Что важно знать
Гидродинамическая кавитация — это физический процесс образования и схлопывания пузырьков в потоке жидкости при локальном падении давления. Выделяющаяся при схлопывании пузырьков энергия создает мощные ударные волны, которые находят практическое применение в промышленности: от очистки поверхностей и интенсификации химических реакций до переработки тяжелых углеводородных топлив.
Физическая суть гидродинамической кавитации
Гидродинамическая кавитация возникает в потоке жидкости в тех участках, где давление падает до критического значения. При этом находящиеся в жидкости микроскопические газовые или паровые пузырьки — зародыши кавитации — начинают неограниченно расти. Когда поток переходит в зону повышенного давления, эти пузырьки резко сжимаются. Если пузырек содержит мало газа, он схлопывается полностью с большой скоростью, порождая локальную ударную волну и звуковой импульс.
При высокой интенсивности кавитации образуется и схлопывается множество пузырьков, создавая сильный шум в широком диапазоне частот. В инженерной практике эффекты кавитации могут быть как нежелательными (разрушение гидротурбин и насосов), так и целенаправленно используемыми — для интенсификации технологических процессов.
Промышленное применение гидродинамической кавитации
Энергия, выделяемая при схлопывании кавитационных пузырьков, используется в нескольких отраслях промышленности:
- Металлургия — удаление вторичной окалины с поверхности горячекатаных изделий с помощью пульсирующих кавитирующих струй.
- Химическая промышленность — эмульгирование жидкостей и диспергирование твердых частиц. Например, при производстве водоэмульсионных красок применение гидродинамической кавитации позволяет снизить удельные энергозатраты в 10–20 раз по сравнению с традиционными шаровыми и бисерными мельницами.
- Горнодобывающая отрасль — интенсификация процессов бурения за счет наложения вибрационной нагрузки на породоразрушающий инструмент.
- Нефтепереработка и энергетика — подготовка тяжелых углеводородных топлив к сжиганию.
Кавитационная обработка мазута: механизм и эффекты
Под воздействием кавитации большой интенсивности в мазуте происходят следующие процессы:
- Разрыв химических связей. Энергия, выделяющаяся при схлопывании кавитационных пузырьков, способна разрывать связи С-С (энергия диссоциации 250–348 кДж/моль) и С-Н (322–435 кДж/моль) в молекулах тяжелых углеводородных соединений. Длинные молекулярные цепи преобразуются в более легкие углеводородные радикалы газовых и дистиллятных топливных фракций.
- Снижение вязкости. Кавитация разрушает Ван-дер-ваальсовы связи между молекулами, что приводит к временному и необратимому снижению структурной вязкости мазута.
- Измельчение асфальтенов и смол. Происходит повышение степени дисперсности асфальтенов, карбенов и карбоидов до размеров частиц 2–3 мкм (а в некоторых установках — до 1–2 мкм).
- Возможность сжигания некондиционных мазутов. Кавитационная обработка позволяет использовать высоковязкие и обводненные мазуты, а также утилизировать загрязненные промышленные стоки в составе водо-топливных эмульсий.
Заключение
Гидродинамическая кавитация — эффективный инструмент для интенсификации процессов в различных отраслях промышленности. В сфере энергетики применение кавитационных технологий, в частности Установки РТЭО от ООО «Амадеус», позволяет решать актуальные задачи: снижать расход дорогостоящего мазута, уменьшать экологическую нагрузку и вовлекать в оборот некондиционные и обводненные топлива. Обработанное на Установке РТЭО топливо приобретает улучшенные реологические свойства и может длительно храниться, что дает предприятиям дополнительную операционную гибкость.