Способ получения дисперсной жидкой смеси

Изобретение относится к получению дисперсной жидкой смеси и может использоваться в пищевой, химической и других отраслях промышленности, а также в сельском хозяйстве. Способ включает воздействие колебаниями вибратора на смесь компонентов в замкнутой емкости в режиме резонансного возбуждения по меньшей мере одного из компонентов смеси. Скорость колебаний вибратора определяют из определенного условия, связывающего частоту резонансного возбуждения одного из компонентов смеси и эмпирическую константу. Технический результат состоит в повышении точности выбора режимов обработки и снижении энергоемкости технологического процесса диспергирования компонентов жидких смесей.

 

Изобретение относится к технологии обработки жидкостей внешним волновым воздействием, а именно к технологии получения дисперсных жидких систем в виде готового продукта или промежуточного для выделения целевого продукта, и может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях промышленного производства и сельского хозяйства, например при получении смесей для разделения, в том числе при очистке жидкостей расслаиванием или стойких эмульсий.

Известен способ получения дисперсных жидких смесей, при котором в режиме виброкавитации на смесь компонентов в замкнутой емкости воздействуют колебаниями со скоростью ν не менее величины, пропорциональной корню квадратному отношения значений давления в емкости и плотности получаемого продукта и у которой коэффициент пропорциональности К является эмпирическим и выбирается из открытого интервала от 0 до 1 (описание к патенту RU 2250130, МПК ⁷ B01F 11/00, 25.03.2003, прототип).

В известном способе режим виброкавитации, используемый для проведения диспергирования компонентов жидкой смеси, требует высоких энергозатрат и приводит к быстрому износу технологического оборудования. Зависимость для определения скорости колебаний вибратора режима воздействия на диспергируемую жидкую смесь не учитывает индивидуальных физико-химических свойств компонентов смеси, что приводит в ряде случаев к обратным результатам. Вместо диспергирования компонентов происходит процесс коалисценции одного или нескольких компонентов.

Технический результат от использования предлагаемого изобретения состоит в повышении точности выбора режимов обработки и снижении энергоемкости технологического процесса диспергирования компонентов жидких смесей.

Технический результат достигается тем, что в способе получения дисперсной жидкой смеси в виде готового продукта или промежуточного для выделения целевого продукта, включающего воздействие колебаниями вибратора на смесь компонентов в замкнутой емкости, последнее осуществляют в режиме резонансного возбуждения по меньшей мере одного из компонентов смеси со скоростью колебаний вибратора, определяемой условием:

,

где ν - скорость колебаний вибратора, м/с;

f - частота резонансного возбуждения одного из компонентов смеси, 1/с;

К - эмпирическая константа.

Примеры определения константы «К»

1. Для технологической линии разделения послеспиртовой барды.

Константа «К» представляет собой мощность, которая затрачивается на перемещение единицы массы вещества на путь, равный амплитуде колебаний вибратора с частотой f. Значение «К» определялось лабораторным путем для отделения частиц взвеси в барде. Условия эксперимента: температура жидкости 25°С, плотность частиц после осушения до влажности 17% - 1,21 г/см³, барда хранилась в открытой емкости после отбора из бардоприемника Мелавского спиртзавода 26 часов. Замерялось время движения частиц от ввода их в сосуд высотой 1 м с водой, с добавлением уксусной кислоты, до осаждения на дно сосуда. Время осаждения составило 11,3 секунды, средняя скорость движения частиц - 0,0885 м/с. Расчетная мощность осаждения массы в один грамм указанного вещества под действием гравитационного поля Земли 1,08·10^-3 Вт. Соответственно, К=176,58 м/с³ при амплитуде колебаний вибратора А=±0,005 м.

2. Определение константы «К» для воды, загрязненной маслами и мылом. Плотность воды составляла 0,98 г/см³, температура 28°С. В ванночку диаметром 15 мм наливалась вода, ванночка устанавливалась на вибростол 4809 Bruel & Kjaer. Визуально определялся момент разделения структуры воды. На частоте 93 герца при виброскорости 20 мм/с грязная вода разделялась на техническую воду и примеси. Величина «К» определялась по соотношению (1) и в данном эксперименте была равна 1729,8 м/с³.

Полученная константа использовалась для создания промышленной технологии очистки воды.

В качестве вибратора может быть использована колеблющаяся пластина, настроенная в резонанс с по меньшей мере одним из компонентов смеси.

Общая схема способа выглядит следующим образом.

Перед началом диспергирования жидкой смеси, в составе которой могут быть также и диспергированные твердые вещества и/или газ, устанавливают качественный (плотность ρ_i) и количественный (массовая доля q_i) состав компонентов получаемой дисперсной смеси - получаемого продукта. Подготовленную жидкую смесь подают в замкнутую емкость с источником колебаний - вибратором. В качестве вибратора может быть использована пластина, настроенная в резонанс с по меньшей мере одним из компонентов смеси.

В процессе воздействия на смесь вибратору сообщают колебания со скоростью ν, определяемой по зависимости (1), поддерживая при этом в емкости давление Р, величину которого устанавливают из условия:

,

где 0<N<160 - эмпирический коэффициент, зависящий от физических свойств продукта;

Р - давление в замкнутой емкости в процессе воздействия на смесь, Па;

n - общее число компонентов в получаемом продукте;

q_i - массовая доля i-ого компонента в составе получаемого продукта, мас.ч.;

ρ_i - плотность i-ого компонента получаемого продукта, кг/м³.

Процесс обработки жидкой смеси в емкости под воздействием колебаний с выбранными параметрами ведется в режиме резонансного возбуждения по меньшей мере одного из ее компонентов до получения дисперсной жидкой смеси с заданными характеристиками и составом.

Способ позволяет получать дисперсионные жидкие смеси в виде таких готовых продуктов, как стойкие эмульсии типа «вода-в-масле» и «масло-в-воде» без добавления или с добавлением эмульгаторов, используя при этом смеси воды с растительным маслом, или минеральным маслом, или синтетическим маслом, или бензином, или керосином, или дизельным топливом, или нефтью, или других т.п. продуктов. А также получать дисперсные жидкие смеси в виде промежуточного продукта для выделения из него целевого. Например, обрабатывать жидкие смеси в виде суспензий, растворов, жидких отходов и т.п. для последующего проведения, в частности, процесса очистки их от примесей и получения чистого вещества в качестве целевого продукта.

Пример осуществления способа при получении дисперсионной смеси дизельного топлива с водой в виде стойкой эмульсии типа «вода-в-масле», у которой дисперсная среда - дизельное топливо с плотностью ρ₁=800 кг/м³ и дисперсная фаза - вода с плотностью ρ₂=1000 кг/м³.

Смесь компонентов при соотношении соответственно 5:3(q₁=5/8, q₂=3/8) подают в замкнутую емкость и воздействуют на нее колебаниями вибратора в режиме резонансного возбуждения воды со скоростью ν=3 м/с, определяемой условием (1), и при давлении Р не более величины 38,92 кПа, определяемой условием (2). Расчеты приведены ниже.

Частота резонансного возбуждения воды f, с добавлением поверхностно-активных веществ, соответствовала 73 Гц. Значения коэффициентов К и N, установленные опытным путем для данного водного раствора, принимались:

Необходимая скорость колебания вибратора v определяется по соотношению:

Следовательно, в замкнутой емкости необходимо установить давление, обеспечивающее процесс диспергирования смеси «вода-в-масле»:

Способ получения дисперсной жидкой смеси в виде готового продукта или промежуточного для выделения целевого продукта, включающий воздействие колебаниями вибратора на смесь компонентов в замкнутой емкости, отличающийся тем, что воздействие колебаниями осуществляют в режиме резонансного возбуждения по меньшей мере одного из компонентов смеси со скоростью колебаний вибратора, определяемой условием
v·f²=K,
где f - частота резонансного возбуждения одного из компонентов смеси, 1/с;
v - скорость колебаний вибратора, м/с;
0<К<2·10¹⁰ - эмпирическая константа, м/с³.