Straty ciśnienia i wnikanie ciepła podczas przepływu roztworów surfaktantów Rozprawy Nr 528

W monografii omówiono właściwości reologiczne, straty ciśnienia i wymianę ciepła podczas przepływu roztworów surfaktantów wykazujących zjawisko redukcji oporów przepływu. Pomiary przeprowadzono dla roztworów kationowego surfaktantu: chlorku cetylotrimetyloamoniowego (CTAC) z dodatkiem salicylanu sodu (NaSal) oraz opracowanej mieszaniny dwóch surfaktantów – kokamidopropylobetainy (CAPB) i dietanoloamidu kwasów tłuszczowych oleju kokosowego (DEA). Roztwory CAPB/DEA ulegają zmętnieniu powyżej pewnej temperatury, której wartość zależy od stosunku wagowego surfaktantów i pH. Przebieg krzywych płynięcia dla klarownych roztworów CAPB/DEA jest charakterystyczny dla roztworów surfaktantów, w których wytworzyły się długie micele zwane robaczkowymi lub nitkowymi. Świadczy o tym przede wszystkim występowanie zakresu zagęszczania ścinaniem. Mętne roztwory CAPB/DEA miały lepkość porównywalną z lepkością czystej wody. Ustalono, że dodatek CAPB/DEA do wody oraz wodnych roztworów glikolu etylenowego wywołuje znaczne obniżenie strat ciśnienia w zakresie niskich temperatur (do 0 oC). Zjawisko redukcji oporow występuje zarówno podczas przepływu mętnych, jak i klarownych roztworów CAPB/DEA. W przypadku mętnych roztworów zaczyna się ono powyżej pewnej krytycznej wartości liczby Reynoldsa, co jest najprawdopodobniej wynikiem przekształcenia się pod wpływem naprężeń ścinających struktur micelarnych występujących w fazie tenzydowej w micele robaczkowe. Omówione w pracy doniesienia literaturowe oraz własne wyniki badań eksperymentalnych świadczą, że redukcji oporów przepływu towarzyszy znaczne zmniejszenie szybkości wymiany ciepła. Zaproponowano metodę intensyfikacji wymiany ciepła przez wprowadzenie do rury mieszalników statycznych własnej konstrukcji nazwanych taśmami T. Skuteczność taśm T zależy od stężenia i temperatury roztworów CTAC/NaSal oraz rodzaju użytej taśmy. W zakresie umiarkowanych prędkości przepływu płynu można z ich użyciem uzyskać wartości współczynnika wnikania ciepła zbliżone do wartości słusznych dla wody w zakresie stężeń CTAC od 0,0075% do 0,01%. Do korelacji wyników pomiarów współczynników wnikania ciepła podczas przepływu roztworów CTAC/NaSal w rurociągu z taśmami T zaproponowano równanie oparte na zależności liczby Nusselta od liczby Pecleta oraz stosunku zastępczego naprężenia ścinającego wywołanego przez taśmy T do krytycznego naprężenia ścinającego, przy którym zaczyna się rozpad mikrostruktury micelarnej.