Ультразвуковое устройство для полученияСуСпЕНзий и эМульСий Советский патент 1981 года по МПК B01F11/02 B06B1/18 

1

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

Известен ультразвуковой гидродинамический излучатель, содержащий корпус, эжекторную трубку, вкладыщ с многозаходной ленточной резьбой и осевым отверстием, вихревую камеру, кольцевой магнит

вихревой камере этого устройства за счет взаимодействия вращающегося и осевого потоков жидкости возникают пульсации и акустические колебания, под действием которых осуществляется процесс диспергирования.

В устройствах данного типа имеется принципиальный недостаток - забивание регулируемой щели, образованной конусом эл{екторной трубки и осевым отверстием вкладыща, по которой частично проходит рабочая жидкость, эжектирующая диспергируемую жидкость. Сечение регулируемой щели при работе данных аппаратов составляет доли миллиметра и при их эксплуатации с использованием в производственных условиях технической воды как рабочей

жидкости происходит забивание щели инородными включениями, содерл ащимися в воде. Это приводит к снижению или даже потере эжектирующей способности и соответственно к дестабилизации работы устройства, вплоть до полной его остановки.

Наряду с этим данные излучатели не обеспечивают тонкой дисперсности эмульсии вследствие того, что кавитация, являющаяся основным диспергирующим фактором при получении частиц малых (единицы микронов) размеров, в аппаратах такого типа развита недостаточно.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является ультразвуковое устройство для обработки суспензий и эмульсий, которое содержит цилиндрический корпус, вихревую камеру, вкладыщ с винтовой нарезкой и осевым отверстием, сопло, парораспределитель в виде перфорированного стакана и патрубок подачи пара 2.

Степень дисперсности в данном устройстве по сравнению с выщеуказанными аппаратами выше за счет дополнптельной паровой кавитации, однако она недостаточно высока. Диспергируемое вещество подается по осевому отверстию вкладыша в виде

сплошного потока, в результате чего пропсходит проскок через аппарат крупных (более 100 мкм) частиц, имеющий место при работе с вязкими веществами, что, в свою очередь, снижает эффективиость диспергирования.

В данном устройстве также не устранен принципиальный недостаток: ненадежность работы за счет забивапня регулируемой щели, образованной конусом сопла и осевым отверстием вкладыша, инородными присутствующими в рабочей жидкости, особенно в настоящее время, когда вследствие недостатка воды многие обогатительные фабрики Казахстана и других республик в технологических процессах используют оборотную воду, в которой имеются механические примеси: щепа, песок и т. д. Это ведет к снижению эжектирующей способности и, как следствие, к снижению эффективности диспергирования.

Целью изобретения является повышение надежности в работе устройства и интенсификация процесса диспергирования.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем цилиндрический корпус, вкладыш с винтовой нарезкой, вихревую камеру, сопло и патрубок подачи перегретого пара, сопло закреплено в осевом отверстии вкладыша без зазора, а патрубок подачи перегретого пара размещен коаксиально внутри эжектора.

В результате размещения патрубка подачи перегретого пара внутри эжектора осуществляется распыление эмульгируемой жидкости паром. За счет такого исполнения эжекторного узла устройства в вихревой камере создается тонкодисперсное облако, которое взаимодействует с тангенциально закрученным вихревым потоком диспергирущей жидкости, в результате чего возникает сильная турбулизация потоков и акустические колебания.

При этом важно, что эмульгируемая жидкость вводится в вихревой поток в диспергированном на капельки виде, а пар, распадаясь на быстроконденсирующиеся пузырьки, способствует повыщению процесса диспергирования за счет паровой кавитации.

В данном случае примепение перегретого пара оказывается полезным, во-первых, в результате использования его эжектирующе-распылительного действия, и, во-вторых, в результате создания в вихревой камере режима кавитационного диспергирования эмульгируемой жидкости. Следовательно, в предлагаемом устройстве за счет тонкодисперсного распыления эмульгируемого агента достигается его развитая активная поверхность, что обеспечивает равномерное распределение его по всему объему вихревой камеры, которое в совокупности с кавитационным режимом в той же камере значительно интенсифицирует процесс диспергирования.

Установка сопла во- вкладыше без зазора исключает забивание вкладыша инородными включениями, присутствующими в эмульгирующем агенте (техническая вода в случае применени:я водных эмульсий). Благодаря этому повышается надежность работы и ликвидируется потеря эжектирующей способности устройства, поддерживается стабильная работа данного устройства в течение длительного времени его эксплуатации.

На чертеже показано предлагаемое устройство в разрезе. Устройство содержит цилиндрический корпус 1, сопло 2, осевое положение которого регулируется регулировочной шайбой 3, воронку 4, вкладыш 5 с многозаходной винтовой нарезкой, вихревую камеру 6, крышку 7 с выходным отверстием 8. Внутри сопла установлен патрубок 9 подачи перегретого пара, который фиксируется по оси сопла при помощи ребер 10. Вкладыш имеет осевое отверстие 11, в котором без зазора установлено сопло 2.

Устройство для получения суспензий и эмульсий работает следующим образом.

Эмульгирующая жидкость (вода в случае приготовления водных эмульсий) поступает под давлением через входное отверстие в корпус 1 и по винтовой нарезке вкладыша 5 тангенциально в вихревую камеру 6, образуя вихревой тангенциальный гидродинамический поток. Эмульгируемая жидкость, подаваемая через сопло 2, увлекается струей перегретого пара, который поступает по патрубку 9. В результате эжектирующего и распыливающего действия пара эмульгируемая жидкость вводится в вихревую камеру 6 в осевом направлении в виде тонкодисперсного облака. В вихревой камере при взаимодействии осевого и вихревого тангенциального потоков возникает турбулизация, пульсации и акустические колебания, способствующие процессу диспергирования.

Предлагаемое устройство опробовано в лабораторных условиях: осуществлялось сравнительное эмульгирование в воде трудноэмульгируемого флотореагента - таллового масла при помощи известного устройства по прототипу и при помощи предлагаемого устройства. При этом оценкой эффективности и надежности работы в сравниваемых устройствах служила величина эл екции и дисперсность получаемой эмульсии, обусловленная эжекцией в зависимости от продолжительности работы устройств при неизменных входных параметрах воды и пара. Дисперсный состав получаемой при этом эмульсии определялся по классу 20 мкм, как обладающему высокой флотоактивностью. Эжекцию замеряли вакуумметром со шкалой деления от О до - 1 ати.

Испытания сравниваемых устройств проводились в течение 8 ч, пробы эмульсий на дисперсный анализ отбирались через каждые 2 ч, через эти же промежутки измерялась эжекция данных устройств.

Пример. Эмульгируемый реагент - талловое масло. Эмульгирующая жидкость - техническая вода. Давление воды на входе в аппарат 2,5 ати. Давление пара

на входе в аппарат 3 ати. Расход пара на один аппарат 4,2 кг/ч. Эжекция в сравниваемых устройствах задавалась одинаковой и составляла 400 мм вод. ст.

Результаты опытов сведены в таблицу, где приведены дисперсный состав эмульсии и эжектирующая способность сравниваемых устройств в зависимости от продолжительности их работы.

Как видно из таблицы, эжектирующая способность предлагаемого устройства не изменяется от заданной, вследствие этого количество частиц менее 20 мкм, обладающих высокой флотоактивностью, составляет 90% и данный класс дисперсности в процентном отношении сохраняется на всем протяжении времени испытаний.

А за время испытаний устройство по прототипу ухудшило свою работу по сравнению с предлагаемым устройством в результате потери эжектирующей способности за счет забивания вкладыша, инородными включениями (песок, щепа и т. д.), имеющимися в эмульгирующей жидкости. Поэтому количество частиц класса 20 мкм заметно уменьшается и к окончанию испытаний составляет всего 15%.

Результаты проведенных опытов дают основание считать, что реализация разработанного устройства, например, для эмульгирования флотореагентов, позволит за счет более полного использования последних и повышения их реакционной способности сократить расход реагентов в

среднем на 30% и повысить технологические показатели флотационного обогащения.

Формула изобретения

Ультразвуковое устройство для получения суспензий и эмульсий, содержащее корпус, патрубок подачи перегретого пара и соосно размещенные в корпусе сопло, вкладыш с винтовой нарезкой и осевым отверстием и вихревую камеру, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в работе и интенсификации процесса диспергирования, сопло закреплено в осевом отверстии вкладыша, а патрубок подач перегретого пара установлен коаксиально внутри сопла.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2585474, кл. В 01F 11/02, 1978 (прототип).