СПОСОБ ЭМУЛЬГИРОВАНИЯ ЖИДКИХ КОМПОНЕНТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR EMULSIFICATION OF LIQUID COMPONENTS AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к процессам приготовления эмульсий для двигателей внутреннего сгорания в автотранспорте и судоходстве, приготовления водоэмульсионных красок в лакокрасочном производстве, а также лекарственных препаратов.
Цель изобретения - повышение эффективности приготовления эмульсий из взаимонерастворимых жидких компонентов с различной электропроводностью путем совместного диспергирования компонент воздействием электрического разряда на компоненту с большей электропроводностью.
Известен способ получения эмульсий, отличающийся тем, что диспергирование жидкости производят через щель в камере, расположенной в дисперсионной среде /1/.
Недостаток способа в низкой производительности и низкой эффективности, поскольку диспергирование осуществляют через капельное гидравлическое сопротивление.
Известен способ получения дисперсных систем и аппарат для его осуществления, отличающийся тем, что диспергирование осуществляют путем резкого расширения и сжатия потока из взаимонерастворимых жидких компонентов /2/.
Недостаток способа и аппарата для его осуществления заключается в резком снижении производительности при незначительном уходе параметров настройки расширения и сжатия поперечного сечения потока от оптимальных.
Известен способ получения дисперсных систем, отличающийся тем, что осуществляют вибрационное воздействие на взаимонерастворимые жидкие компоненты /3/.
Недостаток способа заключается в резком снижении производительности при незначительном изменении весовых параметров взаимонерастворимых жидких компонент и соответствующем уходе резонансных частот принудительной вибрации.
Известно устройство для получения тонких эмульсий и суспензий, отличающееся тем, что диспергирующая головка выполнена в виде поворотного ротора с набором диспергирующих элементов /4/.
Недостаток устройства в том, что резко снижается производительность устройства при незначительном снижении сверхвысокого давления в камере смешения, которое должно быть строго стабилизированным.
В качестве прототипа способа выбран способ получения вводно-дисперсных эмульсий, включающий воздействие высоковольтного электрического разряда на воду и диспергирование с ингредиентом эмульсии, причем сначала воздействуют электрическим разрядом на воду, а затем осуществляют совместное диспергирование воды с ингредиентом эмульсии /5/.
Недостатком способа является низкая производительность и соответственно, эффективность, поскольку реализуется двухстадийный процесс: сначала воздействие высоковольтного электрического разряда на воду, а затем совместное диспергирование воды с ингредиентом эмульсии. Разделение способа на стадии предопределяет и временное разделение действий способа по получению водно-дисперсных эмульсий, что однозначно снижает и производительность, и, соответственно, эффективность способа.
Целью изобретения является повышение эффективности приготовления эмульсий из взаимонерастворимых жидких компонентов.
Поставленная цель достигается тем, что получают эмульсии из взаимонерастворимых жидких компонентов с различной электропроводностью, включающий воздействие высоковольтного электрического разряда на одну из компонент и диспергирование со второй компонентой эмульсии, причем осуществляют совместное диспергирование компонент воздействием электрического разряда на компоненту с большей электропроводностью.
Способ осуществляется следующим образом.
Взаимонерастворимые жидкие компоненты помещают в смесительную камеру, в которой из-за различной плотности жидких компонентов они разделяются: более плотная оказывается внизу, а более легкая над ней. Обе компоненты разделены пограничным мениском. Далее воздействуют электрическим разрядом на компоненту с большей электропроводностью. Это же действие по времени является совместным диспергированием взаимонерастворимых жидких компонент.
Для пояснения способа рассмотрим устройство для его реализации.
В качестве прототипа на устройство выбрано устройство для реализации способа эмульгирования веществ, содержащее смесительную камеру и электроды, размещенные в ней /6/.
Недостатками такого устройства являются низкая эффективность и производительность, поскольку межэлектродный промежуток электродов позволяет воздействовать электрическим разрядом на 10-15% объема смесительной камеры.
Цель предлагаемого устройства - повышение эффективности приготовления эмульсий из взаимонерастворимых жидких компонентов.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для эмульгирования взаимонерастворимых жидких компонентов с различной электропроводностью, содержащем смесительную камеру и электроды, размещенные в ней, камера выполнена из токопроводящего материала и является одним из электродов, а второй электрод выполнен по всей высоте камеры в виде лезвия, заостренного с одной стороны и электрически изолированного от камеры со всех остальных сторон.
Устройство (фиг.1 и 2) состоит из смесительной камеры 1, которая выполнена из токопроводящего материала (например, любого металла) и является одним из электродов. Второй электрод 2 выполнен по всей высоте камеры 1 в виде лезвия, заостренного с одной стороны и электрически изолированного со всех остальных сторон от камеры изолирующей рубашкой 3 (например, из фторопласта). Токоподводы 4 и 5 предназначены для подачи электрического напряжения на электроды, причем токоподвод 4 электрически соединен с лезвием 2 и изолирован от смесительной камеры - электрода 1 диэлектрической втулкой 6 (например, из фторопласта). Токоподвод 5 электрически соединен со смесительной камерой - электродом 1.
Взаимонерастворимые жидкие компоненты заливают в смесительную камеру - электрод 1, причем более плотная компонента 7 оказывается внизу, а более легкая 8 - над ней. Между ними образуется разделительный жидкий мениск (граница раздела) 9.
Устройство работает следующим образом.
После того как взаимонерастворимые жидкие компоненты будут помещены в смесительную камеру 1, устанавливается разделительный мениск 9. Устройство готово к работе. При подаче электрического напряжения на токоподводы 4 и 5 (фиг.1) между заостренным лезвием электрода 2 и внутренней поверхностью смесительной камеры 1 возникает резко неоднородное электростатическое поле. Создаются условия для возникновения электрического разряда между электродами 1 и 2. Физика процесса такова, что разряд возникает на том участке лезвия 2 по высоте смесительной камеры, где электропроводность жидкости в межэлектродном участке будет максимальной. Эксперименты показывают, что электрический разряд возникает практически в одной точке лезвия 2. Электрический разряд вызывает в межэлектродном промежутке возникновение воздушного пузыря, который создает локальный перепад давления и локальные перемещения жидкости. Жидкость взрывается с образованием капель, и происходит локальный процесс ее перемешивания в области образования электрического разряда. В момент возникновения электрического разряда межэлектродное пространство на короткий промежуток времени (милисекунды) электрически шунтируется и условий для возникновения второго разряда нет. Образовавшаяся газожидкостная капельная среда практически ликвидирует условия возникновения повторного электрического разряда в этом же месте по заостренной поверхности лезвия 2. В этой области присутствует газожидкостная капельная среда, которая уже, в сущности, и представляет искомую эмульсию, но состоящую пока из одной жидкой компоненты. Второй электрический разряд возникнет таким же образом в другом месте на поверхности заостренного лезвия 2. Таким образом разряды будут осуществляться по всему заостренному лезвию электрода 2, причем в последовательности, которая соответствует областям межэлектродного промежутка с большей электропроводностью. По мере нарастания происшедших электрических разрядов будет затронута и область мениска 9 раздела взаимонесмешивающихся жидкостей. Каждый электрический разряд в силу образования газожидкостной капельной среды (т.е. эмульсии) повышает электропроводность получившейся эмульсии в смесительной камере 1 и усложняет условия образования электрического разряда по всей высоте смесительной камеры вдоль заостренной поверхности электрода 2. И таким образом осуществляется одновременное воздействие электрического разряда и совместное диспергирование компонент взаимонесмешивающихся жидкостей воздействием электрического разряда на компоненту с большей электропроводностью. Завершение условий возникновения электрического разряда в межэлектродном промежутке означает завершение процесса приготовления эмульсии.
Процентное соотношение компонент взаимонесмешивающихся жидкостей определяет положение мениска 9 перед началом эмульгирования. Время эмульгирования определяется не только исходными требованиями по процентному соотношению компонент, но и по величине электропроводности исходных компонент.
Проведенные эксперименты позволили получить процентное соотношение компонент в эмульсии от 1 до 99% (вода - масло растительное; спирт - масло растительное; вода - дизельное топливо; вода - масло трансформаторное; водка - масло растительное) при средних размерах капель эмульсии в 3-6 мкм и долговременности устойчивости эмульсий от 2-х недель до 12 месяцев.
Предлагаемый способ и устройство рекомендуются в первую очередь к использованию в медицине и фармакологии, где компоненты являются, во-первых, дорогостоящими, а во-вторых, требуется дозировка компонент с очень высокой точностью, измеряемой микрограммами (яды, лекарственные препараты). Не противопоказаны способ и устройство и в энергетической промышленности (топлива, масла). Пищевая промышленность (пищевые добавки, красители). Лакокрасочная промышленность.
Получить такой широкий диапазон смешения ингредиентов с такой высокой точностью не позволяет ни один из известных способов, что характеризует высокую эффективность предложенного технического решения.
Источники информации
1. А.С. СССР 451453, B01f - аналог.
2. Патент RU 2034638 С1 - аналог.
3. Патент RU 2089274 С1 - аналог.
4. Патент RU 2128545 С1 - аналог.
5. Патент RU 2094106 С1 - прототип на способ.
6. Патент RU 2071821 С1 - прототип на устройство.