Способ приготовления газожидкостной эмульсии и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК B01F7/12 

Изобретение относится к процессам и аппаратам химической технологии, а именно к способам и устройствам для приготовления газожидкостных эмульсий и может быть использовано преимущественно для аэрации жидких смазочных материалов, например масел.

Известен способ приготовления газожидкосхной эмульсии путем захвата - эжектирования газа подающей струей жидкости с последующим интенсивным перемешиванием и дроблением пузырьков. Устройства, реализующие этот способ, содержат водосли вы, водосбросы, сопла и подобные им разгонные устройства для струи жидкости, эжектирующей газ .

При малых скоростях струй жидкости эжектирующий эффект в этих уст ройствах незначителен.

.Повышенные же скорости требуют немалых затрат энергии на привод циркуляционных насосов, что экономически не оправдано. Положительным моментом в рассматриваемом способе приготовления эмульсии является сравнительно небольшой утилизируемый расход газа, подсасываемого струей жидкости.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ приготовления газожидкостной эмульсии путем эжектирования газа струей жидкости, отбираемой с внутренней боковой . открытой поверхности вращающегося кольца жидкости, нагрева и последующего перемешивания компонентов эмульсии.

Устройство для осуществления этого способа содержит корпус, помещенный в корпус ротор, выполненный в виде полого стакана, отборную 15 трубу с загнутым концом, расположенную внутри ротора, нагреватель и приспособления для подвода жидкости и газа Г.

Известные способ и устройство для

20 дриготовления газожидкостной эмульции позволяют получить высокую эффективность аэрации при низких энергетических затратах лишь в узких диапазонах режимных параметров. С уве25личением скорости вращения аэратора наступает режим распыления жидкости, характеризующийся низкой эффективностью аэрации. Повышенная вязкость смазочных материалов, подвергаемых

30 аэрации :,или насыщению (другим газом, например HHSPTHUMJ, обуслав,ливает потребление большого количества энергии. Цель изобретения - повышение эко номичности, расширение технологичес ких режимов и интенсификация процес сов за счет создания вдоль радиуса вращающегося кольца жидкости положительного градиента температур. Поставленная цель достигается те что в способе приготовления газожид костной эмульсии путем эжектировани газа струей жидкости, отбираемой с внутренней боковой открытой поверхности вращающегося кольца жидкости нагрева и последующего перемешивани компонентов эмульсии, вдоль радиуса вращанндегося кольца жидкости создают положительный градиент температур. Причем положительный градиент температур создают путем нагрева внешней цилиндрической поверхности вращающегося кольца жидкости. Положительный градиент температу создают путем охлаждения внутренней цилиндрической поверхности вращающегося кольца жидкости. В устройстве для осуществления способа, содержащем корпус, помещенный в корпус ротор, выполненный в виде полого стакана, отборную тру бу с загнутым концом, расположенную внутри ротора, нагреватель и приспособления для подвода жидкости и газа, отборная труба установлена с возможностью перемещения по радиу су ротора, а ее загнутый конец направлен навстречу вращению ротора. При этом нагреватель размещен внутри корпуса снаружи ротора. На фиг.1 изображено устройство, продольный разрез; н-а фиг.2 - схема перемещения отборной трубки;-на фиг.З - схема эжектирования жидкост струей газа. Устройство для приготовления га,зожидкостной эмульсии содержит корпус 1, ротор 2, выполненный в виде пустотелого стакана, эксцентрично .размещенную в нем трубу 3 с загнутым концом 4, обращенным навстречу направлению вращения ротора (стрелка А) . В корпус 1 встроен нагреватель 5, кольцевая вставка 6 с узлами 7 и 8 осевого подвода жидкоети и газа, а также трубка 3 отвода эмульсии. Ротор опирается на подшипники привода (не показано) и на периферийную поверхность йставки б закрепленной на корпусе. Внутри рот ра 2 выполнены радиальные каналы 9, транспортируюш,ие исходную жидкость к внутренней расточке ротора 2. Поводок 10 закреплен на трубке 3 и предназначен для поворота ее вокруг собственной оси с целью перемещения загнутого конца 4 трубки 3 по радиусу ротора 2. Внутри вращающегося ротора 2 размещается жидкостное кольцо 11 с внутренней боковой открытой поверхностью Г. Толщина вращающегося кольца жидкс сти h Rj-R;j. Устройство работает следующим образом. Вовнутрь вращающегося ротора 2 через узел 7 подвода жидкости во вставке 6 и радиальные каналы 9 подводится исходная среда, например турбинное масло. Через узел 8 подводится исходный газ, например азот. Включается в рйботу нагреватель 5, встроенный в корпус. С внутренней боковой открытой поверхности вращающегося кольца жидкости (масла) загнутым концом 4 трубки, обращенным навстречу направлению вращения ротора, т.е. (навстречу стрелке А), отбирается струя, эжектирующая газ. С помощью поводка 10 трубка 3, пов-ернутая вокруг оси, устанавливается в такое определенное положение (например, в положение D на фиг.2), которое при неизменном расходе жидкости однозначно определяет и толщину h вращающегося кольца жидкости, и радиус Кд, свободной поверхности жидкости, и окружную скорость жидкости на входе в трубку, и величину подтопления входного конца трубки и, как следствие, степень обогащения, жидкости диспергированным газом (за счет эжекции газа струей отбираемой жидкости). С помощью нагревателя 5 по толщине кольца 11 создается положительный градиент температуры, способствующий интенсивному образованию газожидкостной эмульсии. Путем изменения положения загнутого конца трубки по радиусу стакана (положения Д, Е, Ж на фиг.2), из-. менения частоты вращения стакана, градиента температуры по толщине вращающегося кольца, степени затопления стакана жидкостью (регулированием расхода исходной жидкрсти), давления газа, создают разнообразные сочетания параметров для получения газожидкостной эмульсии широкого спектра концентраций и дисперсностей газовых включений. Технология приготовления газожидкостной эмульсии включает следующие операции. Исходную жидкость предварительно нагревают. Затем жидкость вводят вовнутрь полого вращающего стакана и создают кольцо жидкости с открытой внутренней боковой поверхностью вращения. По толщине вращающегося жидкостного кольца создают положительный градиент температуры путем дополнительного нагрена периферийных (наружных) слоев жидкости. Если при малых окружных скоростяхстакана (и отсутствии температурного., градиента по толщине слоя) жидкостное кольцо вращается как квазитвердое тело, то при повышенных окружных скоростях и наличии градиента темпе ратуры по толщине слоя,симметричное ламинарное движение становится неустойчивым, во вращающемся кольце возникают волны и нестационарная си тема вихревых шнуров, внутренняя боковая (открытая) поверхность коль ца покрывается рябью несимметричных вихрей и других вторичных возмущающих течений. Именно с этой открытой возмущенной, взлохмаченной поверхности быстравращающегося кольца жидкости отбирают струю в частично затопленную неподвижную трубку, которая дополнительно эжектирует газ и затем перемешивает его с отобранн жидкостью, приготавливая таким об.раз.ом эмульсию. Параметры режимов технологически операций предлагаемого способа зависит от типа жидкости. ч Предварительно масло нагревают (или охлаждают) до 35-45°С. Более низкие температуры (повышенная вязкость) снижают экономичность процесса, более высокие ускоряют окисление масла (его старение). Жидкостное кольцо вращают с окружной скоростью 20-100 м/с. Низкие скорости не обеспечивают надлежащего эжектирующего эффекта от отбираемой с поверхности кольца струи Мс1сла. Более высокие скорости приводят к снижению экономичность (повышение потерь мощности) без за метного улучшения параметров Газожидкостной смеси. По толщине вращающегося кольца создается разность температуры . Меньшая разность температур оказывается бесполезной (отсутству явно выраженное влияние на процесс получения газожидкостной эмульсии) При более высоких разностях температур начинается интенсивное окисл ние масла, хотя собственно процесс аэрации при этом улучшается. Для получения обильновспененного масла (с объемной концентрацией диспергированного газа 30-40% и более) затопление входного конца трубки составляет всего лишь 5-10% При необходимости получения эму сии с умеренным содержанием газа (5-10% по объему) затопление входн го конца трубки составляет величину 45-70%. Для получения высокодиспергированноЯ газожидкостной эмульсии (с наиболее представительным по счету циаметром пузырька d 50-100 мкм) режимные параметры выбираются в ледующем диапазоне безразмерных омплексов (получено эксперименталь gt др П. /Т-, „л f О; -( (R,-R2.) PSI П (.) .R. г.(- Для получения грубодиспергированной газожидкостной эмульсии (d 150-500 мкм), режимные параметры способа выбираются из следующего диапазона безразмерных комплексов (получен экспериментально) П 0-0, 05; . (2) В выражениях (1) и (2) обозначено g - ускорение силы тяжести; 6 - ширина кольца, R/( и На. наружный и внутренний радиусы жидкостного кольца, 7 кинематическая вязкость исходной жидкости, f - плотность исходной жидкости, угловая скорость вращения стакана. Пример. В аэратор - устройство для приготовления газомасЛяной эмульсии (фиг.1 и 2) - с размерами R 300 мм, В 200 мм подводят нагретое до турбинное масло марки Тп-22 ГОСТ 9972-74 и атмосферный воздух при 20с. Стакан аэратора вращают с угловой скоростью Я- 1/с; с внутренней боковой открытой поверхности вращающегося кольца масла толщиной h мм -отбирали струю в смесительную трубку внутренним диаметром D 20 мм; степень затопления входного отверстия трубки задают равной Ч %. На выходе из трубки получают аэрированное масло с объемной концентрацией f % и дисперсностью, характеризуемой диаметром наиболее представительным (по счету) пузырька d мм. Энергетические затраты на приготовление аэрированного масла относят к 1,0 т /ч расхода эмульсии. В табл.1 приведены данные, характеризующие эффективность аэрации масла предлагаемым способом. Пример2. Приготовляют газомасляную эмульсию с помощью аэратора, описанного в примере 1, при этом выполняют дополнительную операцию: наружную поверхность вращающегося стакана нагревают до 45 С (т.е . на выше, чем температура подводимого в аэратор масла) с использованием кольцевой электропечи, встроенной в корпус аэратора. В табл.2 приводятся данные, характеризующие эффективность аэрации масла Тп-22 ГОСТ 9972-74 предлагаемым способом. Создание положительного градиента температуры по радиусу стакана аэратора расширяет режимные возможности приготовления газожидкостной эмульсии.

9466308

Таблица 1

500 500 235 235 125 125 63,5 63,5

22 7,4 43,5 14,6 9 38 10 41 60-80 70-90 220-400 250-450

60 50 40 30

:i::::i:: ::ii::i: I 1 ) 23 4

7,5 2,5 7,5 2,5

40 40 25 25

50 50 25 . 25

56 18,5 59 37 10 40 10 38

100 90 380 450 50 40 32 28

; Т а б л и ц а 2 Формула изобретения 1, Способ приготовления газожип зжектирГаТя газа струей жидкости, отбираемой с внутренней боковой открыто повепхн гревГГ , к: ;оГзму :°о ггггг: :еГя зк о;::;;о:тии р сГрениГ SS;.--нь« .. Способ ПОП.1, отличат . .ns:LSe-± . ..

9- Г

9

v/yy//yy/j 0 корпус, помеченный в корпус ротор выполненный в виде полого стакана отборную трубку с загнутым концом расположенную внутри ротора, нагреватель и приспособления для подвода жидкости и газа, отличающееся тем, что, с целью интенсификации процессов за счет создания вдоль.радиуса вращающегося кольца жидкости положительного градиента температур, отборная трубка установлена с возможностью перемещения по радиусу ротора, а ее загнутый конец направлен навстречу вращению ротора. 5. Устройство по п.4, о т л и f.L:i :„. .Р««,™е.°г2 2„:;г ;;,-ер.„зе № fikfian° ° свидетельство СССР |J 645690, кл. в 01 F 5/04, onySS K. л/12Т ;1 1г;г