УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЖИДКИХ СМЕСЕЙ

Изобретение относится к устройствам для приготовления жидких смесей, в частности для получения тонкодиспергированных эмульсий, например для получения топливных эмульсий, эмульсий пищевых жиров в молоке, получения тонкодисперсных устойчивых эмульсий компонентов в химическом производстве, и может найти применение в нефтехимической, химической, пищевой промышленности, энергетике, металлургии и т.д.
Известен аппарат-гомогенизатор для получения тонкой концентрированной эмульсии антраценового масла из грубодисперсной эмульсии того же масла, включающая диск с отверстиями малого диаметра (диспергирующий элемент), зажатый между двумя фланцами нагнетательного трубопровода (корпус) [авт. св. СССР №102093, В01F 5/06, 1965].
К причинам препятствующим достижению заданного технического результата, относится неодинаковый размер капель эмульсии, то есть широкий разброс капель по эквивалентному диаметру.
Известно устройство, включающее корпус, внутри которого перпендикулярно потоку среды размещены пластины с отверстиями, при этом эквивалентный диаметр отверстий в каждой последующей по ходу потока пластине меньше, чем в предыдущей.
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится широкий диапазон получаемых капель по размеру, то есть широкий фракционный состав по эквивалентному диаметру капель [патент Франции №1494670, В01F, 1967].
Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому устройству и выбранному за прототип является устройство, включающее корпус, внутри которого перпендикулярно потоку среды размещены пластины с отверстиями, при этом расстояние между каждыми двумя соседними пластинами меньше, чем эквивалентный диаметр отверстий предыдущей по ходу потока пластины, и больше, чем эквивалентный диаметр отверстий последующей пластины [авт. Св. СССР №1260014, В01F 5/06, 1986].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится широкий разброс размеров капель по их эквивалентному диаметру, то есть широкий фракционный состав капель по размеру.
Техническим результатом предлагаемого устройства для приготовления жидких смесей является повышение качества тонкодиспергированных эмульсий за счет дополнительной калибровки капель в капиллярах переменного сечения и создания узкого фракционного состава капель.
Поставленный технический результат достигается тем, что в устройстве, включающем в себя корпус, внутри которого перпендикулярно потоку среды размещены пластины с отверстиями, при этом эквивалентный диаметр отверстий в каждой последующей по ходу пластине меньше, чем в предыдущей, отличающееся тем, что за последней по ходу потока пластине установлена дополнительная пластина, выполненная из твердого пористого материала.
Дополнительно установленная пластина из твердого пористого материала имеет сквозные поры, образованные спрессованными зернистыми частицами и термически скрепленными между собой, при этом сквозные поры имеют переменное сечение, при фильтрации через которые капли эмульсии калибруются с образованием тонкодисперсных капель узкого фракционного состава, причем капли больших фракций разрываются при резких расширениях и сжатиях в сквозных порах переменного сечения, что повышает качество тонкодиспергированных эмульсий.
Таким образом, в пластине из пористого материала большие капли эмульсии после дробления увеличивают число капель тонкодисперсных фракций, а сам разброс капель в эмульсии по эквивалентным диаметрам резко сужается с образованием тонкодисперсной эмульсии узкого фракционного состава.
На фиг. схематично изображено предлагаемое устройство в разрезе.
Предлагаемое устройство состоит из входного патрубка 1, расширяющейся части корпуса 2, цилиндрической части корпуса 3, в котором установлен диспергирующий элемент, представляющий собой несколько последовательно расположенных и закрепленных на некотором расстоянии друг от друга пластин 4, сужающейся части корпуса 5, выходного патрубка 6. Для контроля давления во входном 1 и выходном 6 патрубках установлены манометры 7 и устройства для отбора проб 8. За последней по ходу потока жидкой смеси пластине 4 установлена дополнительная пластина 9, выполненная из твердого пористого материала, например спекшихся металлических шариков, или металлокерамики, или полимерных прессованных порошков образующих сквозные каналы переменного сечения [Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И. Материаловедение: Учебник для вузов. Изд. 4-е, перераб. и доп. - СПб.: Химиздат, 2007, с.491-493; ГОСТ 26802-86].
Устройство работает следующим образом.
2
Для получения тонкодисперсной эмульсии жидкую смесь подают во входной патрубок 1 предлагаемого устройства под давлением от 25 до 40 кгс/см. Капли дисперсной фазы, проходя через отверстия в пластинах 4, вытягиваются в цилиндры, которые, разрываясь, образуют цепочку капель с постепенно уменьшающимися размерами согласно теории П.А.Ребиндера. Степень диспергирования капель дисперсионной фазы повышается в результате чередования зон сжатия (пластины) и зон разряжения (пространство между пластинами), вызывающего кавитационные явления, способствующие диспергированию и повышению качества тонкодиспергированных эмульсий.
Для уменьшения разброса образующихся капель эмульсии по эквивалентному диаметру и снижению числа больших по размеру капель, предварительно приготовленная эмульсия, пропущенная через пластины 4, поступает в сквозные каналы переменного сечения твердого пористого материала, из которого выполнена дополнительная пластина 9.
Большие капли за счет резкого изменения размера пор между спекшимися зернами твердого пористого материала рвутся и увеличивают число капель тонкодисперсной фракции, снижая тем самым разброс капель по фракционному составу в пользу тонкодисперсных капель. Это повышает устойчивость и качество тонкодиспергированной эмульсии узкого фракционного состава. Полученная тонкодиспергированная эмульсия выходит через выходной патрубок 6.
В таблице приведены результаты лабораторных исследований в устройстве для приготовления жидких смесей предлагаемой конструкции с дополнительно установленной пластиной, выполненной из твердого пористого материала на основе железного порошка с фракционным составом частиц изменяющегося в пределах 50-150 мк [А.Д.Мошков. Пористые антифрикционные материалы. Изд. 2-е, дополненное, - М.: Машиностроение, 1968, с.121, 124] в сравнении с устройством, выбранным за прототип, то есть с 2-мя перфорированными металлическими пластинами с размерами отверстий 2 и 1,35 мм, установленными перпендикулярно потоку жидкости на расстоянии между ними в 1,5 мм (без дополнительно установленной пластины, выполненной из твердого пористого материала). Исследования, как и в описании устройства для приготовления жидких смесей, выбранного за прототип, проводились на мазуте марка М-100, обводненном до влажности 20% при температуре 80°С.
ТаблицаРезультаты лабораторных исследований в устройстве предлагаемой конструкции в сравнении с устройством, выбранном за прототип
Параметры капель в эмульсии
Прототип
Предлагаемое устройство
Средний размер капель воды, мк
50-60
44-52
Максимальный размер капель, мк
96
67
Минимальный размер капель, мк
42
35
Ширина дисперсного состава, мк
54
32
Как видно из материалов таблицы средний размер капель воды в эмульсии уменьшается на 12-13%, а ширина разброса по размерам дисперсного состава капель уменьшается с 54 мк до 32 мк, то есть на 40%, то есть получаются капли меньшего размера и узкого фракционного состава.
Таким образом, дополнительно установленная пластина, из пористого материала позволяет значительно повысить степень диспергирования и стабильность эмульсии за счет создания тонкодисперсных капель узкого фракционного состава, что повышает качество тонкодиспергированных эмульсий.
Предлагаемая конструкция устройства для приготовления жидких смесей несложна в изготовлении. Для этого достаточно в известном устройстве, принятом за прототип, установить дополнительную пластину, выполненную из твердого пористого материала. Твердые пористые материалы не являются дефицитными и дорогими, их технология и производство известны и они широко применяются в машиностроении и во многих аэро- и гидродинамических процессах. Размер зерен и соответственно размер сквозных капилляров, которые образуются между зернами при их спекании, может колебаться в широких пределах от нескольких микрон до миллиметра, что позволяет получать однородные эмульсии узкого фракционного состава с заданными размерами капель и повышает качество тонкодиспергированных эмульсий.