РОТОРНО-ПУЛЬСАЦИОННЫЙ ГОМОГЕНИЗАТОР ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБРАТНЫХ ВОДОМАСЛЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ

Полезная модель относится к устройствам для эмульгирования, а именно к роторно-пульсационному гомогенизатору (РПГ, смеситель) для механизированного изготовления обратных водомасляных эмульсий, в том числе для водоустойчивых эмульсионных взрывчатых веществ (ЭВВ). Полезная модель может быть использована в пищевой, микробиологической, химической, нефтехимической, фармацевтической, косметической и других отраслях промышленности, включая те, где требуется получение коллоидно-монодисперсных систем.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является известный (изготовитель ООО ИТП «ПРОМБИОФИТ» (prombiofit.com)) насос-гомогенизатор НГД-15 для получения обратных водомасляных эмульсий, содержащий статор, ротор и обечайку.
К основным недостаткам прототипа следует отнести:
- отсутствие возможности изготовления «холодной» эмульсии с длительным (1 год) сроком хранения вследствие: (а) использования раствора ГРО (горячий раствор окислителя) при температуре 60°С, что вызывает его кристаллизацию; (б) отсутствия лопастного винта; (в) подачи обрабатываемой жидкости (предварительно смешанный раствор ГРО и ТР (топливный раствор) на эмульгирование от оси к периферии;
3
- низкую производительность (7-10 тн/ч) из-за маленького (1500 см) объема внутренней рабочей камеры.
Техническая задача (проблема), на решение которой направлена настоящая полезная модель, состоит в создании устройства для получения безопасной (неаэрированной) эмульсии с повышенным сроком годности и способностью к «холодной» газогенерации.
Основной технический результат, получаемый при осуществлении полезной модели, заключается в обеспечении бескавитационного режима течения эмульгируемой среды по устройству эмульгирования, при котором не происходит преждевременной сенсибилизации (чувствительности) эмульсии газовыми пузырями, в результате чего эмульсия имеет способность к длительному хранению и «холодной» газогенерации, безопасна при изготовлении, хранении и транспортировании к местам назначения.
Указанный технический результат достигается за счет того, что роторно-пульсационный гомогенизатор для изготовления обратных водомасляных эмульсий содержит являющуюся цилиндрическим корпусом РПГ обечайку с входным патрубком, через который с помощью насоса осуществляется подвод обрабатываемой жидкости в рабочую камеру обечайки; статор в виде неподвижно закрепленной на фланце корпуса РПГ, соосно его оси цилиндрической двухрядной корзины, имеющей множество расположенных по ее окружности продольных каналов; ротор, представляющий собой вращающуюся на оси РПГ цилиндрическую двухрядную корзину с множеством расположенных по ее окружности продольных каналов; расположенный внутри выходного патрубка, прикрепленного к вышеуказанному фланцу корпуса РПГ, закрепленный на оси РПГ лопастной винт и установленный на выходном патрубке мембранный антикавитационный клапан, при этом в качестве обрабатываемой жидкости используется предварительно смешанный раствор ГРО и ТР, где ГРО имеет температуру выше точки кристаллизации для данной концентрации раствора.
Для получения эмульсии необходимой дисперсности смесь раствора окислителя и нефтепродукта направляют в динамический аппарат эмульгирования РПГ (далее - гомогенизатор), в котором и происходит процесс эмульгирования. Примером обрабатываемой жидкости является смесь растворов: ГРО в виде смеси водного раствора аммиачной селитры и сульфаминовой кислотой и ТР в виде смеси ДТ, масла индустриального И40, эмульгатора полимерного.
Обечайка - цилиндрический корпус гомогенизатора с приваренным параллельно его оси входным (вводным) патрубком (патрубок нагнетания обечайки), предназначенным для подачи и равномерного распределения обрабатываемой жидкости внутри обечайки. Обечайка закреплена неподвижно на оси устройства между двумя фланцами.
Ротор представляет собой вращающуюся со скоростью до 3000 об/мин на оси устройства цилиндрическую двухрядную корзину с множеством расположенных по ее окружности продольных каналов (пазы, прорези/отверстия определенной формы). Ротор придает скорость потоку обрабатываемой жидкости за счет собственного вращения.
Статор - закрепленная неподвижно на фланце корпуса (обечайка) гомогенизатора соосно оси устройства цилиндрическая двухрядная корзина, имеющая множество расположенных по ее окружности продольных каналов.
Движение обрабатываемой жидкости в заявленном устройстве осуществляется под давлением, создаваемым насосом, от периферии через входной патрубок обечайки к оси устройства, при этом среда в аппарате не испытывает центробежных нагрузок, так как не происходит кавитационных разрывов в жидкой фазе. Устройство не работает как насос, не всасывает и не нагнетает жидкость, а осуществляет исключительно ее перемешивание. Эмульсия получается однородной и высокоплотной - без газовых пузырей.
Лопастной винт, представляющий собой закрепленную на оси РПГ вращающую ось с винтообразными лопастями, располагается внутри прикрепленного (сварка) к фланцу гомогенизатора выходного патрубка. Лопастной винт необходим для создания дополнительного (к изначально созданного насосом) избыточного давления (противодавления) в потоке внутри рабочей камеры (камера смешения) обечайки, что позволяет эмульсии дольше находиться в указанной камере, за счет чего происходит доизмельчение или более равномерное измельчение эмульсии, что увеличивает ее срок хранения и способность к «холодной» газогенерации (возможность газогенерации при отрицательных температурах).
Процесс доизмельчения эмульсии в аппарате эмульгирования может сопровождаться таким явлением, как кавитация. По этой причине гомогенизатор должен работать под избыточным (0,1-0,2 МПа) давлением, создание и регулирование которого и обеспечивает установленный снаружи за выходным патрубком (по линии подачи обрабатываемой жидкости) мембранный антикавитационный клапан предотвращающий аэрацию готовой эмульсии.
Таким образом, при использовании указанной схемы движения обрабатываемой жидкости и лопастного винта образуется безопасная эмульсия повышенного качества с равномерно распределенными по объему частицами размером >/= 1 мкм (низкая чувствительность эмульсии к детонации ВВ), неаэрированная и нечувствительная к удару и трению, т.е. безопасная при использовании, со сроком хранения до одного года.
За счет указанной схемы движения (наоборот относительно прототипа) потока обрабатываемой жидкости, наличия лопастного винта и использования ГРО с температурой выше точки кристаллизации для данной концентрации раствора ГРО и ГТ (например: 50°С ÷ 95°С при концентрации от 74 до 82%) данное устройство позволяет получать так называемую «холодную эмульсию», которая сохраняет текучесть и способность к газогенерации до - 50°С.
3
Благодаря использованию внутренней (рабочей) камеры гомогенизатора (обечайки) объемом 2051см производительность РПГ увеличена до 19 тн/час.
Для пояснения сущности заявленной полезной модели приводятся следующие графические материалы:
Фиг. 1 - обечайка;
Фиг. 2 - ротор;
Фиг. 3 - статор;
Фиг. 4 - лопастной вид;
Фиг. 5 - гомогенизатор в сборе (вид спереди, разрез);
Фиг. 6 - гомогенизатор в сборе (вид сверху).
Ниже для подтверждения промышленной осуществимости заявленной полезной модели приводится описание конструкции конкретного РПГ с производительностью 19 тн/ч (РПГ-19).
Гомогенизатор содержит обечайку 1 с входным патрубком 2, ротор 3, статор 4, лопастной винт 5.
Наружный диаметр ротора 3 под заявленную производительность составляет 180 мм. Ротор 3 имеет 24 продольных канала 6 шириной 6 мм, скорость вращения до 3000 об/мин.
Наружный диаметр статора 4, закрепленного неподвижно на фланце гомогенизатора, составляет 154 мм. Статор имеет 24 продольных канала 7 шириной 6 мм.
Принцип работы гомогенизатора заключается в следующем.
Обрабатываемая жидкость (предварительно смешанный раствор ГРО и ТР) под давлением (0,6-0,8 МПа) через входной патрубок 2 подается во внутреннюю полость (полость между наружной стенкой ротора и внутренней стенкой обечайки) 8 обечайки 1 и под действием давления и центробежной силы равномерно распределяется по всему объему обечайки 1.
При вращении ротора 3 его каналы 6 периодически совпадают с каналами 7 статора 4. Под действием давления обрабатываемая жидкость продавливается через каналы 7 и 6 статора 4 и 3 ротора, соответственно. В период времени, когда каналы 6 ротора 3 перекрыты стенкой статора 4, во внутренней полости 8 обечайки 1 давление на обрабатываемую жидкость возрастает, а при совмещении каналов 6 ротора 3 с каналами 7 статора 4 давление за короткий промежуток времени сбрасывается, в результате чего в каналах 7 статора 4 распространяется импульс давления. В связи с тем, что скорость потока обрабатываемой жидкости в каналах 7 статора 4 велика и имеет флуктуации, поток обрабатываемой жидкости является турбулентным. При вращении ротора 3 в зазоре между ротором 3 и статором 4 возникают большие сдвиговые напряжения. Рабочие поверхности ротора 3 и статора 4 воздействуют на жидкую гетерогенную среду за счет механического контакта поверхностей статора 4, ротора 3 и смеси растворов, создавая высокие срезывающие и сдвиговые усилия.
Под действием давления обрабатываемая жидкость проходит (продавливается) через каналы 6 ротора 3, каналы 7 статора 4, собирается в рабочей камере (внутренний объем ротора) обечайки (место эмульгирования) и продвигается к выходному патрубку 9 гомогенизатора.
В выходном патрубке 9 расположен лопастной винт 5, который при вращении дополнительно измельчает частицы эмульсии, а также создает противодавление внутри рабочей камеры (камера смешения) 10 обечайки 1, что позволяет эмульсии дольше в ней находиться.
Снаружи за выходным патрубком (по линии подачи обрабатываемой жидкости) установлен (не показан) мембранный антикавитационный клапан (BUrketDN=50 или аналог).
Примером конкретной эмульсии может служить эмульсия СИПЕКС: смесь ГРО - 92% и ТР - 8%.
Селитра, %
Вода, %
ДТ, %
Масло, %
Эмульгатор, %
72
20
4,6
2,28
1,12
Условия получения эмульсии: давление на входе 0,7 МПа, давление на выходе 0,1 МПа, температура смеси 80°С, скорость вращения 3000 об/мин.