СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЭМУЛЬСИИ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК B01F3/08 

Изобретение относится к области получения и гомогенизации дисперсных систем с жидкой средой и может быть использовано для получения эмульсий с заданной концентрацией компонентов, например водотопливных.

Известны способ приготовления эмульсии и система для его осуществления, согласно которым один из компонентов подают по трубопроводу через расходомер и смеситель к потребителю, а другой в смеситель через регулятор расхода, поддерживающий требуемое соотношение компонентов с использованием выходных сигналов расходомера [1]
Недостатком способа является необходимость применения для установки и поддержания концентрации компонентов сложных электрических приборов, что снижает надежность работы системы.

Известны также способ и система для приготовления эмульсии, выбранные за прототип по большинству существенных признаков [2] По этому способу компоненты смеси (водотопливной эмульсии) смешивают и предварительно измельчают в гидродинамическом диспергаторе с последующей окончательной диспергацией эмульсии подкачивающим насосом. Система для автоматической регулировки концентрации компонентов содержит в линии одного из них мембранный дифференциальный игольчатый клапан с регулирующей частью, а в качестве управляющего воздействия используют давление наддувочного воздуха ДВС.

Однако область применения данного способа и системы чрезвычайно мала, их можно использовать только для приготовления водотопливных эмульсий и только для ДВС с наддувом.

Кроме того, в качестве основного диспергатора используется подкачивающий насос, оказывающий относительно малое гидродинамическое воздействие на эмульсию, что исключает получение высокодисперсных эмульсий.

При этом в системе не предусмотрена гомогенизация дисперсных частиц, что снижает эффективность применения полученной по этому способу эмульсии.

Целью изобретения является расширение области применения способа и улучшение качества эмульсии.

Для этого в данном способе приготовления эмульсии путем смешения ее компонентов в гидродинамическом диспергаторе в качестве гидродинамического диспергатора используют кавитационный "сверхзвуковой" смеситель, причем один смеситель размещают в магистрали одного из компонентов, а другой в магистрали эмульсии. В качестве управляющего воздействия на дозирующее устройство подачи другого компонента используют разность давлений насыщенных паров в кавитационных полостях этих смесителей.

Перед смешением компонентов их температуры можно уравнять.

Давление жидкости за смесителями можно поддерживать меньшим в 2 раза и более, чем давление перед ним.

Давление жидкости перед смесителями можно поддерживать не менее 1,5 кгс/см².

В предлагаемой системе, содержащей магистраль одного компонента с дозирующим устройством, магистраль другого компонента и магистраль эмульсии с насосом и гидравлическим диспергатором, образующую замкнутый контур рециркуляции, связанный с магистралью первого компонента через диспергатор, в магистрали второго компонента установлены последовательно насос и гидродинамический диспергатор, сама магистраль замкнута с образованием контура рециркуляции, а кавитационные полости гидродинамических диспергаторов сообщены с дозирующим устройством подачи первого компонента.

Привод дозирующего устройства подачи первого компонента может осуществляться от давления насоса в магистрали второго.

На фиг.1 изображена система, осуществляющая предложенный способ; на фиг. 2 распределение абсолютных давлений по длине кавитационного диспергатора.

Система состоит из магистрали 1 первого компонента, магистрали 2 второго компонента и магистрали 3 эмульсии. Магистраль 1 образует замкнутый контур рециркуляции и содержит расширительную емкость 4, насос 5, кавитационный гидродинамический диспергатор 6, теплообменник 7 и фильтр 8. Магистраль 2 разомкнута и включает в себя расширительную емкость 9, фильтр 10, расходомер 11, теплообменник 12 и дозирующее устройство 13, состоящее из струйного усилителя 14, гидроцилиндра сервопривода 15 и дозирующего клапана 16. Магистраль 3 образует замкнутый контур рециркуляции и содержит насос 17 и кавитационный гидродинамический диспергатор 18. Магистраль 3 связана с магистралью 2 через гидродинамический диспергатор 18, а с магистралью 1 через всасывающий патрубок насоса 17. Струйный усилитель 14 гидравлически связан с напорной частью магистрали 1 и кавитационными полостями гидродинамических диспергаторов 6 и 18.

П р и м е р (осуществление способа при работе предложенной системы). Смешиваемые компоненты: мазут флотский марки Ф-5 и пресная вода.

Работа происходит при следующих параметрах:
Температура воды и мазута, ^оС 75
Давление перед диспергатором 1 магистрали, МПа 1,5
Давление после диспергатора 1 магистрали, МПа 0,5
Давление перед диспергатором 2 магистрали, МПа 2,0
Давление после диспергатора 2 магистрали, МПа 0,6
Концентрация воды в мазуте, 15
Система работает следующим образом.

Мазут в результате работы насоса 5 непрерывно циркулирует по магистрали 1, где он очищается и подогревается до нужной температуры. Количество мазута в расширительной емкости 4 по мере его убыли пополняется из расходной цистерны (не указана). Из расширительной емкости 4 мазут насосом 17 прокачивается через кавитационный диспергатор 18. Если давление мазута перед диспергатором равно или превышает 0,15 МПа, в гидравлическом канале диспергатора возникнет развитый кавитационный процесс. Поскольку давление потока в начальной части диспергатора будет меньше атмосферного, вода под действием образовавшегося вакуума будет подсасываться в диспергатор 18 из расширительной емкости 9, проходя через фильтр 10, расходомер 11, теплообменник 12 и дозирующий клапан 16. В диспергаторе 18 вода смешивается с мазутом и дробится до мелкодисперсного состояния (размер глобул воды 3 мкм и менее) за счет осуществления кавитационного процесса. В результате такой обработки, получается эмульсия с частицами воды, имеющими практически одинаковые размеры, т.е. полученная эмульсия является гомогенизированной.

В кавитационных полостях диспергаторов 6 и 18 устанавливается давление, равное давлению насыщенных паров топлива и водотопливной эмульсии соответственно.

Изменение значений давлений на входе и выходе диспергатора при выполнении предложенных соотношений не влияет на давление в кавитационной полости диспергатора, а приводит к изменению протяженности кавитационной зоны диспергатора (фиг. 2). Причем уменьшение давления жидкости за диспергатором не приводит к увеличению расхода через него, т.е. наблюдается картина, сходная со сверхзвуковым истечением пара через сопло. Поэтому такие диспергаторы получили название "сверхзвуковых".

Разность давлений в кавитационных полостях диспергаторов 6 и 18 будет зависеть от температуры протекающих через них жидкостей и концентрации воды в мазуте. А поскольку температуры жидкостей в нашем случае равны, разность давлений будет определяться только концентрацией воды в топливе.

Напор мазута, создаваемый насосом 5, обеспечивает работу струйного усилителя 14, сообщенного с кавитационными полостями диспергаторов 6 и 18, который через сервопривод 15 и дозирующий клапан 16 поддерживает заданную разность давлений, а следовательно, заданную концентрацию воды в мазуте независимо от изменения режима потребления эмульсии.

По сравнению с известными техническими решениями предложенные способ и система обеспечивают автоматическое поддержание заданной концентрации компонентов независимо от работы потребителей.

Причем они не требуют для своего осуществления сложных электрических приборов, что повышает надежность и снижает стоимость используемого оборудования.

Кроме того, предложенные способ и система позволяют получить за один цикл обработки высокодисперсные гомогенизированные эмульсии с минимальными энергозатратами.

Поддержание в системе единого температурного режима существенно повышает степень ее готовности, упрощает наладку и эксплуатацию установки.

Использование: получение высокодисперсных гомогенизированных дисперсных систем с жидкой средой и заданной концентрацией компонентов, например получение водонефтянных эмульсий, для последующего их использования в качестве топлива. Сущность изобретения: в качестве гидродинамического диспергатора используют кавитационный "сверхзвуковой" смеситель, причем один смеситель размещают в магистрали одного из компонентов, а другой - в магистрали эмульсии и в качестве управляющего воздействия на дозирующее устройство подачи другого компонента используют разность давлений насыщенных паров в кавитационных полостях этих смесителей. Перед смешением компонентов их температуры уравнивают, избыточное давление жидкости за смесителями поддерживают меньшим в 2 раза и более, чем давление перед ними, а избыточное давление жидкости перед смесителями поддерживают не менее 0,15 МПа. Система для осуществления способа состоит из магистрали одного компонента с дозирующим устройством, магистрали другого компонента и магистрали эмульсии с насосом гидродинамическим диспергатором, образущей замкнутый контур рециркуляции, связанный с магистралью первого компонента через диспергатор. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ приготовления эмульсии путем смешения ее компонентов в гидродинамическом диспергаторе, отличающийся тем, что в качестве гидродинамического диспергатора используют кавитационный "сверхзвуковой" смеситель, причем один смеситель размещают в магистрали одного из компонентов, а другой в магистрали эмульсии и в качестве управляющего воздействия на дозирующее устройство подачи другого компонента используют разность давлений насыщенных паров в кавитационных полостях этих смесителей. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед смешением компонентов их температуры уравнивают. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что избыточное давление жидкости за смесителями поддерживают меньшим в 2 раза и более чем давление перед ними. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что избыточное давление жидкости перед смесителями поддерживают не менее 0,15 МПа. 5. Система для приготовления эмульсии, содержащая магистраль одного компонента с дозирующим устройством, магистраль другого компонента и магистраль эмульсии с насосом и гидродинамическим диспергатором, образующую замкнутый контур рециркуляции, связанный с магистралью первого компонента через диспергатор, отличающаяся тем, что магистраль второго компонента снабжена установленными в ней последовательно насосом и гидродинамическим диспергатором и замкнута с образованием контура рециркуляции, а кавитационные полости гидродинамических диспергаторов сообщены с дозирующим устройством подачи первого компонента. 6. Система по п.5, отличающаяся тем, что привод дозирующего устройства подачи первого компонента осуществлен от давления насоса в магистрали второго компонента.