RU166228U1 - Установка получения эмульсии для эмульсионных взрывчатых веществ - Google Patents

Abstract

1. Установка получения эмульсии для эмульсионного взрывчатого вещества, содержащая узлы приготовления дисперсной фазы и дисперсионной среды с дозирующими устройствами и обогреваемыми аппаратами с мешалками, и узел эмульгирования с устройством эмульгирования, отличающаяся тем, что узел эмульгирования снабжен блоком автоматического управления подачей дисперсной фазы и дисперсионной среды, в качестве устройства эмульгирования используют статический многосекционный трубчатый аппарат, включающий, по крайней мере, две секции эмульгирования и клапанный механизм с выходным патрубком эмульсии, при этом во входной части первой секции размещена форсунка для ввода дисперсной фазы, в зоне действия которой в цилиндрический корпус аппарата вмонтирована кольцевая камера с входным патрубком для дисперсионной среды и на расстоянии от 2 до 5 внутренних диаметров аппарата от кольцевой камеры расположена перфорированная пластина с отверстиями диаметром 3-10 мм, а за перфорированной пластиной во второй секции эмульгирования на расстоянии от 3 до 4 внутренних диаметров аппарата расположена форсунка, выходное отверстие которой выполнено в виде перфорированной пластины с отверстиями диаметром 3-10 мм.2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что секции эмульгирования и клапанный механизм соединены между собой с помощью фланцев.

Description

Полезная модель относится к области получения эмульсионных взрывчатых веществ, в частности к установкам для получения эмульсий, и может быть использована в промышленном производстве водоустойчивых эмульсионных взрывчатых веществ.

Эмульсионные взрывчатые вещества (ЭВВ) образуются непосредственно в скважине при смешении невзрывчатых компонентов: обратной эмульсии типа «вода в масле» и газогенерирующей добавки в качестве сенсибилизатора. При этом эмульсии содержат в качестве дисперсной фазы преимущественно водные растворы окислителя (аммиачной селитры или ее смеси с селитрами щелочных и щелочноземельных металлов), а дисперсионную среду образуют преимущественно продукты переработки нефти, минеральные масла. ЭВВ получили широкое применение в горнодобывающей промышленности благодаря более высокой безопасности при изготовлении и применении по сравнению со штатными тротилосодержащими материалами.

Известна установка получения эмульсий типа «вода в масле» для ЭВВ [авт. свид. СССР №1790152 А1, МПК С06В 21/00, опубл. 15.10.1994], которая содержит узлы приготовления дисперсной фазы и дисперсионной среды с дозирующими устройствами и обогреваемыми аппаратами с мешалками, и узел эмульгирования с устройством эмульгирования.

В известной установке узел эмульгирования выполнен в виде предварительного смесителя и устройство эмульгирования выполнено в виде емкости, образованной верхним и нижним цилиндрами, размещенного между ними ограничительного кольца, причем в емкости установлена камера с загрузочным патрубком, а под камерой размещено перемешивающее устройство, содержащее лопасти и закрепленное на них кольцо с пальцами.

Недостатками известной установки являются:

- слабый гидродинамический режим перемешивания в полости предварительного смесителя из-за чего образуется эмульсия низкого качества, которая далее перетекает в устройство эмульгирования;

- необходимость уменьшения производительности установки путем увеличения времени пребывания эмульсии в полости смесителя и устройства эмульгирования для получения эмульсии хорошего качества.

Приведенные недостатки были устранены в установке получения эмульсий для ЭВВ типа «вода в масле» [патент РФ №116493 U1, МПК С06В 21/00, опубл. 27.05.2012), согласно которой в узле эмульгирования предварительный смеситель дополнительно снабжен перемешивающим устройством в виде колеса осевого насоса, размещенного в полости диффузора, на поверхности которого выполнены отверстия в виде вертикальных пазов, равномерно расположенных по периметру диффузора, причем диаметр колеса осевого насоса составит 0,8-0,9 внутреннего диаметра диффузора.

Однако, несмотря на внесенные конструктивные изменения в узел эмульгирования, получение качественной эмульсии возможно лишь при многократном пропускании смеси через перемешивающие устройства предварительного смесителя и устройства эмульгирования.

Кроме того, в узле эмульгирования используются аппараты эмульгирования динамического типа, которые представляют повышенную опасность при получении эмульсии из несмешивающихся жидкостей, где требуется приложение интенсивных сдвиговых и срезающих усилий с необходимостью использования повышенных мощностей в электродвигателях динамических аппаратов эмульгирования для получения высокодисперсных, а, следовательно, высоковязких эмульсий.

Задача, на выполнение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в интенсификации процесса эмульгирования и повышении производительности при одновременно повышении качества эмульсии и уменьшении времени выхода на режим.

Поставленная задача решается тем, что в установке получения эмульсии для эмульсионного взрывчатого вещества, содержащей узлы приготовления дисперсной фазы и дисперсионной среды с дозирующими устройствами и обогреваемыми аппаратами с мешалками, и узел эмульгирования с устройством эмульгирования, согласно полезной модели, узел эмульгирования снабжен блоком автоматического управления подачей дисперсной фазы и дисперсионной среды, в качестве устройства эмульгирования используют статический многосекционный трубчатый аппарат, включающий, по крайней мере, две секции эмульгирования и клапанный механизм с выходным патрубком эмульсии, при этом во входной части первой секции размещена форсунка для ввода дисперсной фазы, в зоне действия которой в цилиндрический корпус аппарата вмонтирована кольцевая камера с входным патрубком для дисперсионной среды и на расстоянии от 2-х до 5-и внутренних диаметров аппарата от кольцевой камеры расположена перфорированная пластина с отверстиями диаметром 3÷10 мм, а за перфорированной пластиной во второй секции эмульгирования на расстоянии от 3-х до 4-х внутренних диаметров аппарата расположена форсунка, выходное отверстие которой выполнено в виде перфорированной пластины с отверстиями диаметром 3÷10 мм. При этом секции эмульгирования и клапанный механизм соединены между собой с помощью фланцев.

Введение в узел эмульгирования блока автоматического управления (БАУ) подачей дисперсной фазы и дисперсионной среды обеспечивает опережающую подачу дисперсионной среды (на 1÷3 сек) в статический смеситель и поддерживает расход дисперсной фазы и дисперсионной среды в заданном массовом соотношении в непрерывном режиме, что уменьшает время выхода на рабочий режим установки.

Благодаря использованию статического многосекционного трубчатого аппарата эмульгирования, основным преимуществом которого является то, что смешение компонентов и дальнейшая обработка эмульсии производится в очень малых по объему зонах, не имеющих глухих мест, в интенсивном гидродинамическом режиме работы двух форсунок и перфорированных пластин, происходит интенсификация процесса эмульгирования и повышение производительности установки при одновременном повышении качества эмульсии.

Расстояния расположения перфорированной пластины в первой секции эмульгирования и форсунки с выходным отверстием в виде перфорированной пластины во второй секции эмульгирования определены опытным путем и позволяют эффективно использовать кинетическую энергию струи, выходящей из отверстий форсунок первой и второй секции, которая проявляется в подсасывании эмульсии из окружающей среды, что приводит к идеальному смешению фаз и интенсификации процесса эмульгирования.

Использование перфорированных пластин с n отверстиями по сравнению, например, с одним отверстием с эквивалентной суммарной площадью, позволила увеличить поверхность, на которой происходит сдвиг в

раз, и повысить качество эмульсии:

где:

d₀ - диаметр отверстия в пластинах, м;

d₁ - диаметр эквивалентного отверстия, м;

n - число отверстий диаметром d₀;

δ - толщина пластины, м;

S₁ - поверхность n отверстий, м²;

S₂ - поверхность одного эквивалентного отверстия, м².

Техническая сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами: на фиг. 1 представлена схема установки получения эмульсии для эмульсионных взрывчатых веществ; на фиг. 2 - статический многосекционный трубчатый аппарат эмульгирования; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 - разрез В-В на фиг. 2.

Установка получения эмульсии для эмульсионных взрывчатых веществ (фиг. 1) состоит из:

I - узла приготовления дисперсной фазы (раствора окислителя - РО);

II - узла приготовления дисперсионной среды (топливной фазы - ТФ);

III - узла эмульгирования.

Узел приготовления дисперсной фазы (I) содержит: устройство растарки и дозирования окислителя 1, 2; два обогреваемых аппарата с мешалками 3, 4 для приготовления раствора окислителя с общим объемом, обеспечивающим сменную производительность установки; дозировочное устройство воды 5; фильтр раствора окислителя 6; винтовой насос подачи раствора окислителя 7 в узел эмульгирования (III).

Узел приготовления дисперсионной среды (II) содержит: устройства предварительного разогрева компонентов топливной фазы 12, 13, в которых разогреваются бочки с компонентами ТФ 8, 9; погружные насосы 10, 11; расходомеры компонентов топливной фазы 14, 15; два аппарата с мешалками, один из которых 16 предназначен для приготовления топливной фазы, а другой 17 для накопления готовой топливной фазы; насос 18 подачи топливной фазы в емкость 17; фильтр топливной фазы 19; винтовой насос 20 подачи топливной фазы в узел эмульгирования (III).

Узел эмульгирования (III) содержит статический многосекционный трубчатый аппарат эмульгирования 25, соединенный с винтовыми насосами 7, 20 подачи соответственно дисперсной фазы и дисперсионной среды; фильтры тонкой очистки 21, 30; расходомеры Кориолиса 22, 29; трехходовые краны 23, 28. Производительность винтовых насосов и положение трехходовых вентилей управляется с помощью блока автоматического управления (БАУ) 24. Также узел содержит сборник горячей эмульсии 26; винтовой насос подачи эмульсии 27; теплообменник 31.

Статический многосекционный трубчатый аппарат эмульгирования (фиг. 2) включает в себя, по крайней мере, две секции эмульгирования 32, 33 с цилиндрическими корпусами и клапанный механизм 34 с цилиндрическим корпусом и выходным патрубком эмульсии 35.

Во входной части первой секции 32 размещена форсунка 36 для ввода РО, в зоне действия которой в цилиндрический корпус секции 32 вмонтирована кольцевая камера 37 со щелью 38 на ее внутренней стороне и с входным патрубком 39 для ТФ (фиг. 3). В секции 32 на расстоянии от 2-х до 5-и внутренних диаметров аппарата от кольцевой камеры 37 расположена перфорированная пластина 40 с отверстиями 41 (фиг. 4) диаметром 3÷10 мм. За перфорированной пластиной 40 во второй секции 33 на расстоянии от 3-х до 4-х внутренних диаметров аппарата расположена форсунка 42, выходное отверстие которой выполнено в виде перфорированной пластины 43 с отверстиями 44 (фиг. 5) диаметром 3÷10 мм.

Клапанный механизм 34 с цилиндрическим корпусом и выходным патрубком эмульсии 35 также содержит клапан 45, седло 46 клапана 45 с отверстием 47 для прохода эмульсии, возвратную пружину 48, которая прижимает клапан 45 к седлу 46 и расположена в направляющей втулке 49 с регулирующим винтом 50.

При этом секции эмульгирования 32, 33 и клапанный механизм 34 соединены между собой с помощью фланцев 51.

Заявляемая установка получения эмульсии для эмульсионного взрывчатого вещества работает следующим образом.

В узле (I) приготовления дисперсной фазы в аппаратах 3, 4 при постоянно работающей мешалке готовят водный раствор кальциевой и аммиачной селитр (раствор окислителя). Для приготовления раствора окислителя в аппараты 3, 4 с помощью дозировочного устройства воды 5 заливают нужное количество воды и в течение определенного промежутка времени с помощью устройства растарки и дозирования окислителя 1, 2 засыпают кальциевую и аммиачную селитры. Растворение окислителя ведут при температуре 90÷110°С. Температура раствора окислителя, вследствие поступления селитр и эндотермического эффекта растворения аммиачной селитры понижается. Для поддержания необходимой температуры в рубашки аппаратов (или змеевики) подается пар.

Приготовленный раствор окислителя через фильтр 6 винтовым насосом 7 подают в узел эмульгирования (III).

Одновременно, в узле (II) готовится дисперсионная среда (ТФ). Приготовление ТФ осуществляется в обогреваемой емкости 16 при постоянно работающей мешалке. Для приготовления ТФ в емкость 16 насосами 10, 11 через расходомеры 14, 15 дозируются компоненты ТФ, предварительно разогретые до температуры 40-50°С. Время смешения компонентов после окончания дозировки 10-15 мин. Затем готовую ТФ насосом 18 через фильтр 19 направляют в расходную емкость ТФ 17.

Далее при помощи винтовых насосов 7 и 20, расходомеров Кориолиса 22 и 29, трехходовых кранов 23 и 28, устанавливают циркуляционные потоки РО и ТФ в необходимом массовом соотношении и включают автоматический режим работы БАУ 24. В автоматическом режиме БАУ 24 обеспечивает автоматическое регулирования производительности насосов 7, 20 по заданным расходам путем изменения скорости вращения винтовых насосов 7 и 20. Когда установлено требуемое массовое соотношение РО и ТФ оператор установки нажимает кнопку «Пуск», после чего БАУ 24 последовательно переключает трехходовой кран 28 линии подачи ТФ в статический аппарат эмульгирования 25, а затем, через 1÷3 сек трехходовой кран 23 линии подачи РО в статический аппарат эмульгирования 25, обеспечивая опережающую подачу ТФ. Далее эмульгирование осуществляется в статическом аппарате эмульгирования 25 в непрерывном режиме, соотношение потоков автоматически поддерживает БАУ 24.

Процесс эмульгирования с помощью статического многосекционного трубчатого аппарата осуществляют следующим образом.

Через регулируемую щель 38 кольцевой камеры 37 подают ТФ со скоростью 6÷20 м/с.Затем через форсунку 36 со скоростью 9÷30 м/с, которая регулируется диаметром сопла форсунки 36, вводят РО, который в виде мельчайших частичек взаимодействует с направленным под углом 90° к оси аппарата кольцевым потоком ТФ. Это взаимодействие обеспечивает максимальное напряжение сдвига и максимально равномерное распределение компонентов в эмульсии.

Мгновенно образуется обратная эмульсия (Э), которая, пройдя через n отверстий 41 перфорированной пластины 40 (фиг. 4) получает дополнительное напряжение сдвига, вследствие чего увеличивается ее вязкость и улучшается качество.

Полученная обратная эмульсия поступает в форсунку 42, где под действием центробежной силы происходит дальнейшее равномерное распределение ее компонентов, а вследствие взаимодействия с перфорированной платиной 43 с отверстиями 44, выполняющей роль сопла форсунки (фиг. 5), достигают максимального напряжения сдвига, вследствие чего получают вязкую, качественную эмульсию.

При необходимости увеличить вязкость эмульсии задействуют клапанный механизм 34: эмульсия давит на клапан 45, отжимая его от седла 46, и пройдя через отверстие 47 седла 46 клапана 45 и образовавшуюся щель между клапаном и седлом получает дополнительное напряжение сдвига, поступает в клапанный механизм 34, а затем выгружается через выходной патрубок 35.

Горячая эмульсия поступает в сборник 26, откуда винтовым насосом 27 подается в теплообменник 31 для охлаждения или минуя теплообменник направляется на отгрузку (в зависимости от конкретного случая применения готового продукта).

Claims (2)

1. Установка получения эмульсии для эмульсионного взрывчатого вещества, содержащая узлы приготовления дисперсной фазы и дисперсионной среды с дозирующими устройствами и обогреваемыми аппаратами с мешалками, и узел эмульгирования с устройством эмульгирования, отличающаяся тем, что узел эмульгирования снабжен блоком автоматического управления подачей дисперсной фазы и дисперсионной среды, в качестве устройства эмульгирования используют статический многосекционный трубчатый аппарат, включающий, по крайней мере, две секции эмульгирования и клапанный механизм с выходным патрубком эмульсии, при этом во входной части первой секции размещена форсунка для ввода дисперсной фазы, в зоне действия которой в цилиндрический корпус аппарата вмонтирована кольцевая камера с входным патрубком для дисперсионной среды и на расстоянии от 2 до 5 внутренних диаметров аппарата от кольцевой камеры расположена перфорированная пластина с отверстиями диаметром 3-10 мм, а за перфорированной пластиной во второй секции эмульгирования на расстоянии от 3 до 4 внутренних диаметров аппарата расположена форсунка, выходное отверстие которой выполнено в виде перфорированной пластины с отверстиями диаметром 3-10 мм.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что секции эмульгирования и клапанный механизм соединены между собой с помощью фланцев.

Images