ITMI20091797A1 - Apparecchiatura di reazione ed emulsificazione, particolarmente per emulsionare acqua e combustibile diesel e metodo di emulsificazione utilizzante tale apparecchiatura - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo:
"APPARECCHIATURA DI REAZIONE ED EMULSIFICAZIONE, PARTICOLARMENTE PER EMULSIONARE ACQUA E COMBUSTIBILE DIESEL E METODO DI EMULSIFICAZIONE UTILIZZANTE TALE APPARECCHIATURA"
TESTO DELLA DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un'apparecchiatura di reazione ed emulsificazione, particolarmente per emulsionare acqua e combustibile diesel e metodo di emulsificazione utilizzante tale apparecchiatura..
Come è noto, un'emulsione è una dispersione, stabile, di un fluido sotto forma di minutissime goccioline o bollicine, chiamato fase dispersa, in un altro fluido non miscibile, chiamato fase disperdente o veicolo..
La stabilità dell'emulsione dipende da tre fattori: la densità delle due fasi, la temperatura e la presenza di sostanze tensioattive (emulsionanti) e la presenza di elettroliti..
Le emulsioni fanno parte di una classe più generale di sistemi a due fasi chiamati colloidi,,
Un colloide è una sostanza che si trova in uno stato finemente disperso, intermedio tra la soluzione omogenea e la dispersione eterogenea..
Questo stato "microeterogeneo" consiste quindi di due fasi: una sostanza di dimensioni microscopiche (diametro da IO<-9>m a l pm) dìspersa in una fase contìnua.
Le emulsioni acqua/gasolio sono dei combustibili utilizzabili nei motori endotermici a ciclo diesel e hanno l'obiettivo di ridurre la presenza di sostanze inquinanti nocive dai gas di scarico.
L’emulsione è di norma composta da: 81 - 86% gasolio, 10 - 15% circa acqua demineralizzata e 1 - 2% circa di un additivo (tensioattivo, surfattante) , che ha il compito di renderla stabile..
L'utilizzo dell'emulsione, comporta una riduzione delle temperature in camera di combustione ed una migliore combustione con un conseguente aumento dei rendimenti energetici ed il miglioramento dei consumi specifici,.
La presenza dì acqua e quindi di vapore acqueo, produce una riduzione della temperatura nella fase di scoppio del ciclo e quindi la presenza degli ossidi di azoto (NOx) e del particolato in sospensione nei gas che vengono espulsi dalla camera di scoppio nella successiva fase di scarico del ciclo..
Il problema più critico a livello ambientale del gasolio è il particolato .
L'utilizzo dell'emulsione permette oltre alla riduzione del quantitativo totale di particolato, la possibilità di agire drasticamente sulla diminuzione del numero di particelle, microparticolato, che sono assorbibili dall'organismo umano..
Dal punto di vista chimico le emulsioni acqua/gasolio sono dispersioni di microgocce di acqua nel gasolio, stabilizzate attraverso l'aggiunta di particolari sostanze tensioattive.
Le emulsioni acqua/gasolio costituiscono una moderna tecnologia per alimentare motori diesel, sia montati su veicoli che impiegati in installazioni fisse..
Esse sì presentano per un impiego immediato nei motori in sostituzione del gasolio tradizionale, possono essere formulate con combustibili diesel a bassissimo tenore di zolfo e sono compatibili con i moderni dispositivi di abbattimento delle emissioni..
Nessuna delle emulsione ad oggi proposte nel mercato, ha reso possibile l'ottenimento di stabilità, alte prestazioni in termini di regolarità, aumento dei rendimenti energetici ed il miglioramento dei consumi specifici..
Compito della presente invenzione è quello di realizzare un'apparecchiatura in grado di produrre una emulsione di acqua/gasolio che superi gli inconvenienti dell'arte nota, Nell'ambito di questo compito, uno scopo dell'invenzione, è quello di realizzare un'apparecchiatura versatile che consenta di eseguire una vasta gamma di operazioni, quali emulsione, omogeneizzazione, disintegrazione, dissoluzione, dispersione, miscelazione, riduzione delle dimensioni delle particelle e grumi..
Un altro scopo dell'invenzione è quello di realizzare un'apparecchiatura adatta per preparazioni liquido/liquido e particolarmente utile per tutti i tipi di emulsione.,
Un altro scopo ancora è quello di realizzare un'apparecchiatura in grado di generare un prodotto finito che può essere o un'emulsione "olio in acqua" oppure "acqua in olio" composto inoltre da emollienti e lubrificanti dispersi in una fase olio, e una fase acqua contenente agenti addensanti ed emulsionantisurf attanti..
Un altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare un'apparecchiatura nella quale gli ingredienti attivi vengano dispersi in una delle due fasi, in funzione delle materie prime utilizzate e delle caratteristiche che si desidera dare al prodotto finito ..
Un ulteriore scopo della presente invenzione è di fornire un'apparecchiatura che, per le sue peculiari caratteristiche realizzative, sia in grado di assicurare le più ampie garanzie di affidabilità e di sicurezza nell'uso..
Questi scopi ed altri che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un'apparecchiatura di reazione ed emulsificazione, particolarmente per emulsionare acqua e combustibile diesel, caratterizzata dal fatto di comprendere un dispositivo miscelatore che riceve dei liquidi da miscelare da un serbatoio, detto dispositivo miscelatore presenta almeno un'uscita collegata a detto serbatoio ed almeno una valvola di scarico collegata ad un serbatoio di raccolta del prodotto finito; detto dispositivo miscelatore comprende un albero di azionamento sul quale è montato un rotore munito di pale, e rotante all'interno dì uno statore, che costituisce una testa di lavoro; detta testa di lavoro è intercambiabile ed è inserita in un corpo di contenimento..
Il metodo per emulsionare due fasi lìquide, particolarmente acqua e combustibile diesel, secondo l'invenzione, è caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di:
caricare detto serbatoio con la fase continua;
avviare il rotore ed aspirare insieme le fasi in detta testa di lavoro, dove vengono velocemente miscelati;
disgregare e micronizzare l'emulsione acqua/gasolio in detta testa di lavoro;
espellere l'emulsione micronizzata forzatamente attraverso detto statore e farla ricircolare nella massa della miscela.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi risulteranno maggiormente dalla descrizione di forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, dell'invenzione, illustrate a titolo indicativo e non limitativo negli uniti disegni, in cui:
la figura 1 rappresenta uno schema funzionale dell'apparecchiatura secondo la presente invenzione;
la figura 2 è una vista prospettica, parzialmente in spaccato, del dispositivo miscelatore;
la figura 3 è una vista laterale del dispositivo miscelatore; la figura 4 rappresenta uno schema funzionale dell'apparecchiatura illustrante il sistema di ricircolo;
la figura 5 è una vista prospettica schematica del dispositivo miscelatore illustrato nella fase di caricamento del serbatoio con la fase continua;
la figura 6 è una vista prospettica schematica del dispositivo miscelatore illustrato nella fase in cui l'emulsione acqua/gasolio viene disgregata e micronizzata;
la figura 7 è una vista prospettica schematica del dispositivo miscelatore illustrato nella fase in cui l'emulsione micronizzata viene forzatamente espulsa attraverso lo statore e fatta ricircolare nella massa della miscela,.
Con riferimento alle figure citate, l'apparecchiatura secondo l'invenzione, indicata globalmente con il numero di riferimento 100, comprende un serbatoio di alimentazione 10 che presenta un ingresso liquidi ed un condotto di ammissione liquidi 11 collegato ad un dispositivo miscelatore 1„
Il dispositivo miscelatore 1 presenta un'uscita 12 collegata ad una camera di integrazione a geometria fissa 13..
Sul condotto che collega il miscelatore 1 alla camera dì integrazione 13 è applicato un manometro 14.,
La camera di integrazione 13 presenta un'uscita emulsione 15.. Come visibile in figura 4, l'uscita emulsione 15 è collegata al serbatoio di alimentazione 10 per effettuare un ricircolo dell'emulsione nel miscelatore 1.
Il ricircolo è preferibilmente della durata di circa 30 minuti e si effettua alla temperatura di circa 30°C..
Al termine del ciclo l'emulsione è scaricata attraverso una valvola di scarico 16 del miscelatore 1 collegata ad un serbatoio di raccolta del prodotto finito attraverso un condotto 17.
La camera dì integrazione 13 è in sostanza un percorso a geometria fissa studiato per effettuare una ulteriore miscelazione dell'emulsione in uscita dal miscelatore 1..
Il dispositivo miscelatore 1 comprende un albero di azionamento 2 sul quale è montato un rotore 3 munito di pale 4 rotanti all'interno di uno statore 5, che costituisce una testa di lavorazione .
La testa di lavorazione è inserita in un corpo di contenimento 6 .
Una pompa intensificatrice è collegata al miscelatore 1 ed assicura una pressione di esercizio sufficiente..
Il funzionamento dell'apparecchiatura secondo la presente invenzione prevede che, inizialmente, si carichi il serbatoio con la fase continua, come schematizzato in figura 1.
Successivamente si avvia il miscelatore e la potente azione di aspirazione creata dall'alta velocità di rotazione delle lame 4 del miscelatore attira insieme gli ingredienti acqua/gasolio nella testa di lavoro, dove vengono velocemente miscelati.
L'acqua impiegata per la preparazione dell'emulsione deve, in base alla norma italiana, essere demineralizzata, con conducibilità massima di 30 pS/cm allo scopo di evitare l'insorgere dì depositi di sostanze minerali (carbonati) sulle valvole e sul catalizzatore ossidante nell'impiego prolungato nei motori.
Le sostanze minerali sono anche causa di una maggiore emissione di particelle ultrafini nei gas di scarico del motore,.
La dimensione media delle microgocce di acqua presenti nell'emulsione è generalmente inferiore a 1 μιη..
Le misure eseguite con un Mastersizer Malvern per una specifica emulsione, hanno indicato che la distribuzione delle microgocce è unimodale centrata circa a 03 - 0.5 ym..
Alla emulsione vengono aggiunte anche sostanze antibatteriche, per prevenire la formazione di colonie batteriche durante lo stoccaggio, ed anticongelanti, per assicurare 1'operabilità dell'autoveicolo nel periodo invernale, ed infine anche del "cetane improver"
Il cetane improver è vantaggioso per recuperare la perdita di accensione del gasolio quando è emulsionato con l'acqua.
Come per tutte le reazioni anche per quelle di combustione è necessaria una certa energia di attivazione, in modo che la miscela combustibile-aria (comburente) raggiunga una temperatura chiamata di agnizione..
Una volta innescata la combustione, questa svolge il calore necessario a che il processo continui e perché ciò accada è necessario che il combustibile e l'aria (comburente) siano compresi entro determinati limiti (limiti di infiammabilità)..
Infatti, la vaporizzazione delle microgocce di acqua, caratterizzata da un elevato calore latente di vaporizzazione, determina un abbassamento della temperatura della miscela combustibile-aria (comburente) durante la prima parte del processo di combustione del motore, con l'effetto di un incremento del ritardo di accensione del gasolio.
Successivamente, come schematizzato in figura 2, l'emulsione acqua/gasolìo viene disgregata-micronizzata nella testa dì lavoro, che è vantaggiosamente costruita con altissima precisione.,
L'emulsione così micronizzata viene forzatamente espulsa attraverso lo statore e fatta ricircolare nella massa della miscela, come schematizzato in figura 7„
L'elevata azione di taglio della testa di lavoro (emulsionatore/reattore) del miscelatore assicura che l'emulsione sia uniforme-omogenea e stabile con diversi vantaggi..
Dn vantaggio è costituito dalla qualità costante e dalla ripetibilità del prodotto,.
Dn altro vantaggio è costituito dal fatto che si produce una emulsione stabile.
Un altro vantaggio ancora è costituito dal fatto che si riducono le dimensioni delle particelle..
Un ulteriore vantaggio è costituito dal fatto che si accelerano le reazioni.
Un altro vantaggio ancora è costituito dal fatto che i tempi di miscelazione sono rapidi,.
Un ulteriore vantaggio è costituito dal fatto che si ottiene il massimo rendimento dell'emulsione in quanto gli agenti addensanti vengono completamente idratati ed interamente dispersi..
L'apparecchiatura è autopompante con portate da 20 a 50000 litri/ora..
Non vi è alcun bypass nell'apparecchiatura ed il prodotto non può fisicamente aggirare la testa emulsionatore/reattore di precisione ,.
La configurazione è normalmente costituita da un emulsionat ore/reattor e multistadio, con teste di lavoro intercambiabili, con azioni di taglio vigorose..
Le parti a contatto col prodotto sono in acciaio inossidabile 316L ..
L'apparecchiatura secondo il presente trovato comprende motori in esecuzione completamente chiusa, ventilata, a norme ATEX e antideflagrante in acciaio inossidabile e con inverter.
I raccordi di ingresso e uscita sono di tipo sanitario, filettati, con flangia, ad esempio, ISS, D/N, RJT, SMS, Tri-Clamp, ecc.
Sull'albero 2 sono previste tenute meccaniche doppie..
La pressione di esercizio dell'apparecchiatura è compresa tra circa 18 e 20 bar..
Ciò permette di ottenere le caratteristiche desiderate della emulsione utilizzando condotti di limitata variazione di sezione rispetto alla loro lunghezza, con attrito e con scambio di calore..
Si è in pratica constatato come l'invenzione raggiunga il compito e gli scopi prefissati avendo realizzato un'apparecchiatura atta alla preparazione di emulsioni liquido /liquido e particolarmente utile per tutti i tipi di emulsione.
II miscelatore, emulsificatore/r eattore ad alta azione di taglio dispone di un numero esauriente di teste di lavoro e setacci.. Queste, facilmente intercambiabili, offrono un'elevata versatilità consentendo una vasta gamma di operazioni, quali: emulsione omogeneizzazione, disintegrazione, dissoluzione, dispersione, miscelazione, riduzione delle dimensioni delle particelle e grumi..
La sostituzione di una testa o del setaccio con un'altra testa è rapida e semplice..
Il prodotto finito può essere o un'emulsione "olio in acqua" oppure "acqua in olio", composto inoltre da emollienti e lubrificanti dispersi in una fase olio, e una fase acqua contenete agenti addensanti ed emulsionanti-surf attanti.,
Gli ingredienti attivi vengono dispersi in una delle due fasi, in funzione delle materie prime utilizzate e delle caratteristiche che si desidera dare al prodotto finito..
Il dispositivo secondo l'invenzione è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli potranno essere sostituiti da elementi tecnicamente equivalenti..
Naturalmente i materiali impiegati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica ..
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI !.. Apparecchiatura di reazione ed emulsifreazione, particolarmente per emulsionare acqua e combustibile diesel, caratterizzata dal fatto di comprendere un dispositivo miscelatore che riceve dei liquidi da miscelare da un serbatoio di alimentazione, detto dispositivo miscelatore presenta almeno un'uscita collegata a detto serbatoio ed almeno una valvola di scarico collegata ad un serbatoio di raccolta del prodotto finito; detto dispositivo miscelatore comprende un albero di azionamento sul quale è montato un rotore munito di pale, e rotante all'interno di uno statore, che costituisce una testa di lavoro; detta testa di lavoro è intercambiabile ed è inserita in un corpo di contenimento..
- 2. Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto serbatoio di alimentazione presenta un ingresso liquidi ed un condotto di ammissione liquidi collegato a detto dispositivo miscelatore; detto dispositivo miscelatore presenta una uscita collegata ad una camera di integrazione a geometria fissa.
- 3.. Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto di comprendere un manometro applicato ad un condotto che collega detto miscelatore a detta camera di integrazione.
- 4. Apparecchiatura, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta camera di integrazione presenta un'uscita emulsione collegata a detto serbatoio di alimentazione per effettuare un ricircolo dell'emulsione in detto miscelatore; detto dispositivo miscelatore comprende una valvola di scarico collegata ad un serbatoio dì raccolta del prodotto finito.
- 5. Apparecchiatura, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta camera dì integrazione costituisce un percorso a geometria fissa atto ad effettuare una ulteriore miscelazione dell’emulsione in uscita da detto dispositivo miscelatore.
- 6., Apparecchiatura, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di essere autopompante con portate da 20 a 50000 litri/ora.
- 7. Apparecchiatura, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto dispositivo miscelatore è multistadio, con teste di lavoro intercambiabili.. 8.. Apparecchiatura, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che le parti a contatto col prodotto sono in acciaio inossidabile 316L; detta apparecchiatura essendo inoltre caratterizzata dal fatto di comprendere motori in esecuzione completamente chiusa, ventilata, a norme ATEX e antideflagrante in acciaio inossidabile e con inverter; detta apparecchiatura comprendendo raccordi di ingresso e uscita di tipo sanitario, filettati, con flangia, ad esempio, ISS, D/N, RJT, SM
- S, Tri-Clamp..
- 9, Metodo per emulsionare due fasi liquide, particolarmente acqua e combustibile diesel, in un'apparecchiatura di reazione ed emulsifreazione che comprende un albero di azionamento sul quale è montato un rotore munito di pale, e rotante all'interno di uno statore, che costituisce una testa di lavoro; detto metodo essendo caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di: caricare detto serbatoio con la fase continua; avviare il rotore ed aspirare insieme le fasi in detta testa di lavoro, dove vengono velocemente miscelati; disgregare e micronizzare l'emulsione acqua/gasolìo in detta testa di lavoro; espellere l'emulsione micronizzata forzatamente attraverso detto statore e farla ricircolare nella massa della miscela..
- 10. Metodo, secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto di comprendere l'aggiunta di sostanze antibatteriche a detta emulsione, atte a prevenire la formazione di colonie batteriche durante lo stoccaggio, degli anticongelanti, per assicurare l'operabilità dell'autoveicolo nel periodo invernale, e l'aggiunta di un "cetane improver"..
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| IT001797A ITMI20091797A1 (it) | 2009-10-19 | 2009-10-19 | Apparecchiatura di reazione ed emulsificazione, particolarmente per emulsionare acqua e combustibile diesel e metodo di emulsificazione utilizzante tale apparecchiatura |
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| IT001797A ITMI20091797A1 (it) | 2009-10-19 | 2009-10-19 | Apparecchiatura di reazione ed emulsificazione, particolarmente per emulsionare acqua e combustibile diesel e metodo di emulsificazione utilizzante tale apparecchiatura |
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| IT (1) | ITMI20091797A1 (it) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11015126B2 (en) | 2016-12-30 | 2021-05-25 | Eme International Limited | Apparatus and method for producing biomass derived liquid, bio-fuel and bio-material |
| US11084004B2 (en) | 2014-11-10 | 2021-08-10 | Eme International Lux S.A. | Device for mixing water and diesel oil, apparatus and process for producing a water/diesel oil micro-emulsion |
Citations (5)
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2009
- 2009-10-19 IT IT001797A patent/ITMI20091797A1/it unknown
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