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Schaumentstehung und Schaumzerstörung - Beregnung mit arteigener Flüssigkeit

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Formal Metadata

Title Schaumentstehung und Schaumzerstörung - Beregnung mit arteigener Flüssigkeit
Alternative Title Formation and Destruction of Foam - Spraying with Liquids of the Same Type
Author Pahl, Manfred H.
Meinecke, Heinrich
Contributors Hartmut Rudolph (Redaktion)
Kuno Lechner (Kamera und Schnitt)
H. Seebode, Thomas Gerstenberg (Assistenz)
Janek Czechowski (Graphik)
Abbas Youssefpour (MAZ-Technik und Bildmischung)
License CC Attribution - NonCommercial - NoDerivatives 3.0 Germany:
You are free to use, copy, distribute and transmit the work or content in unchanged form for any legal and non-commercial purpose as long as the work is attributed to the author in the manner specified by the author or licensor.
DOI 10.3203/IWF/B-1951
IWF Signature B 1951
Publisher IWF (Göttingen)
Release Date 1997
Language German
Producer IWF
Production Year 1995

Technical Metadata

IWF Technical Data Video ; F, 11 1/2 min

Content Metadata

Subject Area Physics
Abstract Flüssige Schäume spielen in zahlreichen verfahrenstechnischen Abläufen eine Rolle; zu ihrer Beherrschung sind Kenntnisse über Aufbau, Bildung und Unterdrückung von Schäumen erforderlich. Grundlegende Eigenschaften dieser dispersen Systeme aus Gasen und Flüssigkeitslamellen werden experimentell an Modellsystemen aus Einzelblasen und im Trick erläutert. Die Mechanismen der Schaumzerstörung durch Beregnung mit arteigener Flüssigkeit werden in starker Zeitdehnung veranschaulicht: Tropfen beim Durchgang durch Einzellamellen und Lamellensysteme sowie beim Eindringen in reale Schaumsysteme. (Hochfrequenzaufnahmen bis zu 10.000 B/s).
Fluid foams play important roles in many processes. In order to control these, knowledge is needed about the structure, formation and destruction of foams. Cartoon simulations of dispersive gas-solution systems. Foam suppression by drizzling with similar liquid. Drops entering single lamellae and lamellae systems.
Keywords Kläranlage
Blasenzerstörung
Blasenbildung
Beregnung
Tropfen
Sekundärschaum
Schwingung / Lamellen
Lamellenschwingung
Kontamination
Flüssigkeitslamellen
Plateau-Kanal
Polyederschaum
Flotation
Schaumbekämpfung
Schaumzerstörung
Schaumentstehung
development / foam
destruction / foam
flotation
polyester foam
plateau-canal
fluid lamellae
contamination
lamellae vibration
secondary foam
drops
drizzle
bubble formation
defoaming
antifoaming agents
Annotations
Transcript
Flüssige Schäume entstehen durch Begasen oder Entgasen einer
Flüssigkeit. Hier wird gelöstes CO 2 frei und steigt als Blase an die Flüssigkeitsoberfläche. Beim Durchtritt durch die Phasengrenze bilden die Blasen einen stabilen Schaum.
Auch technische Prozesse, hier die Flotation, basieren auf Schaumbildung. Schwer trennbare
Partikeln in der Trübe werden durch Anlagerung von Gasblasen aufgeschwemmt und mit dem Schaum abgetrennt. Bei anderen technischen Prozessen, wie
in dieser biologischen Kläranlage, stört die Schaumbildung den Verfahrensablauf. Eine starke Belüftung und die Anwesenheit grenzflächenaktiver Substanzen können sogar zum Überschäumen führen.
Maßnahmen zur Schaumzerstörung sind dann erforderlich.
Hierfür müssen die Mechanismen von Schaumentstehung und Schaumzerfall bekannt sein. Flüssiger Schaum
ist ein disperses System. Die getrennt aufsteigenden Blasen bilden in der Flüssigkeit eine Dispersion mit einem Gasanteil phi unter 52 Prozent. An der Flüssigkeitsoberfläche berühren sich die Blasen. Es bildet sich ein Kugelschaum, zunächst als lockere Kugelpackung, nur wenig darüber bereits als wesentlich dichtere Kugelpackung. Der Gasanteil liegt zwischen 52 und 74 Prozent. Weiter oben flachen die kugelförmigen Blasen an den Berührungsflächen ab. Die so entstehenden Lamellen bilden den stabilen Polyederschaum, mit phi größer 74 Prozent, meistens über 90 Prozent. Das reale Schaumsystem kann näherungsweise durch regelmäßige Dodekaeder aus 12
5-eckigen Lamellenflächen beschrieben werden. Jede Lamellenfläche gehört zu zwei Dodekaedern. An den Kanten treffen sich jeweils 3 Lamellenflächen unter 120 Grad. Sie bilden dort den Plateau-Rand. Ein Schnitt durch den Plateaurand. Die Krümmungsradien führen aufgrund der Oberflächenspannung zu einem Unterdruck in dem Plateau-Kanal. Durch diesen Unterdruck fließt die interlamellare Flüssigkeit in den Plateu-Rand hinein. Dabei nimmt die Lamellendicke ab, bis sich alle angreifenden Kräfte kompensieren und die stabile Gleichgewichtsdicke erreicht ist.
Die Plateau-Ränder durchziehen wie ein kapillares Netzwerk den gesamten Polyederschaum. Über sie erfolgt eine Flüssigkeitsdrainage zurück in die flüssige Phase. Solche Schäume können mit unterschiedlichen Verfahren zerstört werden:
Hier ein einfaches Modellsystem für die mechanische Schaumzerstörung. Beim Durchstoßen der ersten Blase wird die Nadel benetzt: Weitere Blasen lassen sich damit nicht mehr zerstören.
Sollen reale Schäume mechanisch zerstört werden, sind andere Beanspruchungen der Lamellen erforderlich - hier durch die hohe Deformationsgeschwindigkeit des rotierenden Schaumzerstörers. Bei stabileren Schäumen kann dies jedoch zur Sekundärschaumbildung führen, die durch die Schaumzerstörungsapparatur nicht mehr beherrscht wird.
Chemische Schaumzerstörungsmaßnahmen zeigen eine besonders gute Wirkung. Hierbei kommt es jedoch zur - häufig unzulässigen - Kontamination des Stoffsystems.
Das wird bei der Beregnung mit arteigener Flüssigkeit vermieden. Dieses Verfahren der Schaumzerstörung soll im folgenden näher betrachtet werden. Die Wirkung eines fallenden Tropfens
auf ein reales Schaumsystem ist jedoch sehr komplex. Einfacher zu überschauen ist die Wechselwirkung mit
einzelnen Lamellen - hier in 300facher Zeitdehnung. Lamelle mit einem Durchmesser von Diese relativ dicke 20 mm wird durch den fallenden Tropfen elastisch deformiert und in Schwingungen versetzt. Beim Durchgang des Tropfens verliert die Lamelle geringe Mengen Flüssigkeit - deutlich
auch bei dieser Doppellamelle erkennbar. Weiterhin reduziert sich durch den Austrag von Oberfläche die Tensidkonzentration. Außerdem verbleibt etwas rote Tropfenflüssigkeit in den Lamellen. Unterhalb einer kritischen Dicke oder einer kritischen Tensidkonzentration zerreißt die Lamelle. Während diese Lamellen starr in ihren Ebenen aufgespannt sind, bildet diese
Blase ein System mit beweglichen Wänden. Die induzierten Schwingungen werden durch das eingeschlossene Gas gedämpft. Durch Flüssigkeitsverluste nähert sich die Lamellendicke ihrem kritischen Wert. Bei erneuter Deformation kann es lokal zur Unterschreitung der Gleichgewichtsdicke kommen: Die Blase platzt. Noch einmal.
Bei einem gekoppelten System aus mehreren Blasen überlagern sich die Schwingungen, die in den einzelnen Lamellen induziert werden. Hier hat sich an der untersten Blase Sekundärschaum durch Einschluß von Luft beim Tropfendurchgang gebildet. Er wird beim nächsten Durchgang mitgerissen. Beim Zerplatzen einer inneren Lamelle kann das restliche System stabil bleiben. Auch beim Zerplatzen einer Blase können sich die beiden verbleibenden stabilisieren - bis auch bei der zweiten Blase die kritische Lamellendicke unterschritten wird. Beim realen Schaumsystem lassen sich unterschiedliche Wechselwirkungsmechanismen
beobachten: Hier nahe der Schaumoberfläche dringt der Tropfen nahezu ohne Flüssigkeitsverlust in den Schaum ein. Er bahnt durch Lamellenzerstörung und Blasendeformation eine Gasse. Sekundärschaum entsteht nur minimal. Wenige Zentimeter tiefer erleidet der Tropfen - bei verringerter Geschwindigkeit - einen deutlich größeren Flüssigkeitsverlust. Die Schaumzerstörung ist geringer, die Sekundärschaumbildung stärker geworden. Noch tiefer im Schaumsystem erreicht der Tropfen seine maximale Eindringtiefe. Er löst sich auf und bewässert die Schaumlamellen. Hierdurch wird die Lebensdauer des Schaums lokal erhöht. Die Auftreffgeschwindigkeit der Tropfen muß für eine effektive Schaumzerstörung also so gewählt werden, daß die Eindringtiefe bis nahe an die Flüssigkeitsoberfläche reicht. Damit wird eine rasche Entwässerung in die flüssige Phase gewährleistet.
Diese an Modellsystemen und realen Schäumen in Zeitdehnung beobachteten Vorgänge ermöglichen auch
im technischen Prozeß eine kontrollierte Schaumzerstörung durch Beregnung mit arteigener Flüssigkeit.
Liquid
Fumigation
Flüssigkeitsoberfläche
Liquid
Urinary bladder
Degasification
Foam
Korngrenze
Flotation process
Process (computing)
Trübe
Anlagerung
Gasblase
Schaumbildung
Entschäumungsapparat
Computer animation
Sewage treatment
Belüftung
Surfactant
Schaumbildung
Flüssigkeitsoberfläche
Dispersion
Liquid
Hochdisperses System
Kugelpackung
Microscopy
Foam
Liquid
Force
Foam
Liquid
Gradient
Surface energy
Negative pressure
Verkantung
Entschäumungsapparat
Workload
Urinary bladder
Sewing needle
Entschäumen
Foam
Entschäumungsapparat
Drop (liquid)
Kontamination
Transit (astronomy)
Liquid
Computer animation
Microscopy
Drop (liquid)
Planheit
Interface (chemistry)
Urinary bladder
Computer animation
Wand
Length
Austragen <Holzbau>
Deformation
Flüssigkeitsoberfläche
Transit (astronomy)
Entwässerung <Bauwesen>
Microscopy
Foam
Lebensdauer
Drop (liquid)
Entschäumungsapparat
Urinary bladder
Computer animation
Velocity
Luft
Liquid
Inclusion (mineral)
Beobachter <Kybernetik>
Entschäumungsapparat
Liquid
Process (computing)
Microscopy
Foam
Institut für den Wissenschaftlichen Film
Computer animation
Process engineering
Kamera
Tanning
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