ЛИНИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБРАТНЫХ ВОДОМАСЛЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ

Полезная модель относится к безопасным способам механизированного изготовления водоустойчивых взрывчатых веществ (ВВ).
Известно устройство для смешения топливовоздушной смеси - карбюратор, содержащий корпус со смесительной камерой, сообщенной со впускным и выпускным каналами, нижнюю и верхнюю перфорированную перегородки, образующие сужающуюся к центру вращения ротора смесеподающую камеру, сообщающуюся со впускным каналом, при этом ротор установлен в корпусе за перфорированной перегородкой по ходу потока, топливную камеру, сообщенную со смесительной камерой топливным каналом с жиклером, и дроссельную заслонку, установленную за ротором по потоку, по центру смесительной камеры выполнен проходной канал для топливовоздушной смеси в виде полой цилиндрической втулки с окнами на боковой поверхности, установленной концентрично смесительной камере и снабженной подвижными пластинами, установленными с возможностью перекрытия окон и кинематически связанными с приводом заслонки, причем, топливный канал сообщен со впускным каналом смесительной камеры - авт. свид. СССР №1671933, F02М 17/00, 1991 г.
При использовании этого устройства для получения эмульсии, в области, ближней к оси ротора, не будет осуществляться качественного смешивания потока топлива с горячим раствором окислителя (ГРО). Для жидкостей это недопустимо.
Прототипом является установка для получения эмульсионных взрывчатых веществ, содержащая узлы приготовления дисперсной фазы и дисперсионной среды с дозирующими устройствами и обогреваемыми аппаратами с мешалками и узел эмульгирования, выполненный в виде предварительного смесителя и, по крайней мере, одного устройства эмульгирования в виде емкости, образованной верхним и нижним цилиндрами, и размещенного между ними ограничительного кольца, при этом в емкости установлена камера с загрузочным патрубком и проходящим через нее трубами равного диаметра, расположенными на одинаковых расстояниях по окружности, центр которой совмещен с центром емкости, и размещенное под камерой перемешивающее устройство, а на дне нижнего цилиндра закреплено профильное кольцо с вырезами, равномерно расположенными по верху и низу периметра кольца, причем, перемешивающее устройство содержит лопасти и закрепленное на них кольцо с прямоугольными пазами, нижние концы которых имеют форму внутренней поверхности нижнего цилиндра - авт. свид. СССР №1790152, С06В 21/00, 1994 г.
Недостатки прототипа следующие:
- в предварительном смесителе, выполненном в виде динамического аппарата эмульгирования, внутренний объем которого сообщается с окружающей атмосферой, возможно захватывание воздушных пузырей перемешиваемым объемом жидкой фазы, дробление этих пузырей мешалкой аппарата и их равномерное распределение по объему смеси. Образуется механически аэрированная эмульсия, крайне чувствительная к удару и трению, что недопустимо по соображениям безопасности;
- предварительно полученная грубая эмульсия по трубопроводам под собственным весом (без избыточного давления) поступает в аппарат тонкого эмульгирования. Так как подобные эмульсии имеют достаточно большую динамическую вязкость, возможно ее зависание в трубопроводах, что часто наблюдается на практике;
- отсутствует возможность контроля качества эмульсии после аппарата эмульгирования, т.к. насосом эмульсия сразу закачивается в бункер смесительно-зарядной машины.
В связи с этим, предложенным устройством решается техническая задача получения в устройстве неаэрированной, т.е. безопасной эмульсии повышенного качества, а также - контроля качества на выходе.
Эта задача решена в линии изготовления обратных водомасляных эмульсий, содержащей смеситель с раздельным подводом жидкостей на эмульгирование - раствора окислителя с температурой выше точки кристаллизации для данной концентрации раствора и нефтепродукта - через соответствующие насосы дозирования, трехходовые краны и обратные клапаны, между каждым насосом дозирования и трехходовым краном установлен ротаметр, выход смесителя соединен с динамическим аппаратом эмульгирования, который через игольчатый клапан и трехходовой кран соединен с приемной воронкой, смеситель имеет цилиндрический корпус, разделенный внутри перфорированной перегородкой на два отсека - верхний и нижний, при этом, через нижний отсек подают раствор окислителя с указанным параметром, верхний отсек является выходом смесителя, а нефтепродукт подают через боковой подвод, осуществляющий тангенциальную подачу нефтепродукта, в верхний отсек смесителя, расстояние от оси бокового подвода до перфорированной перегородки - не более диаметра смесителя.
Возможны следующие частные исполнения устройства, повышающие качество готового продукта:
- при поступлении эмульсии в приемную воронку осуществляют контроль ее качества;
- трехходовой кран, соединенный с приемной воронкой, обеспечивает переключение потока эмульсии на сброс в емкость для некондиции;
- для лучшей прокачки эмульсии при подаче ее в смесительно-зарядную машину, приемная воронка снабжена на выходе насосом для дальнейшего перекачивания готовой эмульсии.
На фиг.1 представлена схема линии изготовления эмульсии, на фиг.2 - конструкция смесителя.
Устройство по фиг.1 содержит смеситель 1 с раздельным подводом жидкостей на эмульгирование. Подвод горячего раствора окислителя (ГРО) и нефтепродукта - топливного раствора (ТР), осуществляется через соответствующие насосы 2, 3 дозирования, устройства измерения расхода - ротаметры 4, 5, трехходовые краны 6, 7 и обратные клапаны 8, 9. Выход смесителя 1 соединен с динамическим аппаратом 10 эмульгирования, который через игольчатый клапан 11 и трехходовой кран 12 соединен с приемной воронкой 13. Трехходовой кран 12 обеспечивает переключение потока эмульсии на сброс в емкость 14 для некондиции.
Приемная воронка 13 снабжена на выходе насосом 15 для лучшей прокачки эмульсии при дальнейшем ее подаче в смесительно-зарядную машину СЗМ.
Смеситель 1 по фиг.2 имеет цилиндрический корпус 16, разделенный внутри перфорированной перегородкой 17 на два отсека - верхний отсек 18 и нижний отсек 19. Через нижний отсек 19 подают ГРО, верхний отсек 18 является выходом смесителя 1.
Ввод ТР осуществляют тангенциально через боковой подвод 20 в верхний отсек 18 смесителя 1, при этом расстояние от оси бокового подвода 20 до перфорированной перегородки 17 - не более диаметра смесителя.
Устройство работает следующим образом.
ГРО и ТР, отвечающие заданным показателям качества (температура, плотность, вязкость) направляются на эмульгирование в смеситель 1 с целью получения обратной эмульсии.
Для точного дозирования - выдерживания соотношения между подаваемыми на эмульгирование ГРО и ТР используются дозирующие насосы 2, 3, в качестве которых возможно применение либо винтовых (гироторных), либо шестеренных, либо поршневых (плунжерных) насосов.
Контроль точности дозирования ГРО и ТР осуществляется установленными на нагнетательных линиях насосов 2, 3 устройствами измерения расхода - ротаметрами 4, 5. В частном случае использования это могут быть либо поплавковые, либо индукционно-вихревые ротаметры.
На выходе ротаметров 4, 5 установлены трехходовые краны 6, 7, обеспечивающие переключение потоков ГРО и ТР либо на эмульгирование, либо на сброс в мерную емкость при проведении калибровки ротаметров, либо возврат ГРО и ТР в соответствующие емкости-накопители перед насосами 2, 3.
Далее, потоки ГРО и ТР по трубопроводам направляются к смесителю 1, перед входом в который на трубопроводах подачи ГРО и ТР установлены обратные клапаны 8, 9, препятствующие перетоку ГРО в трубопровод ТР и перетоку ТР в трубопровод ГРО. Тем самым предупреждается несанкционированное, преждевременное смешение ГРО и ТР до их поступления в смеситель 1. Попадание ГРО в трубопровод подачи ТР опасно началом кристаллизации ГРО, т.е. срывом процесса эмульгирования, а так же - коррозией и разрушением трубопровода ТР.
Смеситель 1 представляет собой статическое (без движущихся механических частей) устройство, смешение потоков ГРО и ТР в котором осуществляется за счет возникающих гидродинамических эффектов.
ГРО вводится в корпус 16 смесителя 1 через нижний отсек 19, проходя через перфорированную перегородку 17. При этом поток ГРО разбивается на отдельные капли. ТР вводится в корпус 16 смесителя 1 через верхний отсек 18 через боковой подвод 20, осуществляющий тангенциальную подачу топлива. За счет тангенциального ввода, поток ТР закручивается в смесителе 1, подхватывая капли ГРО. Таким образом получается «грубодисперсная» эмульсия с размером капель ГРО (в сплошном потоке ТР), соизмеримым с диаметром отверстий в перфорированной перегородке 17. Минимальный диаметр отверстий в перегородке 17 ограничен вязкостными характеристиками ГРО и составляет не менее 1 мм; в противном случае гидродинамическое сопротивление на линии подачи ГРО значительно возрастает, что потребует применения дорогих и сложных в обслуживании высоконапорных насосов.
Суммарное количество отверстий в перфорированной перегородке 17 определяется из соотношения:
1
N=К×S/S
где:
N - число отверстий в перфорированной перегородке, ед;
1
2
S - площадь сечения одного отверстия в перегородке, мм;
2
S - площадь сечения подводящего ГРО трубопровода, мм;
К - коэффициент, учитывающий гидродинамическое сопротивление перегородки 17.
В результате расчетов и испытаний опытного образца смесителя 1 установлено, что расстояние от оси бокового (тенгенциального) подвода ТР до перфорированной перегородки 17 смесителя 1 должно быть не более диаметра цилиндрического корпуса 16 смесителя 1. В противном случае, выходящие через перфорированную перегородку струи ГРО сливаются в один общий поток, а закрученный тангенциальным вводом ТР только обволакивает поток ГРО по наружной поверхности. Диспергирования ГРО в ТР не происходит.
Условия применения обратной эмульсии для приготовления эмульсионного ВВ требуют, чтобы дисперсность эмульсии находилась в интервале от 1 до 10 мкм. В этом случае обеспечивается оптимальная удельная площадь контакта ГРО и ТР. При дисперсности более 10 мкм удельная площадь контакта ГРО и ТР недостаточна и полученное на такой эмульсии эмульсионное взрывчатое вещество обладает недостаточными характеристиками по скорости детонации от расчетного значения. При дисперсности менее 1 мкм эмульсия становится опасной, т.к. полученное на такой эмульсии эмульсионное ВВ обладает чрезвычайно высокой чувствительностью к внешним условиям: взрыв может произойти от любого внешнего воздействия с минимальной энергией, способной запустить химическую реакцию взаимодействия ГРО и ТР.
Для придания необходимой дисперсности, полученную в смесителе 1 «грубодисперсную» эмульсию направляют в динамический аппарат 10 эмульгирования - (гомогенизатор), в котором происходит доизмельчение эмульсии.
На выходе аппарата 10 стоит игольчатый клапан 11, позволяющий изменением проходного сечения регулировать гидравлическое сопротивление аппарата 10. Процесс доизмельчения эмульсии в аппарате 10 может сопровождаться таким явлением, как кавитация. По этой причине гомогенизатор должен работать под избыточным давлением, создание и регулирование которого и обеспечивает клапан 11.
При поступлении эмульсии в приемную воронку 13 осуществляют контроль ее качества. Это производит оператор, наблюдающий за поступлением эмульсии в воронку 13 и периодически производящий анализ проб готовой эмульсии: если ее качество не отвечает установленному, он переключает трехходовой кран 12, направляя поток эмульсии в емкость 14 для некондиции.
Для лучшей прокачки эмульсии при подаче ее в СЗМ, насос 15 перекачивает готовую эмульсию либо непосредственно в ее бункер, либо в накопительную емкость.
Таким образом, при использовании предлагаемого устройства образуется безопасная эмульсия повышенного качества, неаэрированная, нечувствительная к удару и трению, т.е. безопасная при ее использовании. Кроме того, в процессе производства имеется возможность контроля качества эмульсии.