Устройство для приготовления жидких смесей

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУЬ ЛИК

ПИ (И) (59 4 В 01 F 5 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОткРытий (ZI) 3345216/23-26 (22) 08.10.81 (46) 30.09.86. Бюл, И- 36 (71) Институт горючих ископаемых (72) В.М.Иванов, Б.Н.Сметанников, Ю.И.Кулаков, Э.К.Вардомскнй, И.Г.Плисан, Ю.M.Øíàéäåðìàí и Н.В.Голубь (53) 66.063 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 102093, кл. В 01 F 5/06, опублик.

1965 (публ.)

Патент Франции Р 1494670, кл. В 01 f 1967. (54) (57) 1. 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, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью получения высококачественных тонкодисперсных эмульсий, расстояние между каждьпж двумя соседними пластинами меньше, чем эквивалентный диаметр отверстий предыдущей по ходу потока

:пластины, и больше, чем эквивалентный диаметр отверстий последующей пластины..

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что оно дополнительно снабжено. распределителем среды, выполненным в виде, полого конуса, имеющего основание с отверстия- Ф ми, обращенное к первой по ходу потока пластине с эквивалентным диаметром отверстий, сбставляющим 0,8-1,5 . С эквивалентного диаметра отверстий .этой пластины.

4 4 4

12б001

Изобретение относится к устройствам для голучения эмульсий, конкретно к устройству для получения тонко диспергированных эмульсий, например для получения топливных эмульсий, эмульсий пищевых жиров в молоке, получения тонкодисперсной эмульсии компонентов в химическом производстве, и может найти применение в нефтехимической, химической, пищевой промышленности, энергетике, металлургии и т.д.

Известен аппарат-гомогенизатор для получения тонкой концентрированной эмульсии антраценового масла из грубодисперсной эмульсии того же масла, включающий диск с отверстиями малого диаметра (диснергирующий элемент), зажатый между двумя фланцами нагнетательного трубопровода (корпус) .

Процесс диспергирования в рассматриваемом устройстве основан на явлении распада деформированных капель грубодисперсной эмульсии при пропускании их через отверстия малого диаметра. Для этой цели грубодисперсную эмульсию антраценового масла пропускают под давлением (однократно или многократно) через отверстия диска.

Степень дисперсности выходящей из аппарата эмульсии определяется диаметром отверстий в диске и величиной давления в нагнетательном трубопроводе.

Применение этого устройства не обеспечивает получение тонко диспергированных стабильных эмульсий. Б частности, получение из обводненных топлив водотопливных эмульсий, npu oðH2>òõ дпя сжигания, В существующих горелочных устройствах. Это связано с тем, что для качественного сжигания водотопливных эмульсий в топках энергетических парогенераторов размер капель дисперсной фазы (воды) должен быть не более 30-35 мкм (наиболее оптимальный размер капель 5—

IO мкм), причем эти капли должны быть равномерно распределены по всему объему топлива. С помощью рассмат. риваемого устройства даже при многократной циркуляции невозможно получить из мазута и воды тонкодисперсную стабильную эмульсию, поигодную для энергетического сжигания, 5

49

Проверка показала, что при однократном пропускании предварительно подготовленной водомазутной смеси с влажностью на рабочую массу 11Р = — 20K. через один перфорированный диск с диаметром отверстий 1,35 мм получается эмульсия со средним размером капель воды 130-150 мкм, что является недостаточным для распыливания и последующего сжигания такой эмульсии в существующих горелочных устройствах, так как капли воды в мазуте соизмеримы с каплями, образующимися.при распыливании топлива, причем в этом случае исключается эффект микровзрыва и вода ведет себя только как ненужный балласт, ухудшая процесс горения.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному решению является 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.

Однако, в данном устройстве невозможно получить тонкодисперсную эмульсию необходимого качества, так как при расстоянии между пластинами значительно превышающем размеры отверстий в пластинах, каждая пластина работает независимо друг от друга и пространство между пластинами не участвует в процессе диспергированияe

Целью изобретения явЛяется получение высококачественных тонкодисперсных эмульсий.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для приготовления жидких смесей, включающем корпус, внутри которого перпендикулярно потоку среды размещены пластины с отверстиями, при этом эквивалентный диаметр в каждой последующей по ходу, потока пластине меньше чем в предыдущей, расстояние между каждыми двумя соседними пластинами меньше, чем эквивалентный диаметр отверстий предыдущей по ходу потока пластины, и больше, чем эквивалентный диаметр отверстий последующей пластины.

Кроме того, устройство дополнительно снабжено распределителем среды, выпоЛненным в виде полого конуса, имеющего основание с отверстия—!

2600!4 ми, обращенное к первой по ходу потока пластине с эквивалентным диаметром отверстии, составляющим 0,8—

1,5 эквивалентного диаметра отверстий этой пластины. 5

Для равномерного распределения потока и снижения гидравлического сопротивления все отверстия одной пластины имеют одинаковые геометрические размеры и распределены по поверхнос- !0 ти пластины равномерно. Форма отверстий может быть любая. Она определяется простотой и технологичностью при изготовлении. Для получения более тонкой эмульсии эквивалентный диаметр !5 отверстий от пластины к пластине уменьшается, однако суммарная площадь отверстий в каждой пластине постоянна и составляет не менее 30 рабочей площади пластины. 20

Проведены исследования для установления зависимости среднего разме-. ра капель воды в эмульсии от расстоя». ния между-пластинами. Дпя исследоввНа фиг. 1 схематически изображено предлагаемое устройство, продольный разрез; на фиг. 2 — то же, для случая, когда необходимо получить эмульсию с заданным соотношением фаз или ввести в эмульсию какие-либо дополнительные компоненты (например, сточные воды для их термического обезврежения), присадки (например, стабилизирующие).

Предлагаемое устройство состоит ,из входного патрубка 1; расширякщейся части корпуса 2; цилиндрической части корпуса 3, в которой установлен диспергирующий элемент, представляющий собой несколько последователь-З5 но расположенных и закрепленных на некотором расстоянии друг от друга пластин 4; сужающейся части корпуса

5; выходного патрубка б. Для контроля давления на входном и выходном 40 патрубках установлены манометры 7 и ,устройства для отбора проб 8.

Для дополнительного ввода дисперсной фазы или каких-либо присадок пе- 45 ред пластинами в расширяющейся части устройства установлен распределитель среды в виде полого конуса 9, основание которого представляет собой перфорированную пластину с эквивалент- 50 ным диаметром отверстий, составляющий 0,8-1,5 эквивалентного диаметра отверстий в первой по ходу потока пластине. Необходимое количество дисперсной фазы или присадки вводится SS внутрь конуса по трубопроводу 1О, на котором установлен манометр 11 для контроля давления;

Устройство работает следующим образом.

Для получения тонкодисперсной водомазутной эмульсии из обводненного мазута последний подают во входной патрубок предлагаемого устройства

1од давлением от 25 до 40 кгс/см х

Капли воды, проходя через отверстия в перфорированной пластине 4, вытягиваются в цилиндры, которые, разрываясь, образуют цепочку капель с пос.

I тепенно уменьшающимися размерами согласно теории П,А.Ребиндера.

Наиболее крупные капли при прохождений через постеченно уменьшающиеся отверстия последующих пластин 4 будут диспергироваться таким же образом.

Степень диспергирования капель дисперсионной фазы повышается в результате чередования зон сжатия (пластины) и зон разряжения (пространство между пластинами), вызывающего кавитационные явления, способ- . ствующие диспергированию.

Так как каждая капля дисперсной фазы должны пройти через одно какоелибо отверстие каждой пластины и все чередования зон сжатия и разря-жения, то на выходе из устройства получается однородная по составу тонко диспергированная и в силу этого стабильная эмульсия.

При необходимости дополнительного ввода дисперсной фазы или какихлибо присадок они подаются перед первой по ходу потока пластиной через полый конус 9, основание которого представляет собой также перфорированную пластину. Для лучшего перемешивания дополнительное количество дисперсной фазы, сточные воды или присадки подают под давлением, превышающим давление на входе в устройство на 1-5%. Для контроля давления присадки служит манометр 11, При большей.разнице давлений дисперсная фаза или присадки выходят из отверстий в основании конуса в виде отдельных струй, которые затем образуют относительно большие линзы, затрудняющие диспергнрование и получение однородной тонкодисперсной эмуль сии. б0014

Средниц размер капель воды в эмульсии, мкм

Расстояние между пластинами, мм

135 145

135-145

125-130

50-60

85-95

3

115

l,0

5О

Средний размер капель воды в эмульсии„ мкм

Расстояние между пластинами, мм

3

1,2

1,0

120-130

120-130

110-120

40-50

70-80

5 12 ний были взяты две пары пластин: первая пара, состоящая иэ двух пластин с диаметрами отверстий l 35 мм; вторая пара, состоящая из двух пластин с диаметрами отверстий 1,35 и 1,0 мм, Исследования проводились при следующих расстояниях между пластинами:

10; 5; 3; 1,5 (для первой нары пластин); 1,2 (для второй пары пластик);

1 мм.

Исследования проводились на мазуте марки М-100, обводненном до влажО, ности 207.. Мазут нагревали до 80+2 С и эту температуру поддерживали постоянной во время испытаний. Отбор проб производили после однократного пропуска через пару пластик, расположенного на определенном расстоянии друг бт друга. После отбора 3-5 проб расстояние между пластинами изменялось.

Исследования показали, что при однократном пропуске обводненного до

207. влажности мазута марки М-100 через две пластины, первая из которых имеет отверстия диаметром 2,0 мм, а вторая — l 35 мм, при расстояниях между пластинами 10; 5; 1,5; 1,0 мм получены следующие результаты;

При однократном пропуске мазута такого же качества, подогретого также до 80+2 С через две пластины, пер. вая из которых имеет отверстия диаметром 1„35 м, а вторая — 1,0 мм при расстояниях между пластинами i(0;

5; 3; 1,2; 1,0 мм получены следуюшие результаты;

Из результатов проведенных исследований следует, что наилучшее качество эмульсии получается при расстояниях между пластинами меньших, чем размер отверстий предыдущей по ходу пластины, и больших, чем размер отверстий последующей пластины.

При расстояниях между пластинами больших, чем указанное, качество

1О эмульсии резко ухудшается. При расстояниях меньших, чем указанное, кро ме ухудшения качества эмульсии резко возрастает гидравлическое сопротивление устройства.

15 Необходимо отметить, что относительное увеличение эквивалентного диаметра отверстий в каждой предыдущей по ходу потока пластине по отношению к последующей определяется

2О прежде всего вязкостью смеси диспергируемых компонентов. Так для водомазутной эмульСии влажностью 207.

О при 80-90 С применительно к устройству, включающему три последовательно расположенных пластины, размер отверстий во второй по ходу потока пластине должен быть больше размера отверстия в третьей по ходу потока пластине не более чем на 30-407., а

ЗО в первой по ходу потока пластине— не более чем на 40-50Х больше размера отверстий во второй пластине,так как с увеличением степени диспергирования вязкость увеличивается, а чем больше вязкость„ тем меньше должно бьггь относительное изменение размера отверстий у предыдущей пластины по отношению к последующей, При получении эмульсии из других веществ, 1О облацающих меньшей вязкостью, например водобензиновых или водокеросиновых эмульсий, относительное увеличение размера отверстий в предыдущей по ходу потока пластине по отношению к последующей может быть больше, чем

50Х а при большей вязкости исходных веществ или эмульсии из этих веществ, например при получении водомазутной эмульсии с более высоким содержанием воды или при более низкой температуре, относительное увеличение размера отверстий в предыдущей по ходу потока пластине по отношению к последующей должно быть меньше, чем

307.

Префорированное основание дополнительного загрузочного приспособления„ обращенное к первой походу

12600)4

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет значительно повысить степень диспергирования и стабильности эмульсий.

Составитель Н.Федорова

Редактор Н. Слободяник Техред Л.Опейник Корректор И.Муска

Заказ 5156/3

Тираж 578 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие . г.Ужгород, ул.Проектная» 4 потока пластине, имеет эквивалентный диаметр отверстий, составляющий .0,8-1,5 размера отверстий первой по ходу потока пластины; Перфорированное основание дополнительного загрузочного приспособления служит для предварительного диспергировани подаваемой дисперсной фазы или присадки. Если размер отверстий дополнительного загрузочного приспособле- to ния будет превышать размер отверстий первой по ходу потока пластины более чем в 1,5 раза, такое загрузочное приспособление уже не будет выполнять функции предварительного 15 диспергирования и качество эмульсии может ухудшиться. Если же размер отверстий в основании дополнительного загрузочного приспособления будет меньше, чем 0,8 (например, 0,5) раз- 2р мера отверстий пЕр ой по ходу потока пластины, то увеличится гидравлическое сопротивление и энергозатраты на подачу дисперсной фазы, что со,вершенно не оправдано, так как кап- 25 ли дисперсной фазы, пройдя через от-. верстия дополнительного эагрузочного приспособления, проходят через отверстия в первой пластине, которые в нашем прийере в два раза больше,, ем размер отверстий в основании дополнительного загрузочного приспособления.

Сжигание водомазутных эмульсий влажностью 10-207., полученных с помощью предлагаемого устройства проводилось на пиковом водогрейном котле IITBM IOO при расходе 10 т/ч.

Горение было устойчивым, без обрывов факела. Кроме того, наблюдалось снижение образования окислов азота и уменьшение сажеобразования.

Стабильность эмульсии до заметного расслоения, полученной с помощью предлагаемого устройства, составляла 3-10 дней в зависимости от кратности диспергирования и температуры термостабилизации в мазутных резервуарах,