RU2136356C1

RU2136356C1 - Method and device for emulsification

Info

Publication number: RU2136356C1
Application number: RU98119489A
Authority: RU
Inventors: А.И. Афанасьев; В.А. Бычков; В.Ю. Елохин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "НПП Уралэконефто"
Priority date: 1998-10-23
Filing date: 1998-10-23
Publication date: 1999-09-10

Abstract

FIELD: emulsification by joint hydroacoustic treatment of immiscible liquids. SUBSTANCE: method consists in joint supply of liquids to be treated followed by intermittent discharge of mixture of liquid being treated from impeller cavity through row of passages provided in its circular peripheral wall directly to sectionally resonance chamber of stator formed by separate resonance chambers according to number of passages of impeller and discharge of emulsion from resonance chambers through outlet hole of stator which is in communication with these chambers. Radial length of resonance chambers is comparable with radial length of impeller passages and is found from formula. EFFECT: enhanced efficiency and operational reliability; increased field of application. 6 cl, 4 tbl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технологии приготовления высокодисперсной длительно устойчивой эмульсии из взаимно не смешивающихся жидкостей и непосредственно касается способа и устройства для эмульгирования таких жидкостей, в частности, углеводородных жидкостей и воды, путем их совместной гидроакустической обработки. Область промышленного применения изобретения охватывает нефтедобывающую, нефтеперерабатывающую, теплоэнергетическую, топливную, дорожно-строительную и смежные отрасли промышленности, а также любые другие отрасли, связанные с производством и/или применением подобного рода эмульсий. The invention relates to a technology for the preparation of highly dispersed, long-lasting stable emulsion from mutually immiscible liquids, and directly relates to a method and device for emulsifying such liquids, in particular hydrocarbon liquids and water, by their joint sonication. The field of industrial application of the invention covers oil production, oil refining, heat energy, fuel, road-building and related industries, as well as any other industries related to the production and / or use of such emulsions.

Известно устройство для трехступенчатого приготовления водомазутной эмульсии, содержащее средство для приготовления исходной грубодисперсной смеси воды и мазута путем ее многократного перемешивания, насос высокого давления для предварительного эмульгирования водомазутной смеси и гомогенизатор для окончательного эмульгирования путем продавливания эмульсии через капиллярную решетку (авт. св. СССР N 1236287, 1986). Дисперсность воды в мазуте составляет несколько десятков микрометров после предварительного эмульгирования и до 10 мкм после окончательного эмульгирования. Однако сравнительно высокая дисперсность достигается здесь сложными техническими средствами при низкой производительности. Устойчивость эмульсии к расслоению в данном случае некритична, поскольку приготовленная эмульсия сразу же подается к топочной форсунке. A device is known for a three-stage preparation of a water-oil emulsion, containing a means for preparing the initial coarse mixture of water and fuel oil by repeatedly mixing it, a high pressure pump for preliminary emulsification of the oil-oil mixture and a homogenizer for final emulsification by forcing the emulsion through a capillary grating (ed. St. USSR N 1236287) , 1986). The dispersion of water in fuel oil is several tens of micrometers after preliminary emulsification and up to 10 microns after final emulsification. However, a relatively high dispersion is achieved here by sophisticated technical means with low productivity. The resistance of the emulsion to delamination in this case is not critical, since the prepared emulsion is immediately fed to the combustion nozzle.

Известен смеситель (патент США N 4915509, 1988) для смешивания по крайней мере двух свободно текущих субстанций, который содержит ротор, включающий установленный в подшипниках вал и неподвижно соединенные с валом по крайней мере один рабочий диск с двойным рядом нормальных к нему пальцев, равномерно распределенных по окружности, и по крайней мере одно лопастное рабочее колесо; статор, вмещающий упомянутые рабочий диск и рабочее колесо и имеющий по крайней мере одну нормальную к оси ротора стенку с двойным рядом нормальных к ней пальцев, концентрично противолежащих по отношению к двойному ряду пальцев рабочего диска, а также впускные отверстия для подачи обрабатываемых жидкостей к концентричным противолежащим рядам пальцев рабочего диска и статора и выпускное отверстие для отвода эмульсии, сообщенное с выходом лопастного рабочего колеса; кольцевую камеру, ограниченную в радиальном направлении наружным рядом пальцев статора и его противолежащей концентричной стенкой и сообщенную со входом лопастного рабочего колеса; средство для привода ротора. Поскольку здесь рабочий диск по потоку предвключен лопастному рабочему колесу, такой смеситель в исполнении с одним рабочим диском и одним рабочим колесом обеспечивает дисперсность получаемой эмульсии порядка нескольких десятков микрометров, что недостаточно с точки зрения устойчивости эмульсии к расслоению, и для повышения дисперсности требуется соответственно увеличивать количество рабочих дисков и рабочих колес, т.е. существенно усложнять такое устройство в техническом отношении. При увеличенном количестве рабочих дисков и рабочих колес соответственно повышается гидродинамическое сопротивление системы, что существенно ограничивает возможности повышения производительности такого устройства. A known mixer (US patent N 4915509, 1988) for mixing at least two freely flowing substances, which contains a rotor including a shaft mounted in bearings and motionlessly connected to the shaft at least one working disk with a double row of normal fingers to it, evenly distributed circumference, and at least one blade impeller; a stator containing said impeller and impeller and having at least one wall normal to the rotor axis with a double row of fingers normal to it concentrically opposed to the double row of fingers of the working disc, as well as inlets for supplying processed fluids to opposite concentric the rows of fingers of the working disk and the stator and the outlet for emulsion removal, in communication with the output of the impeller; an annular chamber, limited in the radial direction by the outer row of the stator fingers and its opposite concentric wall and communicated with the input of the impeller; means for driving the rotor. Since here the working disk is upstream of the blade impeller, such a mixer with one working disk and one impeller ensures dispersion of the resulting emulsion on the order of several tens of micrometers, which is insufficient from the point of view of the stability of the emulsion to delamination, and it is necessary to increase the number accordingly impellers and impellers, i.e. significantly complicate such a device in technical terms. With an increased number of working disks and impellers, the hydrodynamic resistance of the system increases, which significantly limits the possibility of increasing the productivity of such a device.

Известны способ и устройство (патент России N 2081691, 1997), принятые за прототип для эмульгирования путем совместной гидроакустической обработки взаимно не смешивающихся жидкостей, заключающиеся в следующем: Способ эмульгирования включает совместную подачу подлежащих обработке жидкостей через подводящее отверстие статора в полость вращающегося внутри него рабочего колеса, прерывистый выпуск обрабатываемой смеси жидкостей из полости рабочего колеса в концентричную резонансную полость статора через ряд отверстий, равномерно распределенных в периферийной кольцевой стенке рабочего колеса и в примыкающей концентричной стенке статора, и отвод эмульсии из резонансной полости через выпускное отверстие статора. The known method and device (Russian patent N 2081691, 1997), adopted as a prototype for emulsification by joint hydroacoustic processing of mutually immiscible liquids, which are as follows: The emulsification method includes the joint supply of the liquids to be processed through the inlet opening of the stator into the cavity of the impeller rotating inside it , intermittent release of the processed mixture of liquids from the impeller cavity into the concentric resonant cavity of the stator through a series of holes, is uniformly distributed in the peripheral annular wall of the impeller and in the adjacent concentric wall of the stator, and the removal of the emulsion from the resonance cavity through the outlet of the stator.

Соответствующее этому способу эмульгирования устройство содержит ротор, включающий соединенное с валом рабочее колесо, выполненное в виде диска с периферийной кольцевой стенкой, в которой выполнен ряд равномерно распределенных отверстий для прохождения обрабатываемой смеси жидкостей, статор, вмещающий рабочее колесо и имеющий подводящее отверстие для подлежащих обработке жидкостей, сообщенное с полостью рабочего колеса, концентричную стенку, примыкающую с минимальным зазором к периферийной кольцевой стенке рабочего колеса и имеющую ряд равномерно распределенных отверстий для прохождения обрабатываемой смеси жидкостей, и концентричную резонансную полость, сообщенную с выпускным отверстием для эмульсии, средство для приведение ротора во вращение. The device corresponding to this emulsification method comprises a rotor, comprising an impeller connected to the shaft, made in the form of a disk with a peripheral annular wall, in which a series of uniformly distributed openings for passing the processed mixture of liquids are made, a stator containing the impeller and having a feed hole for the liquids to be treated connected with the cavity of the impeller, a concentric wall adjacent with a minimum clearance to the peripheral annular wall of the impeller and having th number of evenly distributed holes for passage of the treated liquid mixture and a concentric resonance cavity, communicating with the outlet of the emulsion, means for bringing the rotor into rotation.

Согласно описанию к указанному патенту России, это изобретение направлено на решение задачи достижения резонансных колебаний в полости ротора и полости корпуса, условием чего должно являться соотношение
(R_к - R_с)(R_р)^-1 = (0,22 + m)^-1,
где R_к - радиус внутренней поверхности корпуса,
R_с - радиус внешней поверхности статора,
R_р - радиус внутренней поверхности ротора,
m = 1, 2, 3 ... - любое целое число.According to the description of the specified Russian patent, this invention is aimed at solving the problem of achieving resonant oscillations in the cavity of the rotor and the cavity of the housing, the condition for which should be the ratio
(R _to - R _s ) (R _p ) ^-1 = (0.22 + m) ^-1 ,
where R _to - the radius of the inner surface of the housing,
R _{with the} radius of the outer surface of the stator,
R _p - the radius of the inner surface of the rotor,
m = 1, 2, 3 ... is any integer.

Однако в приведенном соотношении отсутствуют параметры, которые могли бы характеризовать колебательный процесс как таковой, а именно частота вращения ротора и количество отверстий в рабочем колесе и статоре. Это не позволяет говорить в данном случае о решении задачи достижения какого-либо резонанса, тем более при указании неограниченного числа m. However, in the given ratio there are no parameters that could characterize the oscillatory process as such, namely the rotor speed and the number of holes in the impeller and stator. This does not allow us to speak in this case of solving the problem of achieving any resonance, especially when specifying an unlimited number m.

С учетом вышеизложенного, в основе изобретения лежит задача создания таких способа и устройства для эмульгирования путем совместной гидроакустической обработки по крайней мере двух взаимно не смешивающихся жидкостей, которые позволили бы простыми и высокопроизводительными техническими средствами осуществить эффективное эмульгирование с получением длительно устойчивых высокодисперсных эмульсий. In view of the foregoing, the basis of the invention is the creation of such a method and device for emulsification by joint sonication of at least two mutually immiscible liquids that would allow simple and high-performance technical means to carry out effective emulsification to obtain long-lasting highly dispersed emulsions.

Указанная задача решается тем, что в способе эмульгирования путем совместной гидроакустической обработки по крайней мере двух взаимно не смешивающихся жидкостей, включающем, как и известный способ, совместную подачу подлежащих обработке жидкостей через подводящее отверстие статора в полость вращающегося внутри него рабочего колеса, прерывистый выпуск обрабатываемой смеси жидкостей из полости рабочего колеса в концентричную резонансную полость статора через ряд каналов, равномерно распределенных в периферийной кольцевой стенке рабочего колеса, и отвод эмульсии из резонансной полости через выпускное отверстие статора, согласно основному воплощению изобретения, прерывистый выпуск обрабатываемой смеси жидкостей из полости рабочего колеса осуществляют непосредственно в секционированную резонансную полость статора, образованную равномерно распределенными отдельными резонансными камерами, сообщенными с выпускным отверстием статора, количество которых равно количеству каналов рабочего колеса, а их радиальная протяженность соизмерима с радиальной протяженностью каналов рабочего колеса. This problem is solved by the fact that in the emulsification method by joint hydroacoustic treatment of at least two mutually immiscible liquids, including, as well as the known method, the joint supply of the liquids to be processed through the stator inlet into the cavity of the impeller rotating inside it, intermittent discharge of the processed mixture liquids from the impeller cavity to the concentric resonant cavity of the stator through a series of channels uniformly distributed in the peripheral annular wall of the slave of the other wheel, and emulsion removal from the resonance cavity through the stator outlet, according to the main embodiment of the invention, intermittent discharge of the processed mixture of liquids from the impeller cavity is carried out directly into the sectioned resonator stator cavity formed by uniformly distributed individual resonance chambers in communication with the stator outlet which is equal to the number of impeller channels, and their radial extent is comparable with the radial extent w channels of the impeller.

В предпочтительном воплощении изобретения радиальную протяженность L каналов рабочего колеса задают согласно следующей зависимости:
L = (1,35 ... 1,65)mc(Nn)^-1•10⁴ [мм],
где m - выбранное нечетное число в интервале 1 ... 7;
c - скорость звука в эмульсии, м/с;
N - количество каналов рабочего колеса;
n - частота вращения рабочего колеса, об/мин.In a preferred embodiment of the invention, the radial length L of the impeller channels is defined according to the following relationship:
L = (1.35 ... 1.65) mc (Nn) ^-1 • 10 ⁴ [mm],
where m is the selected odd number in the interval 1 ... 7;
c is the speed of sound in the emulsion, m / s;
N is the number of impeller channels;
n is the frequency of rotation of the impeller, rpm

В наиболее предпочтительном воплощении изобретения величину параметра L задают согласно следующей зависимости:
L = 1,5c(Nn)^-1•10⁴ [мм].In the most preferred embodiment of the invention, the value of the parameter L is set according to the following relationship:
L = 1.5c (Nn) ^-1 • 10 ⁴ [mm].

Способ эмульгирования согласно изобретению осуществляется с помощью устройства для эмульгирования согласно изобретению, образующего неотъемлемую составную часть общего изобретательского замысла. The emulsification method according to the invention is carried out using the emulsification device according to the invention, forming an integral part of the overall inventive concept.

В устройстве для эмульгирования путем совместной гидроакустической обработки жидкостей, реализующем вышеописанный способ эмульгирования и содержащем, как и известное устройство, ротор, включающий опирающийся на подшипники вал и по крайней мере одно соединенное с валом рабочее колесо, выполненное в виде диска с периферийной кольцевой стенкой, в которой выполнен ряд равномерно распределенных каналов для прохождения обрабатываемой смеси жидкостей, статор, вмещающий рабочее колесо и имеющий подводящее отверстие для подлежащих обработке жидкостей, сообщенное с полостью рабочего колеса, и концентричную рабочему колесу резонансную полость, примыкающую с минимальным зазором к периферийной кольцевой стенке рабочего колеса и сообщенную с выпускным отверстием для эмульсии, средство для привода ротора с заданной частотой вращения,
согласно основному воплощению изобретения, резонансная полость статора выполнена секционированной в виде равномерно распределенных отдельных резонансных камер, сообщенных с выпускным отверстием статора, количество которых равно количеству каналов рабочего колеса, а их радиальная протяженность соизмерима с радиальной протяженностью каналов рабочего колеса.In the device for emulsification by joint hydroacoustic treatment of liquids that implements the above method of emulsification and containing, like the known device, a rotor including a bearing bearing shaft and at least one impeller connected to the shaft, made in the form of a disk with a peripheral annular wall, which is made of a series of uniformly distributed channels for the passage of the processed mixture of liquids, a stator accommodating the impeller and having a feed hole for being processed fluid communication with the cavity of the impeller, and the impeller is concentric resonance cavity adjacent with a minimum clearance to the peripheral annular wall of the rotor and communicating with the outlet of the emulsion, means for driving the rotor at a predetermined rotation frequency,
according to the main embodiment of the invention, the resonant cavity of the stator is sectioned in the form of uniformly distributed separate resonant chambers in communication with the outlet of the stator, the number of which is equal to the number of channels of the impeller, and their radial extent is comparable with the radial length of the channels of the impeller.

В предпочтительном воплощении изобретения радиальная протяженность L каналов рабочего колеса составляет величину согласно зависимости (I). In a preferred embodiment of the invention, the radial length L of the impeller channels is a value according to dependence (I).

В наиболее предпочтительном воплощении изобретения параметр L составляет величину согласно зависимости (II). In a most preferred embodiment of the invention, the parameter L is a value according to dependence (II).

В основном воплощении способа и устройства для эмульгирования согласно изобретению благодаря выпуску обрабатываемой смеси жидкостей из каналов рабочего колеса непосредственно в отдельные соизмеримые с каналами рабочего колеса резонансные камеры статора осуществляется двойная гидроакустическая обработка жидкостей, а именно как в объеме каналов рабочего колеса, так и в объеме резонансных камер статора. Тем самым принципиально достигается эффективная гидроакустическая обработка жидкостей с получением длительно устойчивой высокодисперсной эмульсии. In the main embodiment of the method and device for emulsification according to the invention, due to the release of the processed mixture of liquids from the channels of the impeller directly into separate resonator chambers of the stator, which are comparable with the channels of the impeller, double hydroacoustic processing of liquids is carried out, namely, both in the volume of the channels of the impeller and in the stator cameras. Thereby, in principle effective hydroacoustic treatment of liquids is achieved with obtaining a long-lasting stable finely dispersed emulsion.

В предпочтительном воплощении изобретения благодаря заданию радиальной протяженности каналов рабочего колеса, примерно (±10%) кратной четверти длины звуковой волны согласно зависимости (I), достигается двойной резонансный эффект и соответственно повышается эффективность эмульгирования. Вне указанных пределов эффективность эмульгирования сохраняется на уровне основного воплощения изобретения. In a preferred embodiment of the invention, by setting the radial length of the channels of the impeller to approximately (± 10%) a multiple of a quarter of the sound wavelength according to dependence (I), a double resonance effect is achieved and the emulsification efficiency is accordingly increased. Outside of these limits, the effectiveness of emulsification is maintained at the level of the main embodiment of the invention.

В наиболее предпочтительном воплощении изобретения благодаря заданию радиальной протяженности каналов рабочего колеса, равной четверти длины звуковой волны согласно зависимости (II), достигается наиболее высокая эффективность эмульгирования. In the most preferred embodiment of the invention, by setting the radial length of the channels of the impeller equal to a quarter of the sound wavelength according to dependence (II), the highest emulsification efficiency is achieved.

На фиг. 1 представлен продольный разрез I-I (фиг. 2) устройства для эмульгирования, на фиг. 2 - поперечное сечение II-II (фиг. 1) устройства для эмульгирования. In FIG. 1 shows a longitudinal section I-I (FIG. 2) of an emulsification device, FIG. 2 is a cross section II-II (FIG. 1) of an emulsification device.

Способ эмульгирования путем совместной гидроакустической обработки по крайней мере двух взаимно не смешивающихся жидкостей (фиг. 1) предусматривает совместную подачу подлежащих обработке жидкостей в полость 1 рабочего колеса 2 через сообщенное с ней подводящее отверстие 3 статора 4. Посредством вращения рабочего колеса 2 обрабатываемая смесь жидкостей прерывисто выпускается из его полости 1 в концентричную резонансную полость 5 статора 4 через ряд каналов 6, равномерно распределенных в окружном направлении в периферийной кольцевой стенке 7 рабочего колеса 2. Обработанная смесь жидкостей в виде эмульсии отводится из резонансной полости 5 через сообщающееся с ней выпускное отверстие 8 статора 4. The method of emulsification by joint hydroacoustic treatment of at least two mutually immiscible liquids (Fig. 1) involves the joint supply of the fluids to be treated into the cavity 1 of the impeller 2 through the inlet opening 3 of the stator 4. By rotating the impeller 2, the processed mixture of liquids is discontinuous is released from its cavity 1 into the concentric resonant cavity 5 of the stator 4 through a series of channels 6 uniformly distributed in the circumferential direction in the peripheral annular wall 7 of the impeller 2. The processed mixture of liquids in emulsion form is discharged from the resonant cavity 5 through the communication with the outlet opening 8 therein the stator 4.

В основном воплощении способа эмульгирования согласно изобретению прерывистый выпуск обрабатываемой смеси жидкостей из полости 1 рабочего колеса 2 осуществляют непосредственно в секционированную резонансную полость 5 статора 4, образованную равномерно распределенными в окружном направлении отдельными резонансными камерами 9, сообщенными с выпускным отверстием 8 статора 4. Количество резонансных камер 9 статора 4 равно количеству каналов 6 рабочего колеса 2, а радиальная протяженность резонансных камер 9 соизмерима с радиальной протяженностью каналов 6. Периодическое резкое прерывание потоков, исходящих из каналов 6 вращающегося рабочего колеса 2, осуществляется перемычками 10 между резонансными камерами 9 статора 4, периодически перекрывающими каналы 6. Тем самым в протекающей жидкости возбуждаются механические колебания звуковой частоты, зависящей от частоты вращения рабочего колеса 2 и количества его каналов 6. In the main embodiment of the emulsification method according to the invention, intermittent discharge of the liquid mixture to be processed from the cavity 1 of the impeller 2 is carried out directly into the sectioned resonant cavity 5 of the stator 4, formed by the individual resonant chambers 9 evenly distributed in the circumferential direction, connected to the outlet 8 of the stator 4. The number of resonant chambers 9 of the stator 4 is equal to the number of channels 6 of the impeller 2, and the radial length of the resonance chambers 9 is comparable with the radial length the number of channels 6. Periodic sharp interruption of the flows coming from the channels 6 of the rotating impeller 2 is carried out by jumpers 10 between the resonant chambers 9 of the stator 4, periodically blocking the channels 6. Thus, mechanical vibrations of sound frequency are excited in the flowing fluid, depending on the frequency of rotation of the impeller 2 and the number of its channels 6.

В предпочтительном воплощении способа радиальную протяженность L (фиг. 2) каналов 6 рабочего колеса 2 задают согласно следующей зависимости:
L = (1,35 ... 1,65)mc(Nn)^-1•10⁴ [мм],
где m - выбранное нечетное число в интервале 1 ... 7,
c - скорость звука в эмульсии, м/с,
N - количество каналов рабочего колеса,
n - частота вращения рабочего колеса, об./мин.In a preferred embodiment of the method, the radial length L (Fig. 2) of the channels 6 of the impeller 2 is set according to the following relationship:
L = (1.35 ... 1.65) mc (Nn) ^-1 • 10 ⁴ [mm],
where m is the selected odd number in the interval 1 ... 7,
c is the speed of sound in the emulsion, m / s,
N is the number of channels of the impeller,
n is the frequency of rotation of the impeller, rpm

В этом случае радиальная протяженность каналов 6 рабочего колеса 2 является величиной, примерно (с точностью ±10%) кратной четверти длины звуковой волны, чем достигается двойной резонансный эффект как в объеме каналов 6 рабочего колеса 2, так и в объеме резонансных камер 9 статора 4, радиальная протяженность которых соизмерима с радиальной протяженностью каналов 6 рабочего колеса 2. In this case, the radial length of the channels 6 of the impeller 2 is approximately (with an accuracy of ± 10%) a multiple of a quarter of the length of the sound wave, which achieves a double resonance effect both in the volume of the channels 6 of the impeller 2 and in the volume of the resonant chambers 9 of the stator 4 the radial extent of which is commensurate with the radial extent of the channels 6 of the impeller 2.

В наиболее предпочтительном воплощении способа радиальную протяженность L каналов 6 рабочего колеса 2 задают согласно следующей зависимости:
L = 1,5c(Nn)^-1•10⁴ [мм].In the most preferred embodiment of the method, the radial length L of the channels 6 of the impeller 2 is set according to the following relationship:
L = 1.5c (Nn) ^-1 • 10 ⁴ [mm].

В этом случае радиальная протяженность каналов 6 рабочего колеса 2 составляет четверть длины звуковой волны, благодаря чему достигается наиболее выраженный двойной резонансный эффект в объемах каналов 6 рабочего колеса 2 и резонансных камер 9 статора 4. In this case, the radial length of the channels 6 of the impeller 2 is a quarter of the sound wavelength, thereby achieving the most pronounced double resonance effect in the volumes of the channels 6 of the impeller 2 and the resonant chambers 9 of the stator 4.

Устройство для осуществления вышеописанного способа эмульгирования (фиг. 1) содержит ротор 11 с валом 12, опирающимся на подшипники 13 и 14, и по крайней мере одно неподвижно соединенное с валом 12 рабочее колесо 2, выполненное в виде диска 15 с периферийной кольцевой стенкой 7. В последней выполнен ряд равномерно распределенных в окружном направлении каналов 6 для прохождения обрабатываемой смеси жидкостей. Окружная ширина каналов 6, с одной стороны, и перемычек между ними, с другой стороны, на внешней поверхности рабочего колеса 2 одна и та же. Вмещающий рабочее колесо 2 статор 4 имеет подводящее отверстие 3 для подлежащих обработке жидкостей, сообщенное с полостью 1 рабочего колеса 2, и выпускное отверстие 8 для эмульсии. Статор 4 имеет также концентричную рабочему колесу 2 резонансную полость 5, примыкающую с минимальным зазором к периферийной кольцевой стенке 7 рабочего колеса 2. A device for implementing the above-described emulsification method (Fig. 1) comprises a rotor 11 with a shaft 12 supported by bearings 13 and 14, and at least one impeller 2 fixedly connected to the shaft 12, made in the form of a disk 15 with a peripheral annular wall 7. In the latter, a number of channels 6 are evenly distributed in the circumferential direction for passing the processed mixture of liquids. The circumferential width of the channels 6, on the one hand, and the jumpers between them, on the other hand, on the outer surface of the impeller 2 is the same. The stator 4 containing the impeller 2 has an inlet 3 for the fluids to be treated, in communication with the cavity 1 of the impeller 2, and an outlet 8 for the emulsion. The stator 4 also has a concentric impeller 2 with a resonant cavity 5 adjacent with a minimum clearance to the peripheral annular wall 7 of the impeller 2.

В основной форме воплощения устройства согласно изобретению резонансная полость 5 статора 4 выполнена секционированной в виде равномерно распределенных в окружном направлении отдельных резонансных камер 9, сообщенных с выпускным отверстием 8 статора 4, количество которых равно количеству каналов 6 рабочего колеса 2, а их радиальная протяженность соизмерима с радиальной протяженностью каналов 6 рабочего колеса 2. Радиальная протяженность L (фиг. 2) каналов 6 рабочего колеса 2 объективно не превышает половины радиуса R периферийной кольцевой поверхности рабочего колеса 2. In the main embodiment of the device according to the invention, the resonant cavity 5 of the stator 4 is sectioned in the form of individual resonant chambers 9 evenly distributed in the circumferential direction, connected to the outlet 8 of the stator 4, the number of which is equal to the number of channels 6 of the impeller 2, and their radial extent is comparable to the radial length of the channels 6 of the impeller 2. The radial length L (Fig. 2) of the channels 6 of the impeller 2 does not objectively exceed half the radius R of the peripheral annular Impeller overhnosti 2.

В предпочтительной форме воплощения устройства радиальная протяженность L каналов 6 рабочего колеса 2 составляет величину согласно зависимости (I). In a preferred embodiment of the device, the radial extent L of the channels 6 of the impeller 2 is a value according to dependence (I).

В наиболее предпочтительной форме воплощения устройства радиальная протяженность L каналов 6 рабочего колеса 2 составляет величину согласно зависимости (II). In the most preferred embodiment of the device, the radial extent L of the channels 6 of the impeller 2 is a value according to dependence (II).

Во всех формах воплощения устройства согласно изобретению вал 12 ротора 11 с помощью муфты 16 соединен со средством для привода ротора 11 с заданной частотой вращения n, например, с электродвигателем 17. Привод ротора 11 может осуществляться также от других подходящих двигателей известных типов как непосредственно, так и с использованием известных передаточных механизмов, в том числе с возможностью регулирования частоты вращения известными способами. In all forms of embodiment of the device according to the invention, the shaft 12 of the rotor 11 is connected via a clutch 16 to the means for driving the rotor 11 with a given speed n, for example, to an electric motor 17. The rotor 11 can also be driven from other suitable engines of known types either directly or and using known gears, including with the ability to control the speed of rotation by known methods.

Для решения обычных практических задач эмульгирования достаточно применения устройства с одним рабочим колесом 2. В случаях эмульгирования труднообрабатываемых исходных жидкостей и/или повышенных требований к свойствам эмульсии ротор 11 может содержать два и более обычным образом установленных на общем валу 12 рабочих колес 2, которые по потоку жидкой среды соединены последовательно. Рабочее колесо 2 по аналогии с центробежными насосными колесами закрытого типа может быть выполнено с лопатками 18 и покрывающим диском 19, как показано на чертежах. Однако без изменения сущности изобретения лопатки 18 и покрывающий диск 19 могут отсутствовать. To solve the usual practical problems of emulsification, it is sufficient to use a device with one impeller 2. In cases of emulsification of difficult-to-handle feed liquids and / or increased requirements for the properties of the emulsion, the rotor 11 may contain two or more impellers 2, which are normally installed on a common shaft 12, which are downstream liquid media are connected in series. The impeller 2, by analogy with the centrifugal pump wheels of the closed type, can be made with blades 18 and a covering disk 19, as shown in the drawings. However, without changing the essence of the invention, the blades 18 and the covering disk 19 may be absent.

Количество N каналов 6 рабочего колеса 2 выбирается в зависимости от желаемой звуковой частоты F вынужденных колебаний в жидкой среде с учетом оптимальных для конкретных практических случаев габаритных размеров устройства, приемлемой частоты вращения n ротора 11 и технологически выполнимой окружной ширины каналов 6 рабочего колеса 2 и резонансных камер 9 статора 4. Частота F звуковых колебаний определяется следующим соотношением:
F = 0,0167Nn [Гц].The number N of channels 6 of the impeller 2 is selected depending on the desired sound frequency F of forced vibrations in a liquid medium, taking into account the overall dimensions of the device, optimal for specific practical cases, an acceptable rotational speed n of the rotor 11, and technologically feasible circumferential width of the channels 6 of the impeller 2 and resonant chambers 9 of the stator 4. The frequency F of sound vibrations is determined by the following ratio:
F = 0.0167Nn [Hz].

Описанное устройство для эмульгирования работает следующим образом. The described device for emulsification works as follows.

Подлежащие обработке жидкости совместно подаются в направлении стрелки (фиг. 1) через подводящее отверстие 3 статора 4 в полость 1 рабочего колеса 2. Ротор 11 с рабочим колесом 2 через муфту 16 приводится с расчетной частотой вращения n с помощью электродвигателя 17. Из полости 1 рабочего колеса 2 обрабатываемая смесь жидкостей под развиваемым рабочим колесом 2 напором выходит через его каналы 6 и поступает в резонансные камеры 9 секционированной резонансной полости 5 статора 4. При этом истекающие из каналов 6 потоки жидкости претерпевают периодические резкие прерывания вследствие периодического перекрывания каналов 6 перемычками 10 резонансных камер 9. Из резонансных камер 9 полученная эмульсия отводится через сообщающееся с ними выпускное отверстие 8 статора 4 в направлении, показанном стрелкой. Устройство работоспособно в любом пространственном положении. The fluids to be treated are jointly fed in the direction of the arrow (Fig. 1) through the inlet 3 of the stator 4 into the cavity 1 of the impeller 2. The rotor 11 with the impeller 2 through the clutch 16 is driven with a design speed n using an electric motor 17. From the cavity 1 of the working wheels 2, the processed mixture of liquids under the pressure impeller 2 being developed exits through its channels 6 and enters the resonance chambers 9 of the sectioned resonant cavity 5 of the stator 4. At the same time, the fluid flows flowing from the channels 6 undergo periodic skie abrupt interruption due to periodic passages 6 overlapping webs 10 of the resonance chambers of the resonance chamber 9. From 9 resulting emulsion drained through them communicating with the outlet 8 of the stator 4 in the direction shown by the arrow. The device is operable in any spatial position.

Обработке согласно изобретению могут быть успешно подвергнуты практически любые взаимно не смешивающиеся естественные и искусственные жидкости, а также всевозможные растворы, эмульсии, суспензии и т.п. в широком диапазоне вязкости и других физико- химических свойств. Одним из компонентов жидкой обрабатываемой смеси с успехом может быть твердое вещество, вводимое как в сухом предварительно измельченном виде, так и в виде суспензии. Practically any mutually immiscible natural and artificial liquids, as well as all kinds of solutions, emulsions, suspensions, etc., can be successfully processed according to the invention. in a wide range of viscosity and other physicochemical properties. One of the components of the liquid processed mixture with success can be a solid substance, introduced both in dry pre-ground form and in the form of a suspension.

Способ и устройство для эмульгирования согласно изобретению могут быть применены для приготовления эмульсий как с отсроченным, так и с непосредственным использованием в определенных технологических процессах при рациональном совмещении с операцией перекачивания к месту потребления. Например, устройство согласно изобретению для приготовления водомазутной эмульсии, непосредственно потребляемой котельным отопительным агрегатом, может быть встроено в систему топливоподачи к топливным форсункам. При отсроченном использовании эмульсии, приготовленной согласно изобретению, она может транспортироваться и/или храниться в течение достаточно длительного срока, который может исчисляться многими месяцами при нормальной и повышенной температуре и до месяца и более при максимальной допустимой температуре (99^oC).The method and device for emulsification according to the invention can be used for the preparation of emulsions with both delayed and direct use in certain technological processes with rational combination with the operation of pumping to the place of consumption. For example, a device according to the invention for the preparation of a water-oil emulsion directly consumed by a boiler heating unit can be integrated in a fuel supply system to fuel nozzles. With the delayed use of the emulsion prepared according to the invention, it can be transported and / or stored for a sufficiently long period, which can be calculated for many months at normal and elevated temperatures and up to a month or more at the maximum allowable temperature (99 ^o C).

Ниже приведены конкретные примеры (табл. 1 - 4) практической реализации способа и устройства для эмульгирования согласно изобретению применительно к приготовлению топливной водомазутной эмульсии (скорость звука в эмульсии 1360 м/с). При этом термин "устойчивость эмульсии" здесь означает ее устойчивость к расслоению, выражаемую сроком ее хранения при определенной температуре до неспровоцированного выделения из эмульсии свободной воды в условном количестве 10% (об.) от ее исходного содержания. The following are specific examples (Tables 1 to 4) of the practical implementation of the method and device for emulsification according to the invention in relation to the preparation of a fuel-oil-oil emulsion (the speed of sound in the emulsion is 1360 m / s). Moreover, the term "stability of the emulsion" here means its resistance to delamination, expressed by the shelf life at a certain temperature until unprovoked release of free water from the emulsion in a conditional amount of 10% (vol.) Of its initial content.

Claims

1. The method of emulsification by joint hydroacoustic treatment of at least two mutually immiscible liquids, comprising the joint supply of the fluids to be processed through the stator inlet into the cavity of the impeller rotating inside it, intermittent discharge of the processed fluid mixture from the impeller cavity into the concentric resonant stator cavity through a series of channels uniformly distributed in the peripheral annular wall of the impeller, and the emulsion is removed from the resonance cavity through stator outlet, characterized in that the intermittent discharge of the liquid mixture to be processed from the impeller cavity is carried out directly into the sectioned resonant cavity of the stator formed by uniformly distributed individual resonant chambers in communication with the stator outlet, the number of which is equal to the number of channels of the impeller, and their radial extent commensurate with the radial length of the channels of the impeller.

2. The emulsification method according to claim 1, characterized in that the radial length L of the impeller channels is set according to the following relationship:
L = (1.35 ... 1.65) mc (Nn) ^-1 • 10 ⁴ , mm,
where m is the selected odd number in the range of 1 to 7,
c is the speed of sound in the emulsion, m / s;
N is the number of impeller channels;
n is the frequency of rotation of the impeller, rpm

3. The emulsification method according to claim 2, characterized in that the preferred value of the parameter L is set according to the following relationship:
L = 1.5c (Nn) ^-1 • 10 ⁴ , mm.

4. Device for emulsification by joint sonic treatment of liquids, comprising a rotor, including a shaft supported by bearings and at least one impeller connected to the shaft, made in the form of a disk with a peripheral annular wall, in which a series of uniformly distributed channels for passing the processed mixture are made liquids, a stator containing the impeller and having an inlet for the liquids to be treated, in communication with the cavity of the impeller, and a concentric impeller I have a resonant cavity adjacent with a minimum clearance to the peripheral annular wall of the impeller and communicated with the outlet for emulsion, means for driving the rotor with a given rotation speed, characterized in that the resonant cavity of the stator is sectioned in the form of uniformly distributed separate resonant chambers communicated with the stator outlet, the number of which is equal to the number of channels of the impeller, and their radial extent is comparable with the radial length of the channels Static preparation wheels.

5. The device for emulsification according to claim 4, characterized in that the radial length L of the channels of the impeller is
L = (1.35 ... 1.65) mc (Nn) ^-1 • 10 ⁴ , mm,
where m is the selected odd number in the range of 1 to 7;
c is the speed of sound in the emulsion, m / s;
N is the number of impeller channels;
n is the frequency of rotation of the impeller, rpm

6. The device for emulsification according to claim 5, characterized in that the preferred value of the parameter L is
L = 1.5c (Nn) ^-1 • 10 ⁴ , mm.