диффузии в жидкости, Яе и Бс - числа Рей-нольдса и Шмидта.

Библиография Диссертация по географии, кандидата технических наук, Анисимова, Елена Александровна, Барнаул

1. Иоффе Б.В. Рефрактометрические методы химии. Л.: Химия, 1983. 352 с.

2. БацановС.С. Структурная рефрактометрия. М.: Высшая школа, 1976. 303 с.

3. Johnston W., Dybbs A., Edvards R. Measurement of fluid velocity inside porous media with a laser anemometer // The Physics of fluids. 1975, v. 18, № 7, p. 913-914.

4. Vonka T. Three-dimensional velocity measurements in fuel rod bundle models by means of a laser doppler technique 11 Experimentiertechn. Gebiet Thermo-und Fluiddyn Proc. Fachtag. 1976, Berlin.

5. Волков В.И., Мухин В.А., Накоряков В.Е. Исследование структуры течения в пористой среде // ЖПХ. 1981, том 34, №4, с. 838-842.

6. Волков В.И. Изотермическое течение жидкости в упаковке из сфер // ИФЖ. 1985, том XLIX, №5, с. 827-833.

7. Шелюбский В.И. Контроль однородности и постоянства стекла. М.: Высшая школа, 1990. 237 с.

8. MegrowitzR. Amer. Miner. 1955, v. 40, p. 398.

9. Татарский В.Б. Кристаллооптика и иммерсионный метод исследования минералов. М.: Недра, 1965. 306 с.

10. Лодочников В.Н. Основы кристаллооптики. М.: Госгеолиздат, 1947. 243 с.

11. И.Бокий Г.Б. Иммерсионный метод. Изд. МГУ, 1948. 154 с.

12. Столяров Е.А., Орлова Н.Г. Расчет физико-химических свойств жидкостей. Справочник. Л.: Химия, 1976. 113 с.

13. Морачевский А.Г., Сладкое И.Б. Физико-химические свойства молекулярных неорганических соединений. Справ.изд. Л.: Химия, 1987. 192 с.

14. Мелъвин-Хъюз Э.А. Физическая химия. Кн. 1-2. М.:ИЛ, 1962.

15. Защита окружающей среды от техногенных воздействий / Под ред. Г.Ф. Невской. М.: Изд-во МГОУ, 1993. 216 с.

16. Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды. М.: Химия, 1989. 512 с.

17. Марцинкевич Г.И. Использование природных ресурсов и охрана природы. Минск: Изд-во «Университетское», 1985. 215 с.

18. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1971. 783 с.

19. Дерягин Б.В., Чураев Н.В. Поверхностные силы. М.: Наука, 1985. 250 с.

20. Дерягин Б.Н. Теория устойчивости коллоидов и тонких пленок. М.: Наука, 1986. 206 с.21 .Дерягин Б.В., Ершова И.Г. и др. ДАН СССР, 170, 876 (1966).

21. Дерягин Б.В., Железный Б.В. и др. Свойства жидкостей в тонких кварцевых капиллярах // Поверхностные силы в тонких пленках и устойчивость коллоидов. М.: Наука, 1974. С. 90-94.

22. Товбина З.М. Вязкость водных растворов в капиллярах силикагеля // Исследования в области поверхностных сил. М.: Наука, 1967. С. 24-29.

23. Нерпина Н.С. Течение полярных жидкостей с водородными связями через капилляры с лиофильными стенками // Поверхностные силы в тонких пленках и устойчивость коллоидов. М.: Наука, 1974. С. 76-79.

24. БондаренкоН.Ф. //ЖФХ, 42, 225 (1968).

25. Миллер Э.В., Классен В.И., Кущенко АД. // ДАН СССР, 184, 136 (1969).21 .Никитин И. К., Марченко А.Г. //Гидромеханика. №5, 143 (1963).

26. Hasegawa Т., Suganuma М., Watanabe Н. Anomaly of excess pressure drops of the flow through very small orifices // Phys. Fluid. Vol. 9, №1, 1997. P. 1-3.

27. Вавелъский M.M., Чебан Ю.М. Защита окружающей среды от химических выбросов промышленных предприятий. Кишинев: «Штиинца», 1990. 213 с.

28. Аникеев В.А., Кош И.З., Скалкин Ф.В. Технологические аспекты охраны окружающей среды. JL: Гидрометеоиздат, 1982. 255 с.

29. Экологическая технология и очистка промышленных выбросов // Межвузовский сборник научных трудов. Ленинград 1982. 151 с.

30. Гороновский И. Т., Назаренко Ю.П., Некряч Е.Ф. Краткий справочник по химии. Киев: Наукова думка, 1987. 830 с.

31. Вредные вещества в промышленности. Л.: Химия, 1985. 464 с.

32. Химические реактивы и высокочистые химические вещества. Каталог. М.: Химия, 1990. 214 с.

33. Ролстон Р.Ф. Йодидные металлы и йодиды металлов. М.: Металлургия, 1968. 524 с.

34. Волков В.И. и др. Иммерсионная жидкость. Патент России 2051940, 1996, бюлл.1.

35. Анисимов К.Г., Анисимова Е.А. Физико-химические свойства водных растворов йодидов металлов // Известия АГУ. Барнаул, 1998, №1. С. 97-98.

36. Вредные химические вещества: Справочник. Л.: Химия, 1990. 733 с.

37. Волков В.И., Мухин В.А. Жидкость для оптических исследований. A.C. 948994 (СССР), 1982, бюлл.9.41 .Анисимов К.Г., Анисимова Е.А., Волков В.И. Иммерсионная жидкость для оптических исследований. Патент России 98101659/04 (001287), 1999.

38. Краткий справочник физико-химических величин / Под ред. A.A. Равделя. Л.: Химия, 1983.232 с.

39. Зайцев И.Д., Асеев Г.Г. Физико-химические свойства бинарных и многокомпонентных растворов неорганических веществ. М.: Химия, 1988, 416 с.

40. Химия окружающей среды / Под ред. А.П. Цыганкова. М.: Химия, 1982. 672 с.

41. Анисимова Е.А., Волков В.И. Экспериментальные исследования водных растворов йодидов металлов // Проблемы гидродинамики и тепломассообмена. Барнаул: Изд-во АГУ, 1999. С. 68-73.

42. Эрдеи-Груз Т. Явления переноса в водных растворах. М.: Мир, 1976. 597 с.

43. Липатова Е.А., Волков В.И. Экспериментальное исследование растворов йодидов металлов // Тез. докл. VII Международной конференции «Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах». Иваново, 1998. С. 84

44. Анисимова Е.А., Волков В.И. Модельные исследования разрушающихся упаковок // Тез. докл. V Всероссийского симпозиума «Современные теоретические модели адсорбции в пористых средах». Москва, 1999. С. 11.

45. Анисимова Е.А., Волков В.И. Исследование распределения давления и профиля скорости в разрушающихся упаковках // Проблемы гидродинамики и тепломассообмена. Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 1999. С. 59-67.

46. Анисимова Е.А., Волков В.И. Исследования разрушающихся упаковок. // Материалы XVIII Российской школы по проблемам проектирования неоднородных конструкций. Миасс, 1999. С. 129-135.

47. Волков В.И. Изобретательские задачи в процессах переноса. Барнаул.: Изд-во Алт. ун-та, 1997. 150 с.

48. Начинкин О.И. Полимерные микрофильтры. М.: Химия, 1985. 216 с.

49. Анисимова Е.А., Волков В.И. Исследование процессов переноса в капиллярно-пористых телах. // Тез. докл. XVIII Российской школы по проблемам проектирования неоднородных конструкций. Миасс, 1999. С. 81.

50. Anisimova Е.А., Volkov V.l. The study of adsorption process in capillary-porous media // Proc. of 4th Workshop "Transport Phenomena in Two-Phase Flow". Sozopol, Bulgaria, 1999. P. 172.

51. Анисимова E.A., Волков В.И. Исследование процессов переноса в капиллярно-пористых телах // Материалы XVIII Российской школы по проблемам проектирования неоднородных конструкций. Миасс, 1999. С. 140-146.

52. Крешков А.Г. Основы аналитической химии. М.: Химия, 1976. 472 с.

53. Бадатов Е.В., Слинько М.Г., Накоряков В.Е. Математическое моделирование процессов переноса в отрывных течениях с ламинарной областью смешения. Теоретические основы химической технологии. 1970. том 4, №5. С. 687-693.

54. Ы.Бадатов Е.В., Слинько М.Г., Накоряков В.Е. Математическое моделирование процессов переноса в отрывных течениях с ламинарной областью смешения. Теоретические основы химической технологии. 1970, том 4, №6. С. 864-864.

55. Аэров М.Э., Умник H.H. Коэффициенты теплопроводности в зернистом слое // ЖТФ. 1951, том 21, №11. С. 1351-1352.

56. Шейдеггер А.Э. Физика течения жидкости через пористые среды. М.: Гос-топтехиздат, 1960. С. 38-42.

57. Ю.Коллинз Р. Течение жидкости через пористые материалы. М.: Мир, 1964, 277 с.