Ультразвуковое устройство для обработки суспензий и эмульсий Советский патент 1980 года по МПК B01F11/02 B06B1/18 

I

Изобретение относится к устройствам для получения высокодисперсных суспензий и эмульсий и может быть использовано в обогащении полезных ископаемых, в химической, пищевой промыщленности, а также в других отраслях промышленности, где осуществляются гомогенизация и массообмен.

Известен ультразвуковой гидродинамический излучатель вихревого типа, включающий вихревую камеру, образованную корпусом входными тангенциальными и осевыми отверстиями и крышкой с выходным отверстием, в вихревой камере этого устройства за счет взаимодействия вращающегося и осевого потоков жидкости возникают пульсации и акустические колебания, под действием которых осуществляется процесс диспергирования 1.

Однако такой излучатель не обеспечивает тонкой дисперсности эмульсии вследствие того, что кавитация, являющаяся основцым диспергирующим фактором при получении частиц малых (единиц микронов) размеров, в этом аппарате развита недостаточно.

Известен также ультразвуковой излучатель, содержащий корпус, эжектор, тангенциальный вкладыщ с многозаходной ленточной резьбой, крышку корпуса с соплом и кольцевой магнит 2.

В этом излучателе степень дисперсности получаемого Продукта несколько выще за счет дополнительной магнитной обработки в вихревой камере, однако она недостаточно высока.

Известно устройство для получения тонкодисперсных суспензий и эмульсий, которое содержит корпус с выходным щтуцером, крыщку с входным щтуцером, вкладыш с многозаходной спиральной нарезкой и осевым отверстием, вихревую камеру с внутренней параболической поверхностью и концентратором на выходе из вихревой камеры 3.

Недостатком этого устройства также является незначительная интенсивность процесса диспергирования, что выражается в получении широкого спектра диспергированных частиц и наличии отдельных частиц крупных размеров (более 100 мк). Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является ультразвуковой гидродинамический излучатель вихревого типа, который содержит корпус, вкладыш с .многозаходной спиральной нарезкой и осевым отверстием, вихревую камеру, эжектор и патрубки входа и выхода компонентов 4. Однако и Вэтом аппарате не устранены принципиальные недостатки, характерные для всех известных устройств - низкая степень дисперсности и проскок через аппарат крупных (более 100 мк) частиц,, имеющий место при работе с вязкими веществами. Это характеризует устройство как малоэффектив«ое и неприемлемое для получения высокодисперсных эмульсий, в особенности, вязких трудноэмульгируемых веществ, и является следствием недостаточного развития кавитации в вихревых гидродинамических аппаратах, работающих обычно в производственных условиях при давлении 0,15-0,4 МПа., Цель изобретения - интенсификация процесса обработки за счет дополнительной паровой кавитации. Это достигается тем, что в устройстве, содержащем корпус, вкладыш с многозаходной спиральной нарезкой и осевым отверстием, вихревую камеру, эжектор и патрубки входа и выхода компонентов, вих.рёвая камера снабжена патрубком для подачи перегретого пара и коаксиально установленным распределителем, выполненным в виде перфорированного стакана с отверстием в днище, соединенном с выходным патрубком. Струи жидкости, введенные под давлением 0,2-0,4 МПа в вихревую камеру через нарезку вкладыща тангенциально, закручиваются и образуют вихревой поток. При взаимодействии этого потока с осевым потоком, входящим в вихревую камеру через центральное отверстие вкладыша, возникают сильная турбулизация жидкости и акустические колебания, в результате чего осуществля1ется грубое диспергирование труднорастворимых веществ. Через распределитель, сообщающийся с патрубком подачи перегретого пара, в вихревую камеру поступают быстро конденсирующиеся пузырьки перегретого пара. Обычно применяемые ультразвуковые гидродинамические аппараты вихревого типа работают на частотах 5-20 кГц. Этим частотам соответствуют определенные размеры пузырьков, резонирующих и . захлопывающихся под действием упругих колебаний среды. Размеры отверстий предлагаемого устройства,, работающего в спектре частот 5-20 кГц, выбраны в пределах 0,3-1 мм в соответствии с подачей в вихревую камеру именно таких пузырьков (размером равным и меньще кавитационного). Это обеспечивает оптимальный режим работы предлагаемого устройства. Таким образом, в объеме вихревой камеры, во-первых, возникает паровая кавитация, которая также способствует диспергированию труднорастворимого вещества, вовторых, под действием акустических колебаний захлопывание паровых пузырьков происходит более интенсивно вследствие суммарного действия сил конденсации и акустического сжатия. Следовэтельно, в предлагаемом устройстве в вихревой камере достигается более развитый .кавитационный режим, что интенсифицирует процесс эмульгирования и повышает степень дисперсности эмульсий. На чертеже показано предлагаемое устройство. Устройство состоит из корпуса 1 с входным патрубком 2, распределителя в виде перфорированного стакана 3 с отверстиями 4 в стенках и дне, вихревой камеры 5 с выходг , ным патрубком 6, соединенным с отверстием в дне стакана, вкладыща 7 с многозаходиой спиральной нарезкой 8, эжектора 9, входящего в отверстие 10. Вихревая камера сообщена с патрубком подачи перегретого пара 11. Устройство работает следующим образом. Эмульгирующая жидкость (вода в случае приготовления водных эмульсий) под давлением, создаваемым насосом, поступает в корпус 1 устройства и по многозаходной спиральной нарезке 8, а также через осевое отверстие 10 подается.в вихревую камеру 5. Эмульгируемая жидкость подается через эжектор 9. Она может быть также подана в качестве компонента в смеси с эмульгирующейжидкостью через патрубок 2. В вйхревой камере 5 при взаимодействии струй жидкости, введенных тангенциально, с осевым потоком возникают турбулизация и акустические колебания, способствующие процессу диспергирования. Через патрубок 11 и далее через отверстия 4 в вихревую камеру подается под давлением перегретый водяной пар в виде быстро конденсирующихся пузырьков, способствующих развитию в вихревой камере кавитации и усилению диспергирующего эффекта. Формула изобретения Ультразвуковое устройство для обработки суспензий и эмульсий, содержащее цилиндрический корпус, вкладыш с многозаходной спиральной Нарезкой и осевым отверстием, вихревую камеру, эжектор и патрубк и входа и выхода компонентов, отличающееся тем, что, с целью интенсификации процесса обработки за счет дополнительной паровой кавитации, вихревая камера снабжена патрубком для подачи перегретотого пара и коаксиально установленным распределителем, выполненным в виде перфорированного стакана с отверстием в днище, соединенным с выходным патрубком.

Источники информации, прйнят ыё во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 101980, кл. В 06 В 1/20, 1963.

2.Авторское свидетельство СССР № 243984, кл. В 06 В 1/20, 1967.

3.Авторское свидетельство СССР

№ 421349, кл. В 01 F 11/02, 1972.

4.«Применение ультразвука для интенсификации процессов эмульгирования. Сб. статей, 1971, с. 13(прототип).