The bubble coalescence phenomena were investigated in a bubble contacting device, and the bubble properties (bubble size, bubble size distribution, bubble rising velocity) have been studied in a 0.1 m ID plexiglas column.
For a study of the coalescence of pair of bubbles, the bubble coalescence time and coalescence percentage have been determined with the variation of bubble forming frequency (0.23-2.3 m/s) and solutes (n-alcohols, sodium lauryl sulfate, KCl and $K_2SO_4$), and the distance between two tips of orifice (No. 14 gauge stainless needle) was fixed as 0.85 mm. Surface tensions of raw materials were measured by a forming bubble method
In a bubble column study, the effects of superficial gas velocity (0.011 m/s-0.05 m/s) and concentration of electrolytes (KCl, $0.1-0.3 kmol/㎥$, $K_2SO_4$, $0.02-0.1 kmol/㎥$) on gas phase holdups and bubble properties have been determined by a resistivity probe.
The obtained experimental and theoretical results can be summarized as follows:
It was found that forming bubble method was useful for measuring surface tension of liquid or solution, also the effect of the bubble forming frequency on the measured surface tension were investigated in n-alcohols and sodium lauryl sulfate. The bubble diameter could be treated as uniform when the nozzle diameter was about 1 mm or less. And as Tate's law was good for static, the bubble forming frequency should be maintained in order to hold the quasi-static balance.
In a bubble contacting device, observation of the coalescence processes of gas bubbles were carried through optical sensing method. This method showed a reliable reproducibility for studying the behavior of bubble coalescence. Surface active solutes which gave large surface elasticity had the effect of retarding the coalescence of gas bubbles.
The effect of bubble forming frequency on bubble coalescence percentage was shown opposite tendency with the species of solute. For low molecular alcohols such as 1-butanol and n-amyl alcohol, transition concentration decreased with bubbling frequency. But for larger molecular surfactant such as sodium lauryl sulfate, it increased with bubbling frequency.
There existed a linear dependency of the logarithm of transition concentration on the carbon number per molecule with the same slop:
$ln c_t \simeq -1.53 m_c$
Compared to transition concentration in a bubble column, transition concentration obtained in a bubble contacting device was lower.
In a bubble column, the gas phase holdup increased with an increase of the gas velocity and electrolyte concentration. It was caused by the retention of finely dispersed bubbles. The correlation in this experimental range could be described as:
$ε=0.041 U_c^{0.947}$ (electrolyte solution)
$ε=0.039 U_c^{0.814}$ (tap water)
The coalescence frequencies had the following dependence on two phase velocity as shown:
$f_P=C_1 U_{TP}+C_2 U_{TP}$
기포합체현상을 기포접촉장치에서 고찰하였고, 기포크기, 기포크기분포 및 기포상승속도등의 기포특성은 0.1m의 내경을 갖는 plexiglas column에서연구하였다.
기포쌍의 합체연구시, 기포합체 시간과 합체율 (%)은 기포생성빈도 (0.23-2.3/S) 와 용질 (n-alcohols, SLS, KCl 및 $K_2SO_4$)을 변화시켜서 측정하였으며 이때, 두 오리피스 선단의 간격은 0.85mm로 고정시켰다. 시료의 표면장력은 기포형성법 (forming bubble method)으로 측정하였다. 기포탑에 있어서, 기상속도 (0.011m/s-0.05m/s)와 전해질의 농도 (KCl, $0.1-0.3 Kmol/㎥$, $K_2SO_4$, $0.02-0.1 Kmol/㎥$)가 기체체류량과 기포특성에 미치는 영향을 저항탐침법을 써서 구하였다.
본 실험에서 구한 결과는 다음과 같이 요약될 수 있다.
(1) 기포형성법은 액체나 용액의 표면장력 측정에 이용가능한 방법임을 알았으며, 또한 기포생성빈도가 표면장력 측정값에 미치는 영향을 n-alcohol과 SLC 용액에서 고찰하였다. 기포크기는 노즐직경이 1mm이하일때 일정한 것으로 볼 수 있었다. 그리고 Tate's law는 static을 가정한것이므로 이와 유사한 조건을 만들어줄 수 있도록 기포생성빈도를유지해야 할것이다.
(2) 기포접촉장치에서의 기포합체과정을 광학센서법을 이용하여 관찰하였으며이 방법은 기포합체현상 연구에 있어서 좋은 재현성을 보였다. 표면탄성(surface elasticity) 을 크게 해주는, 표면에 잘 흡착되는 물질 (surface active solutes)이 기포합체를 막아주는 효과가 보다 더 컸다.
(3) 기포생성빈도가 기포합체율에 미치는 영향은 solute종류에 따라 상반되는경향을 보인다. 1-butanol이나 n-amyl alcohol과 같이 낮은 분자량의알코올에서는 전이농도는 기포생성빈도에 따라 감소한다. 그러나 SLS와같은 큰 분자량을 갖는 물질에 대해서는 생성빈도에 따라 전이농도가증가한다.
(4) 알코올 용액에서의 기포합체 전이농도는 한 분자당의 탄소수와 관련이있었으며, 다음과 같이 표시될 수 있었다.
$In C_t \approx -1.53m_c$
기포탑에서의 전이농도와 비교할 때 경향은 동일하나 보다 높은 전이농도를보였다.
(5) 기포탑에 있어서 기체체류량은 기상속도에 따라 그리고 전해질 농도에 따라증가한다. 이것은 작은 기포의 체류량이 증가하기 때문이다. 본실험범위에서 상관관계식은 아래와 같다.
$∈ = 0.041U^0.947$(electrolyte solution)
$∈ = 0.039U^0.814$(tap water)
기포합체빈도는 이상속도 (two phase velocity)의 함수관계로 나타낼 수있었다. $f_p=C_lU_{TP}+C_2U^2_{TP}$
