СПОСОБ СМЕШИВАНИЯ ЖИДКИХ ВЕЩЕСТВ Российский патент 2000 года по МПК B01F13/00 B01F3/08 

Изобретение относится к технологическим химическим процессам и может быть использовано для синтеза различных веществ, находящихся в жидкой фазе (в том числе очень густых), например при производстве мастик, клеев, компаундов, пластических смазок, моторных масел, лаков, красок и т.п., то есть в процессах, в которых осуществляется смешивание нескольких веществ для получения продукта с требуемыми свойствами.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ смешивания жидких веществ, включающий механическое перемешивание смешиваемых веществ [1] . В данном способе перемешивание веществ осуществляется механической мешалкой с лопастями в емкости, снабженной рубашкой для водяного иди парового нагревания всей емкости. Перемешивание веществ производят с одновременным нагревом до заданной температуры, которую поддерживают до окончания процесса перемешивания, проводимого иногда в течение нескольких часов.

Недостатками известного способа являются большие энергозатраты и низкая производительность из-за длительности технологического процесса. Так, в данном способе заданная температура достигается только через два часа после включения нагрева, а для достижения необходимых свойств и параметров получаемого продукта необходимо затратить на перемешивание от двух до восьми часов, в зависимости от состава смешиваемых веществ.

Задачей данного изобретения является повышение эффективности процесса смешивания жидких веществ, за счет значительного уменьшения времени технологического процесса и снижение энергозатрат при существенном повышении качества синтезируемого продукта.

Данная задача решается таким образом, что в способе смешивания жидких веществ, включающем механическое перемешивание веществ, на смешиваемые вещества воздействуют электромагнитным СВЧ излучением с частотой 0,1 - 300 ГГц и напряженностью поля от 0,1 В/см до 100 В/см, в зависимости от молекулярного строения смешиваемых веществ.

При равномерном распределении смешиваемых веществ в общем объеме (еще необходимо обеспечение определенных условий) происходит реакция синтеза, позволяющая получить конечный продукт, который будет иметь устойчивое состояние с необходимыми свойствами. Фактически в процессе смешивания происходит взаимное растворение смешиваемых веществ друг в друге. Из физики известно, что все вещества состоят из атомов и молекул, между которыми действуют межмолекулярные силы притяжения и отталкивания. Растворение вещества А в веществе В возможно лишь в том случае, когда межмолекулярные силы притяжения F_AA и F_BB, осуществляющие связь между частицами веществ А и В, преодолеваются силами F_AB, которые проявляются при растворении этих веществ. Если F_AA и F_BB значительно больше F_AB, то молекулярного распределения не происходит, т.е. данные вещества не растворимы друг в друге [2]. Таким образом, для растворения одного вещества в другом необходимо достаточно сильное притяжение между молекулами растворяемого вещества и растворителя, или же нужно создать такие условия, при которых силы F_AA и F_BB уменьшаются, а сила F_AB увеличивается. Во многих технологических процессах это достигается повышением температуры смешиваемых веществ. Кроме того, многие вещества подразделяются на полярные и неполярные, состоящие из полярных или неполярных молекул [3]. В полярных веществах молекулы, вследствие несимметричного распределения зарядов, обладают постоянным дипольным моментом, т.е. являются диполями. В неполярных веществах распределение зарядов в молекулах симметричное и они не имеют дипольного момента. Однако под действием внешнего силового поля (например, электрического) симметрия распределения зарядов в молекулах нарушается и они приобретают наведенный дипольный момент. Это явление называется поляризуемостью. В полярных веществах диполи ориентируются по направлению внешнего поля. При наложении на смешиваемые вещества внешнего переменного силового поля диполи полярных молекул и наведенные диполи неполярных молекул будут следовать за изменением направления внешнего поля. При определенных частоте и мощности внешнего поля создаются условия, когда силы межмолекулярного притяжения F_AA и F_BB будут ослабляться, а силы F_AB будут возрастать за счет силы внешнего поля. В результате не требуется нагревания смешиваемых веществ для обеспечения процесса синтеза. Минимальная температура смешиваемых веществ должна быть такой, чтобы обеспечить возможность достижения однородного распределения компонентов в общем объеме при механическом перемешивании.

Известно также [3], что собственные частоты колебаний молекул многих веществ лежат в диапазоне сверхвысоких частот от 0,1 ГГц до 300 ГГц. Чем ближе частота внешнего поля к частоте собственных колебаний молекул тем эффективнее будет воздействие поля на молекулы, т.е. сильнее будут изменяться силы межмолекулярного взаимодействия, и тем быстрее будет происходить процесс синтеза веществ.

Эффект синтеза под действием СВЧ поля в той или иной степени будет происходить во многих смыливаемых жидкостях. Это объясняется тем, что в основе изложенного эффекта лежит классическая модель атомного и молекулярного строения вещества, а взаимодействие между атомами и молекулами происходит при дискретном изменении энергетического состояния их внешних электронных оболочек, как это описывается в квантовой механике. Энергия присутствующего в смешиваемых веществах внешнего электромагнитного СВЧ поля позволяет быстрее и легче изменить состояние электронных оболочек различных атомов и молекул, приводя их к устойчивому соединению - синтезу.

Способ смешивания жидких веществ заключается в следующем.

Для получения, например, моторного масла в варочный котел [1], представляющий собой емкость на 2000 литров, оснащенную механической мешалкой с лопастями, заливают базовое масло, добавляют 6-10 видов присадок, в соответствии с рецептурой, и начинают механическое перемешивание. Через некоторое время, когда все присадки равномерно распределятся по объему базового масла, начинают воздействие СВЧ полем. Оптимальное время и характер воздействия определяются экспериментально для каждой марки производимого моторного масла.

Способ поясняется следующим примером.

Базовое масло с присадками (в соответствии с рецептурой) в пластмассовых емкостях по 0,12 и 3 л помещалось в камеру объемом 25-30 л, в которой создавалось электромагнитное СВЧ поле с частотой 2450 МГц с напряженностью электрического поля E от 0 до 24 В/см. Непосредственно перед размещением в камере масло с присадками перемешивалось путем взбалтывания и встряхивания в течение 10 секунд. Для определения влияния величины напряженности электромагнитного поля E на процесс смешивания базового масла с присадками были проведены исследования в волноводной камере. Стеклянную пробирку объемом 50 мл, наполненную базовым маслом с присадками, которое предварительно перемешивалось стеклянной палочкой в течение 10 сек, помещали в середину широкой стенки волновода. Изменяя выходную мощность генератора, создавали заданную величину E в стеклянной пробирке с маслом. Все результаты приведены в таблице.

Из таблицы видно, что процесс растворения присадок в базовом масле при воздействии СВЧ поля практически не зависит от начальной и конечной температур смешиваемых компонентов.

Предлагаемый способ смешивания жидких веществ обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущества:
- уменьшает длительность технологического процесса смешивания на несколько часов;
- снижает энергозатраты более чем в 10 раз;
- повышает качество смешивания; - не требует нагрева, что особенно важно при смешивании легко воспламеняющихся жидкостей.

Источники информации
1. Черножуков Н.И. Технология переработки нефти и газа. Часть 3. Очистка нефтепродуктов и производство специальных продуктов. М., 1966 г., стр. 331 (прототип).

2. Черножуков Н. И. Технология переработки нефти и газа. М., 1966 г., стр. 70.

3. Сканави Г.И. Физика диэлектриков. М.- Л., 1949 г., стр.355.

Изобретение относится к технологическим химическим процессам и может быть использовано для синтеза различных веществ, находящихся в жидкой фазе (в том числе очень густых). Способ включает механическое перемешивание веществ, на которые воздействуют электромагнитным СВЧ излучением с определенной частотой и напряженностью. Синтез смешиваемых веществ происходит не за счет теплового нагрева СВЧ полем, а за счет сил СВЧ поля. Это приводит к значительному уменьшению длительности технологического процесса и снижению энергозатрат при повышении качества смешивания. 1 табл.

Способ смешивания жидких веществ, включающий механическое перемешивание веществ и воздействие на смешиваемые вещества электромагнитным СВЧ излучением, отличающийся тем, что используют СВЧ излучение с напряженностью поля от 0,1 до 100 В/см.