Применение плавающих покрытий из микросфер для уменьшения загрязнения атмосферы парами топлива

 

Важнейшими характеристиками насыпного покрытия из микросфер  является плотность— масса единицы  объема, кг/м3.

Различают истинную, кажущуюся  и насыпную плотность микросфер.

Истинная  плотность представляет собой массу единицы объема вещества, из которого образована микросфера. Если микросфера образована из одного какого-либо материала, то истинная плотность-плотность этого материала. Если в состав материала микросферы входит смесь веществ (как например алюмосиликатные полые микросферы), то плотность рассчитывается по формуле для смеси веществ:

                                          (3)

где: _i  и r_i- плотность и объемная доля вещества, входящего в состав материала микросферы.

Кажущаяся плотность — это масса единицы объема микросфер, включая объем закрытых пор. Кажущаяся плотность монолитной частицы равна истинной плотности данной частицы. Ее можно оценить, зная насыпную плотность по зависимости:

                                                                   (4)

где: П- межзерновая пористость (пустотность).

Насыпная  плотность — масса единицы объема слоя покрытия из микросфер, свободно насыпанной в емкость. В объем, занимаемый микросферами, входят внутренние поры частиц и промежуточное пространство между ними. Обычно приводится в паспорте на материал.

 

 

 

Капиллярные свойства насыпного покрытия из микросфер.

Проявления капиллярных  свойств покрытия  очень наглядно иллюстрирует простейший эксперимент: если насыпать аккуратно на поверхность жидкости, налитой в стеклянную пробирку, слой микросфер, то отчетливо видно, что жидкость поднялась вверх по толщине слоя. Также известно, что в старину использовали мелкий песок для высушивания только что написанного текста. Фитили в керосиновых лампах, опущенные одним концом в керосин, подавали керосин в зону горения. Это свойство пористых тел (слоев) называется капиллярным поднятием жидкости. Поднятие жидкости по капиллярам происходит под действием сил поверхностного натяжения. Высоты поднятия жидкости в капиллярной трубке обратно пропорциональна диаметру канала трубки.

Высоту капиллярного поднятия жидкости h можно оценить по формуле Жюрена:

                                       (5)

где : r - плотности жидкости, g - ускорение силы тяжести, R – радиус капилляра, q - краевой угол смачивания, σ – поверхностное натяжение.

Высота капиллярного поднятия может быть достаточно велика. Для примера в таблице 3 приведены значения высоты поднятия для различных песков.

 

                                                                         Таблица 3

Породы	Капиллярное поднятие (Н,.). см
Песок крупнозернистой ....	2,0-3,5
» среднезернистый ....	12,0 — 35,0
» мелкозернистый .....	35,0 — 120,0

 

Как видно из таблицы, высота поднятия жидкости насыпным слоем может бать достаточно велика и значительно превышать толщины насыпного слоя микросфер. В этом случае образуется влагонасыщенный слой и в этом случае испарение с поверхности насыпного слоя будет не намного меньше, чем со свободной поверхности жидкости Высота капиллярного поднятия зависит от гранулометрического состава слоя, в частности, размера зерен и степени их сортировки (чем крупнее и однороднее частицы, тем меньше при прочих равных условиях высота капиллярного поднятия, и наоборот). Так для песка при величине частиц около 2,5 мм капиллярное поднятие воды совершенно прекращается.

 

Заключение

В результате анализа возможности эффективного применения плавающего покрытия в виде микросфер для уменьшения испарения топлив в резервуаре можно сделать следующие выводы:

1. Применяемое плавающее покрытие представляет собой пористый насыпной слой с мелкой зернистостью, обладающий способностью подъема жидкости на верхнюю поверхность, что способствует образованию плавающего влагонасыщенного слоя.
2. Величина испарения с плавающего покрытия в этом случае может равняться испарению с открытой поверхности.
3. Используя аналогию с насыпным песчаным слоем, можно заключить, что увеличивая размеры микросфер до размеров 2 – 5 мм можно исключить капиллярный подъем жидкости и тем самым существенно снизить испарение.
4. С увеличением размера микросфер недостатки используемого в настоящее время покрытия, такие как медленное всплытие после перемешивания микросфер с топливом при заполнении резервуара, налипание частиц на стенки  и попадание их в заборную магистраль при сливе могут быть устранены.
5. Учитывая низкую стоимость материала покрытия, низкие капитальные затраты на переоборудование резервуаров и учитывая результаты проведенного в статье анализа, необходимо продолжать исследования в данном направлении.

 

Литература

1. Коршак А.А. Современные  средства сокращения потерь бензинов  от испарения. УГНТУ, Уфа, 2001г.

2. Бронштейн  И.С.Об эффективности технических  средств в борьбе с потерями  от испарения нефти и нефтепродуктов. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. Сб. трудов НИИТранснефть, вып. 6, Уфа, 1969

3. Стальные вертикальные резервуары низкого давления 
для нефти и нефтепродуктов (конструкция, проектирование, эксплуатация и ремонт )Учебник. Коллектив авторов ТГНУ.www.svarchik.ru/meropriat.htm

4. http://sakhalin.t-h t.ru/microsfera.html

 5. Курс лекций Стенфордского университета. Гидрогеология. www.geohydrology.ru/summarnoe-isparenie.html