УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЖИДКИХ СМЕСЕЙ

Техническое решение относится к устройствам для получения тонкодисперсных эмульсий, например, для получения топливных эмульсий, эмульсий пищевых жиров в молоке, технических эмульсий жидких компонентов в химических технологиях, 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 того же мала, включающая диск с отверстиями малого диаметра (диспергирующий элемент), зажатый между двумя фланцами нагнетательного трубопровода (корпус) [авт. св. СССР №102093, B01F 5/06, 1956].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся большой размер капель эмульсии и 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 [патент Франции №1494670, B01F 5/06, 1967].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится широкий диапазон получаемых капель по размеру, то есть широкий фракционный состав по эквивалентному диаметру капель.
Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому устройству и выбранному за прототип является устройство для приготовления жидких смесей, 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, при этом за последней 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 результат, относится большой эквивалентный диаметр капель и широкий фракционный состав капель по размеру.
Задачей предлагаемого технического решения является создание устройства для приготовления тонкодиспергированных эмульсий узкого фракционного состава.
Техническим результатом предлагаемого устройства для приготовления жидких смесей является повышение качества тонкодиспергированных эмульсий за счет калибровки капель в микрокапиллярах полупроницаемых мембран.
Поставленный технический результат достигается тем, что в устройстве, включающем в себя корпус, внутри которого размещены пластины с отверстиями, при этом пластины установлены вдоль потока среды и на каждой пластине снаружи закреплены полупроницаемые мембраны, а сами пластины с мембранами закрыты в герметичном кожухе с патрубком для подачи компонентов жидкой смеси.
Установка пластин с отверстиями вдоль потока среды и закрепление на каждой пластине снаружи полупроницаемой мембраны позволяет калибровать компоненты жидкой смеси при течении их сквозь поры мембран по размеру, близкому к размеру этих пор в мембранах. Это снижает размер микрокапель в жидкой смеси и обеспечивает узкий фракционный состав этих капель в ней, что повышает качество получаемой эмульсий.
Установка пластин с отверстиями с полупроницаемыми мембранами в герметичном кожухе с патрубком для подачи компонентов жидкой смеси позволяет создать в этом герметичном кожухе избыточное давление, большее, чем давление в корпусе, чтобы обеспечить подачу компонентов жидкой смеси из кожуха через микропоры полупроницаемой мембраны с заданным расходом. Это обеспечивает равномерную подачу микрокапель в жидкую смесь, предотвращает коалесценцию капель в ней, создает устойчивую эмульсию микрокапель узкого фракционного состава и в целом повышает качество получаемой эмульсий.
На фигуре 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 полупроницаемыми 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 установлен расходомер 11.
В качестве полупроницаемой мембраны 5 можно применить ультрафильтрационные или микрофильтрационные мембраны с размерами пор от 5 до 1000 нанометров (А.С. Тимонин Инженерно-экологический справочник Т. 2. - Калуга - издательство Н. Бочкаревой, 2003. - с. 665-667)
Устройство для приготовления жидкой смеси работает следующим образом.
1
1
2
1
2
2
1
2
1
Основной поток высокомолекулярной жидкости, например, мазут марки M 100 подают под давлением p, которое контролируют манометром 8, по патрубку 2 с расходом q, который контролируют расходомером 10, установленным на корпусе 1. Одновременно 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 11, так, чтобы отношение расходов q/q=C, где C - необходимая концентрация воды в мазуте. Так как давление p молекул воды в кожухе 6 больше, чем давление мазута p в корпусе 1, то молекулы воды, имеющие размер меньший, чем размер пор в полупроницаемых мембранах 5, свободно проходят сквозь эти поры и поступают в основной поток мазута, образуя в нем тонкодисперсную эмульсию с размером капель на микроуровне и узкого фракционного состава.
ж
В таблице приведены результаты лабораторных исследований в предлагаемом устройстве для приготовления жидких смесей и в устройстве, выбранном за прототип. Исследование проводились на мазуте марки M 100 при температуре 80°C, обводненном до влажности 20%. В качестве полупроницаемой мембраны 5 установлена мембрана для микрофильтрации «Владипор» МФА-МА №10 с диаметром пор 0,95-1,05 мкм.
Таблица
Результаты лабораторных исследований в устройстве предлагаемой конструкции в сравнении с устройством, выбранном за прототип
Параметры капель воды в эмульсии
Предлагаемое устройство
Прототип
Средний размер капель воды в мазуте, мкм
2,3-3,5
44-52
Максимальный размер капель, мкм
5,2
67
Минимальный размер капель, мкм
1,8
35
Ширина дисперсного состава, мкм
3,4
32
Так как капли воды имеют игольчатую форму, то их эквивалентный диаметр больше размера микропор в полупроницаемой мембране 5.
Как видно из материалов таблицы, применение полупроницаемых мембран 5 позволяет уменьшить средний размер капель в мазуте более чем на порядок за счет микроразмеров пор в мембранах. То же касается максимального и минимального размера капель и ширины дисперсного состава.
Таким образом, закрепление на каждой пластине 4 с отверстиями полупроницаемых мембран 5 и их установке вдоль потока среды внутри герметичного кожуха 6 с патрубком 7 для подачи компонентов жидкой смеси позволяет создавать тонкодисперсную эмульсию с размером капель микроуровневого класса и узким фракционным составом, равномерно распределять микрокапли эмульсии по объему жидкой смеси. Кроме того, жидкую смесь приготовляют с помощью полупроницаемых мембран 5 при невысоком избыточном давлении в кожухе 6 (по сравнению с давлением в корпусе) и с заданной концентрацией капель в эмульсии.