ЭлБиб

МАСЛОЖИРОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

№ 1-2011

ПАЛЬМОВОЕ МАСЛО

ПРОИЗВОДСТВО КОСМЕТИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ

где

– внутренняя энергия систе-

мы;

– энтропия смешения.

Баланс внутренней энергии

в процессе диспергирования скла-

дывается из затрат энергии на раз-

рыв молекулярных связей с образо-

ванием новой поверхности (работа

сил когезии) и выигрыша энергии

в результате межфазного взаи-

модействия (работа сил адгезии)

и равен разности работ сил когезии

и адгезии

–

(4)

При

> 0 и

а < Ак лиофобная

система не может диспергировать

самопроизвольно; ее диспергиро-

вание осуществляется либо за счет

внешней работы (например, встря-

хивания и перемешивания), либо

за счет других процессов, протека-

ющих в системе (например, химиче-

ских).

В целом, лиофобные дисперсии

пен термодинамически неустойчи-

вы (

> 0). Для них характерно низ-

кое значение межфазного поверх-

ностного натяжения

, приводя-

щего к малой величине работы сил

адгезии Аа. При этом в результате

коалесценции пузырьков газа пен,

площадь межфазной поверхности

в них уменьшается в разы, высво-

бождая значительное количество

свободной поверхностной энергии

из ее запаса

≈

, где

–

изменение площади межфазной по-

верхности.

3.2. Гидростатическая

устойчивость пен

Гидростатическая устойчивость

–

способность пены сохранять ста-

бильность в процессе свободного

стекания с одновременным истече-

нием жидкости из ее объема.

Движущая сила процесса при

свободном стекании пены слагается

из силы тяжести и сил капиллярного

давления в пузырьках газа, каналах

Плато и узлах.

3.2.1. Расслоение пены

под действием силы тяжести.

В пенах «сферического» типа

с толстыми пленками жидкости

процесс свободного стекания все-

цело управляется гравитацией. Со-

гласно закону Стокса пузырьки газа

под действием силы Архимеда бу-

дут подниматься вверх, а прослой-

ки жидкости (пленки) под действи-

ем силы тяжести опускаться вниз.

В результате происходит расслое-

ние пены на сухую и влажную. Ско-

рость расслоения пены можно оце-

нить в первом приближении по фор-

муле Стокса

≈

(5)

где

– средний диаметр пузырька

газа;

– плотности сплошной

и дисперсной фаз;

– динами-

ческая вязкость сплошной фазы;

– ускорение силы тяжести. При

величина w соответствует

значению скорости всплытия дис-

персной фазы, а при

– опу-

сканию сплошной фазы; при

≈

значение

≈

0 и расслоения столба

пены на сухую и влажную не проис-

ходит.

В целом, формула Стокса приме-

нима для мелкодисперсных пен диа-

метром пузырьков газа

≈

1,5–2мм

и небольшими скоростями их всплы-

тия, при которых критерий (число)

Рейнольдса

≤

0,5 [2]. Кроме того,

в условиях стесненного режима дви-

жения пузырьков газа скорость рас-

слоения пены значительно меньше

ее значений, вычисленных по фор-

муле Стокса. Поэтому использова-

ние последней для оценки скорости

расслоения свободного потока пен

следует рассматривать как грубую

идеализацию реального процесса

дренажа пен.

3.2.2. Изменение дисперсности

пены под действием

капиллярного давления

Одновременно с расслоением

стекающей пены на сухую и влаж-

ную протекает процесс изменения

ее дисперсности путем выравнива-

ния и уменьшения объема пузырь-

ков газа в результате его диффу-

зии через пленку жидкости, а также

коалесценции и рекомбинации пу-

зырьков. Так, для двух смежных пу-

зырьков

, находящихся в кон-

такте посредством общей пленки

жидкости, капиллярное давление

по обе стороны пленки согласно

уравнению Лапласа составит

(1/

+ 1/

)

(6)

где

– главные радиусы кри-

визны поверхности фаз пены;

– ко-

эффициент поверхностного натяже-

ния жидкости на границе жидкость –

газ. Для сферических пузырьков

и тогда для пузырьков

и В можно записать

РА

= 2

РВ

= 2

. Если

РВ

, то

РА

, то есть в большом пузырь-

ке

внутреннее давление ниже, а в

смежном с ним маленьком пузырьке

– выше. Благодаря разности ка-

пиллярных давлений газ из малень-

кого пузырька будет диффундиро-

вать в большой пузырек. При этом

сила давления в маленьком пузырь-

ке падает, и его объем уменьшается

вплоть до разрушения, а в большом

пузырьке, наоборот, сила давления

возрастает, и его объем увеличива-

ется.

При коалесценции пузырьков газа

межфазная поверхность уменьша-

ется на величину

, а объем наобо-

рот, увеличивается на

. В условиях

динамического равновесия работа,

совершаемая газом за счет его рас-

ширения

, будет компенсиро-

ваться высвобождающейся свобод-

ной поверхностной энергией. Это

состояние газа в пене может быть

описано уравнением вида [2, 9]

+ 2

σΔ

= 0

(7)

Уравнение (7) позволяет оценить

скорость изменения межфазной

поверхности и уровень стабильно-

сти пен с различной структурой при

их свободном стекании.

Под действием сил капиллярного

давления в дисперсной фазе пены

в ходе ее свободного стекания про-

исходит выравнивание размера пу-

зырьков газа и переход при опреде-

ленных значениях давления и по-

верхностного натяжения к моноди-

сперсному состоянию, при котором

скорость диффузии газа существен-

но замедляется и пена становится

более устойчивой.

(Продолжение

в следующем номере)

Электронная Научная СельскоХозяйственная Библиотека