Струйный пеногенератор для получения пенобетона высокого качества // Строительные материалы. 2005. № 12.

Авторы:
Шлегель И.Ф. – генеральный директор, канд. техн. наук, 
Шаевич Г.Я. – исполнительный директор, 
Бородин В.А. – научный сотрудник, канд. техн. наук, 
Карабут Л.А.– начальник технологического отдела, канд. техн. наук, 
Носков А.В., Шишкин А.Г. – инженеры-физики, 
Пашков Е.Б. – инженер-технолог Института Новых Технологий и Автоматизации промышленности строительных материалов (ООО «ИНТА-СТРОЙ», г. Омск)

Специалистам, работающим над повышением качества пенобетона, хорошо известно, что с уменьшением размера газового пузырька в пене увеличивается ее стойкость, и улучшаются все параметры конечного продукта.

Однако большинство производителей пенобетона используют форсуночные пеногенераторы, конструкции которых не позволяют получить пену со средним размером пузырька менее 0,5мм.

В технике известны струйные аппараты, которые уже более 100 лет используются в качестве эжекторов, инжекторов, компрессоров, а в последнее время они нашли применение для получения высокодисперсных пен [1], эмульсий [2], в химических процессах [3] и для пенораспылительной сушки молочных продуктов [4].

Многоконусный струйный пеногенератор (МСП), представленный на рис.1, выполнен в виде цилиндра 1 с многоярусно расположенными в нем один в другом усеченными конусами 4 со сквозными отверстиями (соплами). Патрубок 2 предназначен для ввода жидкости, а патрубок 3 - для ввода воздуха, пена выходит через диффузор 5.

Рис. 1. Многоконусный струйный пеногенератор (МСП): а - схема, б - внешний вид.

Аппарат работает следующим образом: жидкость, подлежащая вспениванию, под необходимым давлением подается в патрубок 2; одновременно в патрубок 3 подается сжатый воздух, готовая пена по диффузору 5 выводится в трубопровод. В зависимости от используемых давлений рабочего и инжектируемого потоков получают пену с различной дисперсностью пузырьков. 

Вспениваемая жидкость, проходя по конусам, находится в постоянном контакте с воздухом, при этом каждая пара сопрягаемых конусов создает гидроудар, обеспечивающий дробление воздуха в жидкости. От величины этих гидроударов и их количества зависит эффект диспергирования. При этом, эффективность процесса дробления достигается за счет создания возможно большего контакта между средой и фазой и максимального использования энергии рабочего и инжектируемого потоков, двигающихся в одном направлении. Конусность насадок обеспечивает растяжение подвижной пленки и еще большее диспергирование пузырьков. 

Эффективность пеногенератора оценивалась по показателям качества пены в реальных условиях производственного участка по выпуску пенобетонных блоков неавтоклавного твердения.

Для получения пенобетонных блоков марки по плотности D400, плотность пены должна составлять 100-105г/литр, стойкость – не менее 45 мин.

Работы велись с использованием пеноконцентрата «Омпор» на основе белоксодержащего сырья, разработанного сотрудниками института и выпускаемого на его производственной базе.

Проведенные эксперименты позволили установить оптимальные режимы работы пеногенератора (давление рабочего потока жидкости и давление инжектируемого воздуха) при определенном конструктивном исполнении. При этом получена пена плотностью от 85 до 100 г/литр, стойкостью от 70 до 52 минут (табл.1). Следует отметить, что подача пены по шлангу, длиной до 10м, не повлияла на ее основные характеристики.
 

На пенах, параметры которых приведены в таблице 1, были заформованы стандартные образцы- кубы 150х150х150мм из пенобетонной смеси промышленного изготовления. Характер пористости пенобетона приведен на рис.2.
 

Рис. 2. Сравнение характера пористости пенобетона: а - пенобетон, изготовленный с использованием стандартного пеногенератора, б - пенобетон, изготовленный с использованием МСП.

Результаты физико-механических испытаний образцов показывают снижение коэффициента теплопроводности с 0,101Вт/(м°С) (для контрольных) до 0,075Вт/(м°С) (для экспериментальных образцов), повышение прочности R_сж28 более чем на 48% (табл. 2).
 

Необходимо отметить стабильное снижение водопоглощения образцов, изготовленных с использованием МСП, по сравнению с контрольными образцами (рис. 3), что свидетельствует о повышении морозостойкости и долговечности материала, что особенно важно для теплоизоляционного пенобетона.

Рис. 3. Зависимость водопоглощения от продолжительности испытаний: 1 – контрольный образец, 2 – экспериментальный образец.

В настоящее время на производственной базе института налажен промышленный выпуск теплоизоляционных пенобетонных блоков неавтоклавного твердения марки по плотности D400, имеющих морозостойкость F35 (заключение №235-Т от 12.10.2005г. испытательного центра ООО «ОсмкстройЦНИЛ»). 

Таким образом, к достоинствам предлагаемого пеногенератора можно отнести:
 

• возможность модернизации действующего производства пенобетона при минимальных капиталовложениях;

• простоту в обращении и высокую степень надежности;

• возможность изменения плотности пены в широком диапазоне 10-200кг/м³;

• возможность быстрой, точной установки и регулировки технологических параметров (производительность пеногенератора, плотность, дисперсность пены) в процессе работы;

• возможность получения монодисперсной пены со стабильной плотностью;

• возможность получения высокодисперсной пены с размером пузырька 20мкм, а также возможность регулирования дисперсности пены в диапазоне 20-300мкм;

• возможность работы на любом типе пенообразователя.

Проведенные исследования подтвердили целесообразность использования МСП для вспенивания водных растворов пенообразователей при приготовлении сырьевых смесей. Высокое качество получаемых пен способствует снижению количества вводимого в раствор пеноконцентрата на 20-25%.

Возможности нового пеногенератора подтверждают его экономическую эффективность, более высокий технический уровень по сравнению с существующим отечественным и зарубежным оборудованием.

Список литературы:

1.Бородин В.А. – Установка для непрерывного вспенивания молока. Авт. свидетельство №459198 от 06.02.1975.
2. Бородин В.А. – Многоконусный струйный аппарат Патент на изобретение № 2080164 от 24.03.1993.
3. Бородин В.А. и др. – Способ получения растворов казеинатов и устройство для его осуществления (авт. свидетельство № 609527 от 04.01.1976)
4. Бородин В.А., Сапрыгин Г.П. – Структура частиц, получаемых при распылении вспененных молочных продуктов. – Известия вузов СССР. Пищевая технология № 1/1980.
5. Mann D.J. Digest of world literature.J.Daizy Inds. 1964, Vol 29, №12, 948-949.