АППАРАТ ПОЛУЧЕНИЯ ЭМУЛЬСИИ ДЛЯ ЭМУЛЬСИОННОГО ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА

Полезная модель относится к области технологии получения эмульсий, в частности к устройствам для смешения компонентов, и может быть использовано для приготовления высокодисперсных эмульсий для эмульсионных взрывчатых веществ.
Эмульсии для взрывчатых веществ представляют собой обратные эмульсии типа «вода в масле», в которых в качестве дисперсной фазы преимущественно используют водные растворы нитрата аммония, а также его смеси с нитратами щелочных и щелочноземельных металлов, а дисперсионную среду образуют преимущественно продукты переработки нефти, минеральные масла, воск, парафины в чистом виде или в виде их смеси. Для получения эмульсионных взрывчатых веществ с низкой чувствительностью к механическим воздействиям и высокой чувствительностью к инициирующему импульсу необходимо использовать качественные эмульсии с высокой дисперсностью и устойчивостью к расслоению.
Известен аппарат получения эмульсий для эмульсионных взрывчатых веществ, описанный в патенте США №4911770 [МПК B01F 3/08; С06В 21/00; С06В 47/14, опубл. 27.03.1990], являющийся наиболее близким из числа известных к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому результату. Он включает цилиндрический корпус, форсунку для введения раствора окислителя, входную трубу для топливной фазы и выпускное отверстие для эмульсии. В указанном аппарате форсунка для введения раствора окислителя и выпускное отверстие для эмульсии центрально размещены в крышках на противоположных торцах цилиндрического корпуса, а входная труба для топливной фазы - в стенке цилиндрического корпуса. В форсунке поток раствора окислителя приобретает скорости, обеспечивающие дробление жидкости на мелкие капли и их распространение в виде факела, а подачу топливной фазы осуществляют напрямую из входной трубы. Благодаря этому происходит смешение и диспергирование компонентов эмульсии. Степень распыления и, следовательно, размер капельки раствора окислителя определяется выбором соответствующей форсунки. Продавливанием полученной смеси через выпускное отверстие получают эмульсию необходимой вязкости.
Недостатками известного устройства являются:
- необходимость смены форсунки для достижения нужной степени распыления потока раствора окислителя;
- неравномерное распределение топливной фазы во всем объеме раствора окислителя, т.к. ее подача осуществляется напрямую одной струей из входной трубы и тем самым не обеспечивается высокая степень однородности и высокое качество смеси;
- невозможность регулирования вязкости получаемой эмульсии без изменения размера выпускного отверстия для эмульсии.
Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, состоит в интенсификации процесса перемешивания и повышении качества эмульсии за счет равномерной подачи компонентов смеси в зону смешения с возможностью регулирования вязкости получаемой эмульсии.
Поставленная задача решается тем, что в аппарате получения эмульсии для эмульсионного взрывчатого вещества, включающем цилиндрический корпус, форсунку для введения раствора окислителя, входную трубу для топливной фазы и выпускное отверстие для эмульсии, согласно полезной модели, форсунка для введения раствора окислителя тангенциально вмонтирована в стенку корпуса, входная труба для топливной фазы закреплена на одном торце корпуса и имеет распределительное устройство с отверстиями, к другому торцу корпуса присоединен клапанный механизм, содержащий цилиндрический корпус, клапан, седло клапана с отверстиями для прохода эмульсии, возвратную пружину, направляющую втулку с регулирующим винтом, при этом седло клапана установлено внутри корпуса аппарата и соединено с распределительным устройством топливной фазы посредством коаксиального стержня, а выпускное отверстие для эмульсии размещено в стенке корпуса клапанного механизма. При этом корпуса аппарата и клапанного механизма соединены с помощью фланцев.
Благодаря тому, что форсунка тангенциально вмонтирована в стенку корпуса поток раствора окислителя со скоростью 6÷35 м/с тангенциально вылетает из сопла форсунки в виде мельчайших частичек и в кольцевом пространстве, образованном корпусом аппарата и коаксиально расположенным стержнем, приобретает сильное вращательное движение, обеспечивающее максимальное сдвиговое напряжение и максимально равномерное распределение компонентов эмульсии. Степень распыления потока раствора окислителя можно регулировать скоростью подачи раствора окислителя и при этом интенсифицируется процесс смешения топливной фазы с окислителем.
Входная труба для топливной фазы имеет распределительное устройство с отверстиями, что позволяет достигать равномерного распределения топливной фазы во всем объеме раствора окислителя и, тем самым, обеспечивается высокая степень однородности и высокое качество смеси.
Клапанный механизм, через который продавливается полученная смесь, позволяет регулировать напряжение сдвига смеси и, следовательно, вязкость получаемой эмульсии посредством изменения степени сжатия пружины регулирующим винтом.
Техническая сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами: на фиг.1 представлена схема аппарата получения эмульсий для эмульсионных взрывчатых веществ; на фиг.2 - сечение I-I на фиг.1. Стрелками указано направление движения раствора окислителя (РО) и топливной фазы (ТФ).
Заявляемый аппарат получения эмульсий для эмульсионных взрывчатых веществ включает цилиндрический корпус 1, форсунку 2 для введения раствора окислителя, тангенциально вмонтированную в стенку корпуса 1, входную трубу 3 для топливной фазы, закрепленную на одном торце корпуса 1 и имеющую распределительное устройство 4 с отверстиями 5, клапанный механизм, содержащий цилиндрический корпус 6, клапан 7, седло 8 клапана 7 с отверстиями 9 для прохода эмульсии, установленное внутри корпуса 1 и соединенное с распределительным устройством 4 топливной фазы посредством коаксиального стержня 10, возвратную пружину 11, поджимающую клапан 7 к седлу 8, и размещенную в направляющей втулке 12 с регулирующим винтом 13, выпускное отверстие 14 для эмульсии, размещенное в стенке корпуса 6 клапанного механизма. При этом корпуса 1 и 6 соответственно аппарата и клапанного механизма соединены с помощью фланцев 15.
Заявляемый аппарат получения эмульсий для эмульсионных взрывчатых веществ работает следующим образом.
Сначала через отверстие 5 распределительного устройства 4 входной трубы 3 в течение 1-2 секунд подают топливную фазу. Затем через форсунку 2 раствор окислителя вводят тангенциально в кольцевое пространство, образованное корпусом 1 аппарата и его коаксиальным стержнем 10. При этом поток раствора окислителя со скоростью 6÷35 м/с тангенциально вылетает из сопла форсунки в виде мельчайших частичек и приобретает сильное вращательное движение, обеспечивающее максимальное сдвиговое напряжение и максимально равномерное распределение компонентов эмульсии. Моментально образуется обратная эмульсия, которая, пройдя через отверстия 9 в седле 8, давит на клапан 7, отжимая его от седла 8, и эмульсия, пройдя через образованную щель, получает дополнительное сдвиговое напряжение и поступает в корпус 6 клапанного механизма, а затем выгружается через выпускное отверстие 14. Степень сжатия пружины регулируют винтом 13.
Испытания заявляемого аппарата получения эмульсий для эмульсионных взрывчатых веществ проводили, изменяя скорость подачи раствора окислителя от 6,4 до 28,4 м/с (диаметр сопла форсунки - от 4,2 до 8 мм) и нагрузке на клапан от 0 до 50 кг. Вязкость определяли на вискозиметре «Brookfield» шпиндель №7 при 20 об/мин, устойчивость эмульсии к расслоению, которая оценивается величиной электрической емкости [Колганов Е.В., Соснин В.А. Эмульсионные промышленные взрывчатые вещества. - 1-я книга (Составы и свойства) - Дзержинск. Нижегородская обл., изд-во ГосНИИ «Кристалл», 2009. - с.288], на приборе «Измеритель RCL Е7».
В качестве раствора окислителя использовали водные растворы смеси аммиачной и кальциевой селитр. В качестве топливной фазы использовали смеси масла индустриального, ПАВ и нефтепродуктов. Соотношение компонентов эмульсии соответствует нулевому кислородному балансу.
Результаты испытаний приведены в таблице.
Таблица
№п/п
Скорость подачи раствора окислителя, м/с
Нагрузка на клапан, кг
Вязкость эмульсии при t=26°С, спз
Электрическая емкость, пФ
1
28,36
0
98200
164
2
26,35
0
91200
120
3
23,09
0
87800
144
4
23,09
33
109000
125
5
26,35
33
115600
117
6
28,37
33
118400
108
7
28,40
50
130600
110
8
26,27
50
128000
122
9
23,09
50
126600
130
10
28,54
50
Больше 1000000
66
11
6,4
0
49200
-
Таким образом, внесение конструктивных изменений позволяет интенсифицировать процесс перемешивания за счет тангенциального ввода распыленного окислителя, равномерной подачи компонентов смеси в зону смешения и повысить качество эмульсии с возможностью регулирования ее вязкости.