УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСПЕРГИРОВАНИЯ ЖИДКИХ МАТЕРИАЛОВ
DEVICE FOR DISPERSING LIQUID MATERIALS

Изобретение относится к области конструкции устройств, предназначенных для диспергирования жидких материалов в химически агрессивных гелирующих средах. Заявленное устройство предназначено для применения в химической промышленности для производства гранулированных материалов.
Из уровня техники известен способ диспергирования жидкости и диспергатор аэрозольный регулируемый для его осуществления (патент РФ №2449842, МПК В05В 17/00, публ. 21.07.2010). Способ диспергирования жидкости включает подачу жидкости от насоса и воздуха от нагнетателя и разгон последнего в сопле. Затем осуществляют предварительное гидравлическое дробление жидкости на капли в конусе распыления форсунки и дальнейшее пневматическое диспергирование капель жидкости в поле ультразвуковых колебаний воздуха в сверхзвуковой струе из вспомогательного контура сопла в аэрозоль. Далее осуществляют подачу аэрозоля для окончательного пневматического диспергирования в сверхзвуковую струю воздуха из основного контура сопла, транспортирующего аэрозоль к месту потребления.
Из патента РФ №2251471, МПК B22F 9/08, публ. 10.05.2005 г., известно устройство диспергатора, выполненное в виде щелевых форсунок, внутренней - для подачи воздуха, внешней - для подачи воды, обеспечивающее выход частиц с заданным размером.
Однако в известном устройстве не предусмотрено средств для исключения засорения капилляра диспергатора частицами из внешней среды.
Известен диспергатор (патент РФ №2151635, МПК B01F 7/00, публ. 27.06.2000 г.), содержащий в корпусе патрубки для подачи жидкости и газа и многоканальный распределитель газа с диспергатором, выполненным в виде двух составных элементов с калиброванными отверстиями, обеспечивающие создание мелкодисперсной среды.
Однако в известном устройстве также не предусмотрено средств для исключения засорения капилляра диспергатора частицами рабочей среды.
Актуальность решаемой технической проблемы основана на следующем. При производстве гранулированного сорбента, в частности неорганическою сорбента на основе оксидов титана и циркония, возникла проблема диспергирования рабочего раствора в гелирующую среду. При использовании классической конструкции газо-жидкостной форсунки происходило гелирование раствора на выходе из капилляра, так как форсунка находится непосредственно над парами аммиака, что способствовало закупориванию выходного отверстия капилляра диспергатора.
Задачей авторов изобретения является усовершенствование конструкции газожидкостной форсунки для предотвращения закупоривания выходного отверстия капилляра, сохранения формы и прочности гранул.
Технический результат, обеспечиваемый при использовании заявляемого устройства, заключается в усовершенствовании конструкции в направлении уменьшения воздействия гелирующей среды непосредственно на капилляр, а так же для обеспечения гидролиза диспергированных капель до попадания в гелирующий раствор, за счет чего снижается риск деформации гранул при попадании их в гелирующую среду.
Указанные задача и технический результат обеспечиваются тем. что в отличие от известного (прототипа) устройства для диспергирования жидких материалов в химически агрессивных гелирующих средах, содержащего емкость с распыляемой жидкостью, систему подачи газовой нагнетательной и диспергатор, согласно предлагаемому изобретению, система подачи газовой нагнетательной среды выполнена в виде внутреннего контура с патрубком подачи воздуха, внешнего контура с патрубком подачи воздушно-аммиачной смеси, в качестве диспергатора устройство содержит капилляр, вдоль которого движется непрерывный поток воздуха по контуру через патрубок для отрыва капли диспергируемой жидкости при достижении ею размеров критических для заданной скорости подачи воздуха, при этом внешний контур состоит из трех магистралей: для раздельной подачи потока сжатого воздуха в упомянутый контур, для подачи смеси газов паров аммиака и воздуха в контур под давлением, не превышающем давление в контуре, для подачи локального потока сжатого воздуха к выходу из капилляра, обеспечивающего требуемый размер диспергируемых капель.
Заявляемое устройство для диспергирования жидких материалов поясняется следующим образом.
На фиг. 1 схематично изображен вариант для реализации предлагаемого устройства, где: 1 - емкость с рабочим раствором; 2 - контур со сжатым воздухом, где происходит срыв капли с капилляра (5); 3 - контур с сжатым воздухом, изолирующий капилляр от контура (4) и внешней среды; 4 - контур с воздушно-аммиачной смесью; 5 - капилляр; 6 - патрубок для ввода сжатого воздуха в контур (2); 7 - патрубок с сжатым воздухом с направлением в контур (3); 8 - патрубок с сжатым воздухом и парами аммиака в контур (4).
Предлагаемое изобретение представляет собой устройство воздушно-жидкостного диспергатора для диспергирования жидких материалов в химически агрессивных гелирующих средах, содержащего емкость с распыляемой жидкостью, систему подачи газовой нагнетательной среды и диспергатор. Система подачи газовой нагнетательной среды выполнена в виде внутреннего контура (3) с патрубком подачи воздуха (7), внешнего контура (4) с патрубком подачи воздушно-аммиачной смеси (8), в качестве диспергатора устройство содержит капилляр (5), вдоль которого движется непрерывный поток воздуха по контуру (2) через патрубок (6) для отрыва капли диспергируемой жидкости при достижении ею размеров критических для заданной скорости подачи воздуха. Согласно предлагаемому устройству для изоляции от внешней гелирующей среды диспергируемого раствора применяется воздушный контур (3). который изолирует воздушно-жидкостный поток во избежание гелирования раствора на конце капилляра до момента ее отрыва. Чтобы обеспечить гидролиз диспергированных гранул до попадания в гелирующую среду для исключения деформации и сохранения механической прочности гранул применяется внешний контур (4) с воздушно-аммиачной смесью.
Давление воздуха в контуре (2) регулируется таким образом, чтобы обеспечить срыв капли раствора на выходе из капилляра (5). Изменение параметров давления в контуре (2) обеспечивает изменение размеров капель за счет срыва ее, когда она достигает размеров, критических при данной скорости воздуха. Контур (3) предназначен для изоляции капилляра и потока воздуха из контура (1) от внешней среды, что препятствует их смешению и попаданию на диспергируемый раствор. Контур (4) предназначен для осаждения сформированных капель до попадания в гелирующую среду. Это позволяет обеспечить сферическую форму и механическую прочность гранул, минуя деформацию капли при ударе о гелирующий раствор. В корпусе устройства имеются следующие патрубки: 6 и 7 - для ввода сжатого воздуха; 8 - для ввода смеси газов сжатого воздуха и паров аммиака.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Первоначально через патрубок (7) подается сжатый воздух в контур (3) таким образом, чтобы обеспечить экранирование капилляра от внешней среды и воздушно-аммиачной смеси из контура (4). Через патрубок (8) подается смесь газов паров аммиака и воздуха в контур (4) для проведения процесса гидролиза диспергированной жидкости до попадания в гелирующий раствор, что обеспечивает сохранение формы и прочности гелируемых гранул. Заполняется емкость (1) рабочим раствором, затем через капилляр (5) самотеком подается раствор для дальнейшего диспергирования. Через патрубок (6) в контур (1) подается сжатый воздух таким образом, чтобы капля, срывающаяся с капилляра под действием критической массы, при заданном потоке воздуха имела необходимый размер. После проведения процесса диспергирования капилляр промывается путем заполнения емкости (1) дистиллированной водой для предотвращения высыхания рабочего раствора и, как следствие, засорения капилляра.
Таким образом, при использовании предлагаемого устройства для диспергирования раствора в гелирующую среду достигается новый технический результат, который заключается в повышении эффективности воздушно-жидкостного диспергатора, предназначенного для работы в химически агрессивных гелирующих средах.
Возможность применения предлагаемого изобретения может быть проиллюстрирована следующим примером.
Пример 1. В лабораторных условиях предлагаемое устройство для диспергирования жидких материалов опробовано на опытном образце, изображенном на фиг. 1, в качестве жидкого материала была использована диспергированная жидкость на основе гексахлорититановой кислоты и поливинилового спирта.
Через патрубок (7) подается сжатый воздух в контур (3) таким образом, чтобы обеспечить экранирование капилляра от внешней среды. Через патрубок (8) подается смесь газов: паров аммиака и воздуха, в контур (4) под давлением, не превышающем давления в контуре (3). Из емкости (1) через капилляр (5) самотеком подается раствор для диспергирования. Через патрубок (6) подается сжатый воздух таким образом, чтобы капля, отрывающаяся с капилляра (5) (D), имела требуемый размер. После окончания процесса диспергирования капилляр промывают путем заполнения емкости (1) дистиллированной водой, что исключает загрязнение капилляра на последующем цикле диспергирования.
В результате работы заявляемого устройства было обеспечено диспергирование жидкой среды с выходом дисперсионных частиц (капель) с требуемым размером в диапазоне от 100-1000 мкм. В таблице 1 приведено статистическое распределение размеров частиц, полученных в процессе диспергирования с использованием предлагаемого устройства в условиях примера.
Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет достигнуть заявленного технического результата, заключающегося в повышении эффективности воздушно-жидкостного диспергатора, предназначенного для работы в химически агрессивных гелирующих средах.