УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЖИДКИХ СМЕСЕЙ

Техническое решение относится к устройствам для получения тонкодисперсных эмульсий, например, для получения топливных эмульсий, эмульсий жидких компонентов в химической технологии и пищевых производствах и может найти применение, в топливной, нефтехимической, химической, пищевой, металлургической, энергетической, строительной и других отраслях промышленности.
Известен аппарат-гомогенизатор для получения тонкой концентрированной эмульсии антраценового масла из грубодисперсной эмульсии, включающий диск с отверстиями малого диаметра (диспергирующий элемент), зажатый между двумя фланцами нагнетательного трубопровода (авт. св. СССР №102093, B01F 5/06, 1956).
К причинам, препятствующим достижения заданного технического результата относится большое гидравлическое сопротивление при калибровании капель через диск с отверстиями малого диаметра. Кроме того, это устройство не позволяет получать тонкодисперсную эмульсию с узким фракционным составом капель по размеру.
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, а за последующей по ходу потока пластиной установлена дополнительная пластина, выполненная из твердого пористого материала (патент РФ №131310, B01F 5/06, 2013).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится большое гидравлическое сопротивление всех пластин, через которые проходит весь объем сплошной и дисперсной фазы, образующий капли эмульсии.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к предлагаемому устройству и выбранному за прототип является устройство для приготовления жидких смесей, включающее корпус с входным и выходным патрубками, внутри которого перпендикулярно потоку среды размещены пластины с отверстиями и на каждой пластине снаружи закреплены полупроницаемые мембраны, а сами пластины с мембранами закреплены в герметичном кожухе с патрубком для подачи компонентов жидкой смеси (патент на полезную модель РФ №142484, B01F 5/06, 2014).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится большое гидравлическим сопротивление при продавливании компонентов жидкой смеси через поры полупроницаемой мембраны.
Техническим результатом предлагаемого устройства для приготовления жидких смесей является уменьшение гидравлического сопротивления пор полупроницаемой мембраны.
Поставленный технический результат достигается тем, что в устройстве для приготовления жидких смесей, включающем корпус с входным и выходным патрубками, внутри которого размещены пластины с отверстиями, установленные вдоль потока среды, и на каждой пластине снаружи закреплены полупроницаемые мембраны, а сами пластины с мембранами закреплены в герметичном кожухе с патрубком для подачи компонентов жидкой смеси, при этом снаружи полупроницаемых мембран установлены теплоэлектронагреватели для превращения компонентов жидкой смеси в пар.
Установка теплоэлектронагревателей снаружи полупроницаемых мембран позволяет превращать компоненты жидкой смеси в пар, вязкость которого значительно меньше вязкости компонентов жидкой смеси, а так как гидравлическое сопротивление пор полупроницаемых мембран пропорционально вязкости фильтруемой среды, то гидравлическое сопротивление пара и в целом энергозатраты для приготовления жидких смесей будет значительно меньше, чем при фильтровании через поры полупроницаемых мембран жидких компонентов. В качестве полупроницаемых мембран можно использовать пористые стекла «Викор» работающие при высоких температурах (Мембранное разделение газов. Дытнерский Ю.И., Брыков В.П., Каграмов Г.Г. - М.: Химия, 1991, С. 58) или металлические мембраны на основе палладия (Мембранное разделение газов. Дытнерский Ю.И., Брыков В.П., Каграмов Г.Г. - М.: Химия, 1991, С. 272).
На чертеже схематично изображено предлагаемое устройство в разрезе.
Предлагаемое устройство для приготовления жидких смесей состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, пластин 4 с отверстиями, установленными внутри корпуса 1 вдоль потока среды. На каждой пластине 4 снаружи закреплены полупроницаемые мембраны 5, а сами пластины 4 с мембранами 5 герметично закрыты кожухом 6 с патрубком 7 для подачи компонентов жидкой смеси. Для контроля давления внутри корпуса 1 на нем установлен манометр 8, а для контроля давления в кожухе 6 установлен манометр 9. Для контроля расхода жидкости в корпусе 1 установлен расходомер 10, а для контроля расхода компонентов жидкой смеси в кожухе 6 на подводящем трубопроводе 11 к патрубку 7 установлен расходомер 12. Снаружи полупроницаемых мембран 5 внутри кожуха 6 закреплен тепло-электронагреватель 13, клеммы которого соединены с источником тока 14.
Устройство для приготовления жидкой смеси работает следующим образом.
1
1
2
1
2
2
1
2
1
Основной поток высокомолекулярной жидкости, например, мазут марки М 100, подают под давлением p, которое контролируют манометром 8, по патрубку 2 с расходом q, который контролируют расходомером 10 в корпусе 1. Одновременно от трубопровода 11 по патрубку 7 под давлением p>p, которое контролируют манометром 9, в кожух 6 подают компоненты жидкой смеси с малым размером молекул, например, воду. Ее расход q контролируют расходомером 12, так чтобы отношение расходов q/q=C, обеспечивало необходимую концентрацию С микрокапель воды в мазуте. Давление молекул воды в кожухе 6 p больше, чем давление мазута p в корпусе 1, поэтому молекулы воды, имеющие размер меньший, чем размер пор в полупроницаемых мембранах 5 свободно проходят сквозь эти поры и поступают в основной поток мазута в виде пара, так как под действием тепловой энергии теплоэлектронагревателей 13 вода вблизи поверхности полупронецаемых мембран 5 превращается в пар, вязкость которого много меньше вязкости воды. Поэтому молекулы водяного пара легко фильтруются через поры полупроницаемых мембран 5 в поток мазута, где конденсируются, образуя тонкодисперсную эмульсию.
-3
-3
ж
n
ж
Пример. Динамическая вязкость воды при 20°C приблизительно составляет 10 Па, динамическая вязкость водяного пара при 110°C - 0,0135·10 Па, то есть вязкость водяного пара в 74 раза меньше (К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Изд. 8-е, перераб. и доп.: Л.: Химия, 1976, С. 491, С. 530). При минимальном перепаде давления на полупроницаемых мембранах 5, работающих с жидкостями Δp=3 атм, при фильтровании пара потери давления составят Δp=Δp/74=3/74=0,04 ат.
Таким образом, установка теплоэлектронагревателей снаружи полупроницаемых мембран для превращения компонентов жидкой смеси в пар позволяет значительно снизить гидравлическое сопротивление и энергозатраты при фильтровании компонентов смеси пара через поры полупроницаемых мембран.