СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭМУЛЬСИЙ И СУСПЕНЗИЙ Российский патент 2008 года по МПК B01F11/02 

Описание патента на изобретение RU2342188C1

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к производству эмульсий и суспензий тугоплавких органических соединений, например тяжелых нефтешламов, пригодных для дальнейшей микробиологической деградации.

Известны различные способы получения эмульсий и суспензий и в частности с применением ультразвука. Все известные методы эмульгирования связаны с воздействием на жидкость в жидкости (масло-вода, нефть - вода и т.д.), а методы суспендирования - на твердую фазу в жидкости. (Акопян В.Б., Оборудование для ультразвуковой обработки пищевых продуктов. Энциклопедия машиностроения, 2003, Т.40, с.706-712, «Ультразвук». Маленькая энциклопедия. Москва, «Советская энциклопедия, 1979).

Из патентных источников известны гидродинамические установки для получения водно-топливных эмульсий: Патент №2149713 РФ, Промтов М.А., Акустический излучатель. 27.05.2000, Бюл. №15, 3 с., Патент №2165787 РФ, Промтов М.А., Монастырский М.В., Роторный аппарат, 27.04.2001, Бюл. №12, 4 с., Патент №2165292 РФ, Червяков В.М., Промтов М.А., Коптев А.А., Роторный аппарат, 20.04.2001, Бюл. №11, 3 с., Патент №2179895 РФ, Зимин А.И., Промтов М.А., Карепанов С.К., Роторно-импульсный аппарат, 27.02.2002, Бюл. №6, 3 с., Патент №2179896 РФ, Зимин А.И., Промтов М.А., Монастырский М.В., Роторно-импульсный аппарат, 27.02.2002, Бюл №6, 4 с., Патент РФ №2208043, Способ получения водотопливных эмульсий, 10.06.2003 г.

Недостатком известных способов получения эмульсий и суспензий, является их непригодность для получения водных эмульсий и суспензий тугоплавких органических композиций, например тяжелых нефтешламов, отработанных горюче-смазочных материалов, воска, тугоплавких жиров, парафина и др. Известные способы эмульгирования и (или) суспендирования пригодны либо для композиций жидкость в жидкость. Задачей настоящего изобретения является получение эмульсий и суспензий тугоплавких органических соединений.

Поставленная задача решается следующим образом

Предложен способ получения эмульсий и суспензий, заключающийся в том, что тугоплавкие органические вещества помещаются в область ультразвукового поля с плотностью акустической энергии в среде у поверхности вещества 0,1-10 Вт/см3 (чертеж), отделенной от остального объема проточной системой. Энергия ультразвука частично превращается в тепло и нагревает вещество до температур выше точки плавления, после чего оно эмульгируется и уносится акустическими течениями из зоны с повышенной температурой в зону с относительно низкой температурой, где эмульсия охлаждается до значений температуры, при которой она превращается в суспензию или, точнее, переходит в квазисуспендированное состояние. Размеры частиц при этом оказываются достаточно малыми, а площадь контакта эмульгированного и превратившегося при охлаждениив суспензию вещества многократно увеличивается, что, например, увеличивает его доступность микроорганизмам, обеспечивающим биотрансформацию в безвредные для окружающей среды вещества или вещества, пригодные в качестве премиксов в корм животных.

Эмульгирование проводят при любом соотношении тугоплавкое органическое вещество - вода, а ультразвуковое воздействие осуществляют в течение всего процесса, при этом концентрация эмульгированного вещества в воде повышается экспоненциально и достигает значений, зависящих от соотношения объема с максимальной плотностью ультразвуковой энергии к общему объему реактора. Предлагаемый принцип может быть использован также в проточном ультразвуковом реакторе для постоянной подпитки ферментера эмульсией с заданной концентрацией эмульгируемого вещества.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Реализация заявляемого способа осуществляется при использовании установки, включающей емкость, условно разделенную на рабочую зону, где температура повышается до значений, при которых эмульгируемое вещество становится жидким, и буферную зону, где более низкая температура обеспечивает затвердевание микрокапель эмульсии и ее переход в суспензию, генератор ультразвуковой частоты, разрешенной МЭК (Международная электротехническая комиссия), преобразователь и излучатель ультразвука.

Пример 1. В емкости объемом 1000 мл выделяют с помощью металлического цилиндра рабочую зону, объемом в 50 мл, помещают в нее с одной стороны торец ультразвукового излучателя, а с другой подают эмульгируемое вещество, в частности тяжелые отработанные ГСМ. Температуру в емкости поддерживают на (5-15)°С ниже температуры плавления ГСМ. Включают ультразвук, создающий в среде у поверхности эмульгируемого вещества плотность энергии, достаточной для его эмульгирования (0,1-10 Вт/см3). Под действием ультразвука эмульгируемое вещество начинает плавиться с поверхность и интенсивно эмульгироваться. Образуемая эмульсия выносится акустическими потоками в буферную зону, где происходит переход эмульсии в суспензию, пригодную для хранения и дальнейшей микробиологической переработки с целью биодеградации тяжелых отработанных ГСМ. После обработки ультразвуком в течение 3 минут, взвешивают оставшийся образец вещества, оставшегося не эмульгированным, оценивают производительность процесса отношением количества перешедшего сначала в эмульсию, а затем в суспензию вещества ко времени воздействия и плотности ультразвуковой энергии в среде у поверхности эмульгируемого вещества.

Так, при средней плотности энергии ультразвука в среде у поверхности образца тяжелых отработанных ГСМ, равной 1 Вт/см3, при температуре в среде 60°С за 180 с в суспензию переходит 1,2 г вещества, следовательно, производительность процесса, в соответствии с выбранным способом оценки, равна 12 г/180 с ·1 Вт/см3 ≈0,07 г/с· Вт/см3.

Пример 2. В емкости объемом 1000 мл выделяют с помощью металлического цилиндра рабочую зону, объемом в 50 мл, помещают в нее с одной стороны торец ультразвукового излучателя, а с другой - окрашенный пчелиный воск. После обработки, аналогично приведенной в Примере 1, получаем суспензию окрашенного пчелиного воска, пригодного для использования в виде красителя, например, в технике энкаустики.

При средней плотности энергии ультразвука в среде, равной 10 Вт/см3 у поверхности окрашенного пчелиного воска, при температуре в среде 50°С за 300 с в суспензию переходит 9 г вещества, следовательно, производительность процесса, в соответствии с выбранным способом оценки, равна 9 г/300 с ·10 Вт/см3 ≈0,3 г/с· Вт/см3.

Пример 3. В емкости объемом 1000 мл выделяют с помощью металлического цилиндра рабочую зону, объемом в 50 мл, помещают в нее с одной стороны торец ультразвукового излучателя, а с другой подают смолы лекарственных растений. После обработки, аналогично приведенной в Примере 1, получаем суспензии смол лекарственных растений, пригодные для использования в лечебных и косметических целях.

При средней плотности энергии ультразвука в среде, равной 1 Вт/см3 у поверхности смол лекарственных растений, при температуре в среде 50°С за 300 с в суспензию переходит 2,1 г вещества, следовательно, эффективность процесса, в соответствии с выбранным способом оценки, равна 2,1 г/300 с ·1 Вт/см3 ≈0,01 г/с· Вт/см3.

Пример 4. В емкости объемом 1000 мл выделяют с помощью металлического цилиндра рабочую зону, объемом в 50 мл, помещают в нее с одной стороны торец ультразвукового излучателя, а с другой подают эмульгируемое вещество - стеарин. После обработки, аналогично приведенной в Примере 1, получаем суспензию стеарина.

При средней плотности энергии ультразвука в среде, равной 1 Вт/см3 у поверхности стеарина, при температуре в среде 45°С за 300 с в суспензию переходит 2,5 г вещества, следовательно, производительность процесса, в соответствии с выбранным способом оценки, равна 2,5 г/300 с ·1 Вт/см3 ≈0,01 г/с· Вт/см3.

Пример 5. В емкости объемом 1000 мл выделяют с помощью металлического цилиндра рабочую зону, объемом в 50 мл, помещают в нее с одной стороны торец ультразвукового излучателя, а с другой подают эмульгируемое вещество - парафин. После обработки, аналогично приведенной в Примере 1, получаем суспензии парафина.

При средней плотности энергии ультразвука в среде, равной 1 Вт/см3 у поверхности парафина, при температуре в среде 50°С за 300 с в суспензию переходит 2,4 г вещества, следовательно, производительность процесса, в соответствии с выбранным способом оценки, равна 2,4 г/300 с ·1 Вт/см3 ≈0,01 г/с· Вт/см3.

ТаблицаСуспендируемое веществоТплавления, °СТопыта,
°С
W (Плотность энергии) Вт/см3Время обработки t сПроизводительность г/с· Вт/см3
Тяжелые отработанные ГСМ706011800,07Пчелиный воск6550103000,3Смолы лекарственных растений555013000,1Стеарин554513000,01Парафин455013000,01

Воздействие ультразвуком производится в режиме, позволяющем генерировать разномасштабные акустические течения, в результате чего в объеме возникает развитая система потоков - от размеров, сравнимых с масштабами вмещающей емкости до масштабов гидродинамического пограничного слоя (1-10 мкм). Ультразвуковое воздействие при этом сопровождается кавитацией и, следовательно, возникновением множества локальных ударных волн с давлением до сотен и тысяч атм. Такое воздействие приводит к повышению температуры поверхности эмульгируемого вещества, образованию эмульсии и ее выносу в низкотемпературную зону, где эмульсия превращается в стойкую суспензию.

Биодоступность полученной суспензии повышается, что позволяет использовать ее в дальнейшем для микробиологической деградации или в составе медицинских или косметических композиций, а обсемененность продукта уменьшается за счет бактерицидного действия ультразвука. Сохранность биологически активных соединений в конечном продукте весьма велика, т.к. в процессе его получения не используются посторонние химические вещества, а воздействие повышенных температур весьма кратковременно.

Неожиданным результатом изобретения является эффект необратимого эмульгирования (суспендирования) веществ (жиров, восков, парафинов, смол и др.) в ультразвуковом поле, что обусловлено формированием эмульсии в зоне повышенной температуры и ее превращением в суспензию в зоне с пониженной температурой.

Похожие патенты RU2342188C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ОБЕЗГОРЧИВАНИЯ ПИВНЫХ ДРОЖЖЕЙ 2008
  • Вольфович Давид Исаакович
  • Вольфович Лев Давидович
  • Акопян Валентин Бабкенович
  • Овешников Игорь Николаевич
  • Рухман Андрей Александрович
  • Буров Сергей Николаевич
RU2391391C2
СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КАВИТАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКИХ СРЕД И РАСПОЛОЖЕННЫХ В СРЕДЕ ОБЪЕКТОВ 2011
  • Геталов Андрей Александрович
RU2455086C1
КОМБИНИРОВАННЫЙ СПОСОБ ОЧИСТКИ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНОЙ ТРУБЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2016
  • Салтыков Александр Алексеевич
  • Салтыков Юрий Алексеевич
  • Рухман Андрей Александрович
RU2627520C1
СПОСОБ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ 2008
  • Ступин Андрей Юрьевич
  • Чубатова Ольга Игоревна
  • Рухман Андрей Александрович
RU2394419C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭМУЛЬСИОННОГО КОСМЕТИЧЕСКОГО СРЕДСТВА 2009
  • Геталов Андрей Александрович
RU2422129C2
СПОСОБ ОДНОВРЕМЕННОЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КАВИТАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ РАЗЛИЧНЫХ ПО СОСТАВУ ЖИДКИХ СРЕД 2011
  • Геталов Андрей Александрович
  • Дедюхин Евгений Евгеньевич
  • Гиниятуллин Марат Мунирович
  • Сироткин Александр Семенович
RU2479346C1
СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КАВИТАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКИХ СРЕД 2013
  • Геталов Андрей Александрович
RU2540608C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 2009
  • Акопян Валентин Бабкенович
  • Бамбура Мария Владимировна
  • Рухман Андрей Александрович
  • Рухман Елена Петровна
  • Ступин Андрей Юрьевич
  • Чубатова Ольга Игоревна
  • Коновалова Людмила Геннадьевна
  • Коновалов Дмитрий Викторович
  • Нонгайяр Бертран
RU2421694C2
СПОСОБ ОЦЕНКИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ЭНЕРГИИ В УЛЬТРАЗВУКОВОМ ПОЛЕ 2008
  • Леонов Борис Иванович
  • Беняев Нигмат Ефремович
  • Давидов Евгений Рубенович
  • Акопян Валентин Бабкенович
  • Рухман Андрей Александрович
  • Бамбура Мария Владимировна
RU2386111C1
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПИЩЕВЫХ ЭМУЛЬСИЙ 2008
  • Шестаков Сергей Дмитриевич
  • Красуля Ольга Николаевна
  • Городищенский Павел Анатольевич
RU2391848C1

Реферат патента 2008 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭМУЛЬСИЙ И СУСПЕНЗИЙ

Изобретение относится к получению суспензий частиц воска, парафина или смолы и может использоваться в биотехнологии, медицине, парфюмерной и пищевой промышленности, в производстве лекарственных и биологически активных веществ. Вещество помещают в воду при температуре ниже температуры плавления и одновременно оказывают ультразвуковое воздействие, нагревающее поверхность вещества до температуры плавления. Акустические потоки выносят образовавшуюся эмульсию в зону с пониженной температурой, где она превращается в суспензию. Технический результат состоит в возможности получения суспензий тугоплавких органических соединений. 1 ил., 1 табл.

Формула изобретения RU 2 342 188 C1

Способ получения суспензии частиц воска, парафина или смолы, характеризующийся тем, что воск, парафин или смолу помещают в воду при температуре ниже значений их плавления и одновременно оказывают ультразвуковое воздействие с плотностью акустической энергии у поверхности воска, парафина или смолы 0,1-10 Вт/см3, нагревающее их поверхность до значений, обеспечивающих их плавление и эмульгирование, при этом акустические потоки выносят образовавшуюся эмульсию в зону с пониженной температурой, где она превращается в суспензию.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2008 года RU2342188C1

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СФЕРИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ 1997
  • Гимон Джон
RU2215724C2
Способ приготовления бентонитовой суспензии для формовочных смесей и противопригарных красок 1976
  • Клецкий Григорий Ильич
  • Овечко Людмила Тимофеевна
  • Медведев Яков Иванович
  • Андрияшина Надежда Николаевна
SU593805A1
Способ получения суспензии парафинистых углеводородных смесей для транспортировки 1975
  • Кейт М.Керш
SU622422A3
US 2002197282 A, 26.12.2002.

RU 2 342 188 C1

Авторы

Акопян Валентин Бабкенович

Давидов Евгений Рубенович

Кузнецова Ольга Валентиновна

Мордвинова Екатерина Михайловна

Рухман Андрей Александрович

Даты

2008-12-27Публикация

2007-04-09Подача