УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОМАЗУТНОЙ ЭМУЛЬСИИ ПУТЕМ МЕХАНИЧЕСКОГО СМЕШИВАНИЯ МАЗУТА, ВОДЫ И ЭМУЛЬГАТОРА

Область применения
Полезная модель предназначена для получения водо-мазутной эмульсии.
Уровень техники
Известны способы получения водно-топливной эмульсии, включающие подачу в топливо другого компонента воды как без использования стабилизирующего агента, так и с использованием стабилизатора. Так, согласно заявке Японии N 57-205400, вода в топливо подается малыми порциями при использовании ряда смесителей. В патенте США N 4394131 описан способ эмульгирования с помощью роторной мельницы со скоростью 1650 об/мин. В авт.св. N 610551 описан способ получения водных эмульсий минерального масла, включающий смешение стабилизатора ПАВ и масла с последующим введением воды в полученную смесь. Патентом РФ N 2021329 защищен способ получения маловязкой стабильной эмульсии типа масло в воде, включающий смешение вязкого тяжелого компонента - углеводорода, эмульгатора и воды при повышенной температуре и содержании воды до 15 мас. и последующее добавление воды до 20 30 мас. Указанные способы не позволяют получить стабильные эмульсии из легкого топлива. Известны способы получения устойчивых эмульсий при использовании стабилизирующего агента поверхностно-активного вещества (ПАВ) (патент США N 4392865, заявка Японии NN 49-149995, 5-31910, заявки Великобритании N 2235465). Согласно заявки Японии N 1-252697 получают эмульсию типа масло/вода при использовании в качестве диспергирующего агента анионного ПАВ, который первоначально смешивают с водой, а затем к полученной смеси добавляют стабилизатор неионное ПАВ.
Известные способы получения обеспечивают стабильность водно-топливных эмульсий легкого топлива всего лишь до нескольких минут. Кроме того, эмульсии типа масло в воде оказывают сильное коррозирующее действие на топливную аппаратуру и по этой причине не используются.
Известен способ получения эмульсионного топлива (международная заявка WO 85/04183). Способ включает смешение эмульгатора (0,53%) с топливом (84%) и последующее добавление воды к полученной смеси.
Основным недостатком способа-прототипа является получение эмульсии, обладающей низкой стабильностью. Для эмульсии легкого топлива (дизельное топливо, бензин) стабильность сохраняется от нескольких минут до нескольких десятков минут.
Известен способ (патент РФ №2100413) получения водно-топливной эмульсии, включающий смешение топлива, воды и стабилизатора-поверхностно-активного вещества, отличающийся тем, что смешение осуществляют в узле эмульгирования при одинаковом исходном массовом соотношении топлива и воды или избытке воды с принудительной циркуляцией формируемой эмульсии при постепенном введении в нее топлива до заданного соотношения топлива и воды.
Недостатком данного способа является низкая однородность эмульсии.
Известен способ получения топливной композиции путем смешивания углеводородного топлива с водой с последующей виброкавитационной обработкой смеси в гомогенизаторе, имеющем статор и ротор при расходе смеси не более 0,2 м3/с на единицу поверхности ротора и окружной скорости его вращения не менее 12 м/с. Воду берут в количестве 15-85% мас. / RU 2085270, С 10 L 1/32/.
Известен способ получения топливной композиции путем смешивания мазута с водой в массовом соотношении 100:5-25 и диспергировании полученной смеси через узкий зазор между ротором и статором. Смесь подается на вращающийся ротор по осевой линии для прерывания сплошного потока компонентов, а готовая смесь отводится по радиальной линии, перпендикулярно осевой. Получают водомазутную эмульсию со средним размером частиц воды 3-10 мкм /В.М. Иванов и др. "Топливные эмульсии и суспензии", М., 1963, с.20, 56-57/.
Известен способ (RU 2136721) получения топливной композиции путем раздельной подачи воды и мазута в диспергатор на вращающийся ротор с последующим отводом готового продукта по радиальной линии, причем по осевой линии подают всю воду, а мазут подают частично по осевой и частично по радиальной линии под углом 25-35о к радиальной линии отвода готовой продукции. Массовое соотношение мазута к воде составляет 100:5-25. По осевой линии желательно подавать всю воду и 40-80% мазута, а по радиальной - 60-20% мазута.
Однако дисперсность частиц воды в мазуте недостаточна.
Недостатком известных эмульсий является также их невысокая дисперсность, значительные выбросы оксидов азота, сажи и канцерогенных углеводородов и повышенный расход топлива.
Известен способ (RU 2205203) получения топливной композиции путем раздельной подачи воды и мазута в диспергатор на вращающийся ротор, включающий подачу воды и
части мазута по осевой линии, другой части мазута по радиальной линии под углом к радиальной линии отвода готового продукта с использованием мазута с исходной влажностью более 1,6% и предварительным нагревом воды до 30-90°С.
Недостатком данного способа является низкая однородность эмульсии.
Известен способ (RU 2213767) получения водотопливной эмульсии из воды, эмульгатора и топлива путем их диспергирования, отличающийся тем, что диспергирование ведут в аппарате, использующем принцип электромагнитного вихревого слоя ферромагнитных элементов при частоте вращения магнитного поля 1400-3000 об/мин и энергонапряженности 2-5 кВт/дм3 в рабочей зоне.
Недостатком данного способа является низкая однородность эмульсии, нестабильность размера водяных капель.
Наиболее близким является способ (RU 2100413) получения водно-топливной эмульсии, включающий смешение топлива, воды и стабилизатора-поверхностно-активного вещества, отличающийся тем, что смешение осуществляют в узле эмульгирования при одинаковом исходном массовом соотношении топлива и воды или избытке воды с принудительной циркуляцией формируемой эмульсии при постепенном введении в нее топлива до заданного соотношения топлива и воды.
Недостатком данного способа является низкая однородность эмульсии, нестабильность размера водяных капель, применение только для легкого топлива.
Задачей данной полезной модели является устранение всех описанных выше недостатков, присущих известным способам.
Технический результат
Достигается более высокая производительность при получении водо-мазутной эмульсии, ее высокая однородность и стабильность размера водяных капель.
Достижение результата
Данный результат достигается путем механического смешивания мазута, воды и эмульгатора.
Устройство для получения водо-мазутной эмульсии путем механического смешивания мазута, воды и эмульгатора, содержащее запорную и регулирующую арматуру, контрольно-измерительные приборы, трубопроводы, отличается тем, что содержит насосы консольные в количестве не менее двух, не менее одного насоса-диспергатора, предварительный смеситель, кавитационный модуль, не менее одного коллектора, причем
кавигационный модуль представляет собой камеру со встроенным в нее соплом и трубкой-каналом и предназначен для активного перемешивания трехкомпонентной смеси, а процесс приготовления водо-мазутной эмульсии в устройстве осуществляется в виде отдельных операций: смешения воды с эмульгатором, смешения полученной двухкомпонентной смеси с мазутом и доведения трехкомпонентной смеси до получения готового продукта - топливной эмульсии.
Установка выполнена таким образом, что способна осуществлять получение водо-мазутной эмульсии как с кавигационными модулями по отдельности, в совместной работе с насосами - диспергаторами или обходиться как без кавитационных модулей, так и без насосов-диспергаторов.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 показана схема устройства, где 1, 2 - насосы консольные, 3 - предварительный смеситель, 4 - насос-диспергатор, 5 - кавитационный модуль, 6, 7 - коллекторы, 8, 9 - регулирующие клапаны, 10, 11 - расходомеры, 12, 13, 14 - регулирующие краны, 15 - устройство для измерения давления (манометр).
Сущность устройства
Устройство состоит из одного насосов консольных (1) и (2), не менее 1 насоса-диспергатора (4), предварительного смесителя (3), кавитационного модуля (5), не менее одного коллектора (6), запорной и регулирующей арматуры, контрольно-измерительных приборов, трубопроводов.
Модуль кавигационный (5) представляет собой камеру со встроенным в нее соплом и трубкой-каналом и предназначен для активного перемешивания трехкомпонентной смеси.
Для управления работой и обеспечения безопасных условий эксплуатации установки применяется регулирующая и запорная арматура.
Арматура должна иметь маркировку завода-изготовителя. В качестве запорной арматуры в установке предпочтительно использование шаровых кранов, т.к. они отличаются малым гидравлическим сопротивлением, имеют простое устройство, их можно быстро открывать и закрывать.
На маховике запорной арматуры должно быть указано направление его вращения при открывании или закрывании арматуры.
Для контроля процесса приготовления водо-мазутной эмульсин в установке применены контрольно-измерительные приборы для измерения расхода и давления.
Контрольно-измерительные приборы для измерения расхода - это расходомеры (10), (11). В качестве расходомеров могут быть использованы расходомер типа ППО - 40/0.6 Мпа для измерения расхода мазута и расходомер типа ВСКМ - 32 для измерения расхода воды с эмульгатором.
2
В качестве контрольно-измерительных приборов для измерения давления используют манометр (15), способный проводить оценку давления трехкомпонентной смеси (мазут + вода + эмульгатор) на выходе из насоса (2) (0...10 кгс/см).
Принцип работы устройства
Процесс приготовления водо-мазутной эмульсии состоит из отдельных операций:
- смешение воды с эмульгатором
- смешение полученной двухкомпонентной смеси с мазутом
- доведение трехкомпонентной смеси до получения готового продукта - топливной эмульсии.
Смешение воды с эмульгатором происходит следующим образом.
Вода подается насосом в емкость для воды, в которую предварительно введен эмульгатор.
Расход эмульгатора примерно 2-3 кг/т. Полученная смесь насосом (1) подается в предварительный смеситель (3).
Смешение смеси вода-эмульгатор с мазутом происходит следующим образом.
Мазут насосом (2) подается в смеситель одновременно со смесью вода-эмульгатор.
3
Необходимый расход мазута (0-30 м/ч) устанавливается при помощи регулирующего клапана (8), контроль расхода производится по показаниям расходомера (10).
Необходимый расход воды устанавливается при помощи регулирующего клапана (9), контроль расхода производится по показаниям расходомера (11).
Получение топливной эмульсии происходит следующим образом.
Трехкомпонентная смесь (мазут - вода - эмульгатор) поступает в распределительный коллектор (6). Из коллектора (6) в зависимости от требований технологии смесь посредством кранов (12) направляется либо в модули кавитационные (5), либо минуя их.
Далее смесь поступает в коллектор (7). Из коллектора (7) посредством кранов (13) смесь направляется в сборник готового продукта или в насосы - диспергаторы (4).
Схема установки позволяет использовать модули кавигационные по отдельности, в совместной работе с насосами - диспергаторами или обходиться как без модулей кавитационных (5), так и без насосов - диспергаторов (4).
Работа модуля кавитационного (5) основана на явлении кавитации, возникающем при выходе смеси из сопла под напором с большой скоростью. При этом происходит местное
резкое падение давления и из жидкости начинают выделяться пары и растворенные в ней газы. Пузырьки пара, увлекаемые жидкостью по трубке-каналу в область более высокого давления, быстро конденсируются. Жидкость мгновенно проникает в пустоты, образующиеся при конденсации пузырьков, что приводит к многочисленным мелким гидравлическим ударам, благодаря которым смесь активно перемешивается, превращаясь в однородную эмульсию.
2
Электроконтактный манометр (15) настраивают по Pmin - на давление 3-4 кгс/см, по Рmах - на верхнее значение шкалы манометра (в работе не задействуется).
Перед использованием установки заполняют проточную часть насосов рабочей средой: насос (2) - мазутом; насос (1) - водой с эмульгатором. Для заполнения насосов открывают вентили на всасывающих и напорных трубопроводах.
Запуск насосов осуществляется после заполнения проточной части рабочей средой. При выходе из насоса поток в зависимости от качества полученной эмульсии (в соответствии с требованиями технологического регламента) поступает в сборник готового продукта по одному из двух вариантов:
1. Поток из насоса (2), проходя через коллектор (6), направляется в модули кавитационные (5) далее в коллектор (7) и в сборник готового продукта;
2. Поток из насоса (2) через коллектор (6) поступает в модули кавитационные (5) затем в коллектор (7) и далее через насосы-диспергаторы (4) в сборник готового продукта.