УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИГЕНАТА

Полезная модель относится к получению и гомогенизации дисперсных систем с жидкой средой с помощью гидродинамической кавитации и может быть использовано для получения эмульсий с заданной концентрацией компонентов, например водотопливных, в топливной, энергетической, химической, нефтедобывающей, и других отраслях промышленности.
Добавкой к бензиновой, керосиновой и дизельной фракциям является органическая добавка - оксигенат на основе цитановых масел, спиртов и воды насыщенной кислородом. Назначение оксигената-повышение октанового числа и цитанового индекса выделенных фракций из сырой нефти позволяет получить на прямотоке товарные виды топлива (бензин, керосин, дизельное топливо) приспособленных к различным климатическим условиям: пониженным температурам, условиям жаркого климата и высокогорья.
В топливной промышленности, например, широко известны сравнительные данные о горении безводного и эмульгированного топлива, они показали, что эмульгированное жидкое топливо сгорает значительно быстрее, чем безводное. Содержание 10-20% воды в эмульгированном топливе не ухудшает, а даже интенсифицирует процесс горения за счет дополнительного внутритопочного дробления капель, увеличения поверхности испарения частиц и улучшения перемешивания горючего с воздухом. Уменьшение времени горения эмульгированного топлива благоприятно сказывается на стадии догорания сажистых остатков, улучшая общую полноту сгорания топлива и уменьшает отложения сажи (нагара) на рабочих поверхностях. Механизм горения капель мазутно-водной эмульсии заключается в том, что при прогреве и испарении капель они вначале увеличиваются в диаметре, а затем взрываются, вследствие того, что температура кипения мазута равна примерно 300°С; т.е. в 2,5-3 раза выше, чем для воды. Установлено, что капля эмульсии размером 2 мм и влажностью 30% сгорает за 2,8 секунды, а капля мазута такого же размера - за 3,7 секунды. Явление внутрипоточного разрыва капель ускоряет испарение, улучшает смесеобразование и позволяет значительно интенсифицировать процесс сжигания жидких топлив, что в свою очередь зависит от дисперсии и гомогенизации топливно-водяной смеси. Высокий уровень дисперсности водно-топливной эмульсии определяет также отсутствие отрицательных последствий, а именно высокую устойчивость и длительную нерасслаиваемость эмульсии, химическую инертность входящей в эмульсию воды при последующем ее хранении и контактах с металлическими поверхностями гидроаппаратуры. В промышленности получили распространение следующие способы и устройства для получения топливно-водяной эмульсии: механические мешалки, установки смешения и барботирующие устройства. Наиболее эффективными из них являются установки смешения (гидродинамические излучатели). Установка смешения и реновации - устройство, преобразующее часть энергии струи жидкости (эмульсии) в энергию акустических волн.
Известна система приготовления эмульсии путем смешения ее компонентов в гидродинамической установке смешения и реновации, при этом предварительно производят обработку одного из компонентов в дополнительной установке смешения и реновации. Система приготовления эмульсии содержит магистраль одного компонента с дозирующим устройством, магистраль другого компонента и магистраль эмульсии с насосом и гидродинамической установкой смешения и реновации, образующую замкнутый контур рециркуляции, связанный с магистралью первого компонента через установку смешения и реновации, причем магистраль второго компонента снабжена установленными в ней последовательно насосом и гидродинамической установкой смешения и реновации и замкнута с образованием контура рециркуляции, а кавитационные полости гидродинамической установки смешения и реновации сообщены с дозирующим устройством подачи первого компонента (см. патент РФ №2033851, МКИ6 В01F 3/08,1995 г.).
Недостатком указанной системы является то, что для повышения эффективности эмульгирования, дисперсии и гомогенизации необходимо, чтобы вторичной обработке подверглась высокодисперсная (коллоидная) эмульсия, что не может быть обеспечено обработкой только одного из компонентов.
Задачей на которую направлена разработка полезной модели является создание установки для получения оксигената в виде нерасслаиваемой эмульсии.
Технический результат заключается в повышение эффективности эмульгирования несмешивающихся ингредиентов, их гомогенизации путем создания оптимальных режимов кавитации для обеспечения высокой устойчивости и длительной нерасслаиваемости эмульсии, химической инертности входящей в эмульсию воды при последующем ее хранении и контактах с металлическими поверхностями гидроаппаратуры.
Поставленная задача достигается тем, установка для приготовления оксигената, содержит емкости для смешиваемых компонентов (цитановое масло, спирт, вода) и емкость для полученного оксигената, магистраль первого компонента, магистраль второго компонента, магистраль третьего компонента включают термоэлектрические тепловые машины и фильтры и соединены с первой гидродинамической установкой смешения и реновации выход которой связан с входом дополнительной гидродинамической установки смешения и реновации, подключенной к магистрали полученной эмульсии и емкости для ее хранения при этом первая установка смешения и реновации имеет резонансный диапазон частот 0,5-15 кГц, а вторая установка смешения и реновации имеет резонансный диапазон частот 15-365 кГц.
Магистрали компонентов включают насосы, краны, счетчики, обратные клапана, датчики давления и датчики температуры. Магистраль полученной эмульсии также включает краны, счетчик, насос, обратный клапан, датчик давления, датчик температуры.
Гидродинамические установки выполнена по патенту РФ на полезную модель № (патент РФ на полезную модель №82137 от 20.04.2009 г)
Гидродинамическая установка для смешения и реновации жидких сред выполнена в виде диспергатора, снабженного диспергирующими элементами, на внешней поверхности корпуса диспергатора смонтированы термоэлектрические батареи, внутри корпуса диспергатора размещен турбулентный резонатор, после турбулентного резонатора в корпусе диспергатора установлены конусный ускоритель, выполненный в виде ступенчатого конуса и сопло, в верхней части диспергатора расположено тормозное регулируемое устройство, отражатель которого выполнен в виде вогнутой криволинейной сферической поверхности на котором установлены звуковые резонансно настроенные пластины с частотой 0,5-15 кГц, с образованием регулируемой кавитационной камеры между отражателем и соплом, выходные отверстия которого выполнены в виде щелей.
Во второй гидродинамической установке смешения и реновации пластина установлена с возможностью настройки на диапазон частот 0,5-365 кГц.
На фиг.1 представлена схематически установка для получения оксигената, где: емкости для компонентов: 1 - емкость для цитанового масла, 2 - емкость для спирта, 3 - емкость для воды, емкость для полученного оксигената - 12, магистраль первого компонента включает термоэлектрическую тепловую машину 4, фильтр 7, магистраль второго компанента включает термоэлектрическую тепловую машину 5, фильтр 8, магистраль третьего компонента включает термоэлектрическую тепловую машину 6, фильтр 9, причем магистрали компонентов соединены с первой гидродинамической установкой смешения и реновации 10, выход которой связан со входом дополнительной гидродинамической установки смешения и реновации 11.
Установка работает следующим образом.
Компоненты из емкостей хранения 1, 2, 3, входящие в состав оксигената предварительно подогревают в термоэлектрических тепловых машинах 4, 5, 6 до температуры 60-70°С и очищают от крупных твердых примесей на фильтрах 7, 8, 9. Далее компоненты под давлением с помощью насосов поступают из магистрали на вход первой установки смешения и реновации 10, где смесь компонентов подвергают единовременно тепловой обработке в звуковом поле с частотой 0,5-15 кГц.
Первая установка смешения и реновации 10 предназначена для получения стабильной коллоидной смеси, которую в дальнейшем подвергают единовременной тепловой обработке в высокочастотной дополнительной установке смешения и реновации 11, причем величина давления на входе в установку смешения и реновации такова, что позволяет полученную на выходе из первой установки смешения и реновации 10 коллоидную смесь подавать непосредственно во вторую установку смешения и реновации 11. В каждой из установок смешения и реновации звуковые поля возбуждают за счет взаимодействия смеси компонентов с резонансно настроенным регулируемым источников, которым является пластина.
2
Вторая дополнительная гидродинамическая установка смешения и реновации создает звуковое поле с частотой звуков 15-365 кГц, переменным звуковым давлением 0,2-10,0 кГс/см. Это оптимальный диапазон в смысле технологического эффекта, экономичности процесса и техники безопасности. При этом работа установки смешения и реновации и процессы, протекающие в ней, аналогичны низкочастотной первой установке смешения и реновации.
При истекании струй смеси компонентов из щелевидного сопла установки вследствие их высокой скорости и соударений наблюдается гидродинамическая кавитация, сопровождаемая интенсивными ультразвуковыми колебаниями (первое ультразвуковое поле).
При набегании потока смеси компонентов (эмульсии) в зоне гидродинамической кавитации на острый срез резонансной пластины в ней возбуждаются колебания, передающиеся в окружающую среду. При настройке пластины в резонанс с колебаниями потока в смеси компонентов (эмульсии) возникают интенсивные акустические колебания ультразвуковой частоты, необходимые для измельчения частиц (второе ультразвуковое поле). Кроме того, пластина испытывает также воздействие первого ультразвукового поля.
Резонансная настройка ультразвуковой установки смешения и реновации осуществляется перемещением пластины в осевом направлении в удерживающих ее элементах крепления.
При одновременном введении в жидкость акустических колебаний различных частот возрастает эрозионная активность области кавитации, турбулентность и скорость акустических потоков, т.е. факторы, оказывающие наибольшее влияние на процесс образования эмульсий.
Испытания эмульсии оксигената, полученной на заявляемой установке показали ее высокую эффективность горения и устойчивость к разделению на компоненты, время до расслаивания составляет 720 часов.