RU216787U1

RU216787U1 - Роторно-пульсационный гомогенизатор для изготовления обратных водомасляных эмульсий

Info

Publication number: RU216787U1
Application number: RU2022133559U
Authority: RU
Inventors: Максим Николаевич СУДАКОВ-СМОЛЕНСКИЙ
Original assignee: Максим Николаевич СУДАКОВ-СМОЛЕНСКИЙ
Filing date: 2022-12-20
Publication date: 2023-03-01

Abstract

Полезная модель относится к роторно-пульсационному гомогенизатору (РПГ) для механизированного изготовления обратных водомасляных эмульсий. Технический результат заключается в обеспечении бескавитационного режима течения эмульгируемой среды по устройству, при котором не происходит преждевременной сенсибилизации эмульсии газовыми пузырями, в результате чего эмульсия имеет способность к длительному хранению и «холодной» газогенерации, безопасна при изготовлении, хранении и транспортировании к местам назначения, и достигается за счет того, что РПГ содержит являющуюся цилиндрическим корпусом РПГ обечайку с входным патрубком, через который с помощью насоса осуществляется подвод обрабатываемой жидкости в рабочую камеру обечайки, статор в виде неподвижно закрепленной на фланце корпуса РПГ, соосно его оси цилиндрической двухрядной корзины, имеющей множество расположенных по ее окружности продольных каналов, ротор, представляющий собой вращающуюся на оси РПГ цилиндрическую двухрядную корзину с множеством расположенных по ее окружности продольных каналов, расположенный внутри выходного патрубка, прикрепленного к вышеуказанному фланцу корпуса РПГ, закрепленный на оси РПГ лопастной винт и установленный на выходном патрубке мембранный антикавитационный клапан, при этом в качестве обрабатываемой жидкости используется предварительно смешанные горячий раствор окислителя и топливный раствор, где горячий раствор окислителя имеет температуру выше точки кристаллизации для данной концентрации раствора.

Description

Полезная модель относится к устройствам для эмульгирования, а именно к роторно-пульсационному гомогенизатору (РПГ, смеситель) для механизированного изготовления обратных водомасляных эмульсий, в том числе для водоустойчивых эмульсионных взрывчатых веществ (ЭВВ). Полезная модель может быть использована в пищевой, микробиологической, химической, нефтехимической, фармацевтической, косметической и других отраслях промышленности, включая те, где требуется получение коллоидно-монодисперсных систем.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является известный (изготовитель ООО ИТП «ПРОМБИОФИТ» (prombiofit.com)) насос-гомогенизатор НГД-15 для получения обратных водомасляных эмульсий, содержащий статор, ротор и обечайку.

К основным недостаткам прототипа следует отнести:

- отсутствие возможности изготовления «холодной» эмульсии с длительным (1 год) сроком хранения вследствие: (а) использования раствора ГРО (горячий раствор окислителя) при температуре 60°С, что вызывает его кристаллизацию; (б) отсутствия лопастного винта; (в) подачи обрабатываемой жидкости (предварительно смешанный раствор ГРО и ТР (топливный раствор) на эмульгирование от оси к периферии;

- низкую производительность (7-10 тн/ч) из-за маленького (1500 см³) объема внутренней рабочей камеры.

Техническая задача (проблема), на решение которой направлена настоящая полезная модель, состоит в создании устройства для получения безопасной (неаэрированной) эмульсии с повышенным сроком годности и способностью к «холодной» газогенерации.

Основной технический результат, получаемый при осуществлении полезной модели, заключается в обеспечении бескавитационного режима течения эмульгируемой среды по устройству эмульгирования, при котором не происходит преждевременной сенсибилизации (чувствительности) эмульсии газовыми пузырями, в результате чего эмульсия имеет способность к длительному хранению и «холодной» газогенерации, безопасна при изготовлении, хранении и транспортировании к местам назначения.

Указанный технический результат достигается за счет того, что роторно-пульсационный гомогенизатор для изготовления обратных водомасляных эмульсий содержит являющуюся цилиндрическим корпусом РПГ обечайку с входным патрубком, через который с помощью насоса осуществляется подвод обрабатываемой жидкости в рабочую камеру обечайки; статор в виде неподвижно закрепленной на фланце корпуса РПГ, соосно его оси цилиндрической двухрядной корзины, имеющей множество расположенных по ее окружности продольных каналов; ротор, представляющий собой вращающуюся на оси РПГ цилиндрическую двухрядную корзину с множеством расположенных по ее окружности продольных каналов; расположенный внутри выходного патрубка, прикрепленного к вышеуказанному фланцу корпуса РПГ, закрепленный на оси РПГ лопастной винт и установленный на выходном патрубке мембранный антикавитационный клапан, при этом в качестве обрабатываемой жидкости используется предварительно смешанный раствор ГРО и ТР, где ГРО имеет температуру выше точки кристаллизации для данной концентрации раствора.

Для получения эмульсии необходимой дисперсности смесь раствора окислителя и нефтепродукта направляют в динамический аппарат эмульгирования РПГ (далее - гомогенизатор), в котором и происходит процесс эмульгирования. Примером обрабатываемой жидкости является смесь растворов: ГРО в виде смеси водного раствора аммиачной селитры и сульфаминовой кислотой и ТР в виде смеси ДТ, масла индустриального И40, эмульгатора полимерного.

Обечайка - цилиндрический корпус гомогенизатора с приваренным параллельно его оси входным (вводным) патрубком (патрубок нагнетания обечайки), предназначенным для подачи и равномерного распределения обрабатываемой жидкости внутри обечайки. Обечайка закреплена неподвижно на оси устройства между двумя фланцами.

Ротор представляет собой вращающуюся со скоростью до 3000 об/мин на оси устройства цилиндрическую двухрядную корзину с множеством расположенных по ее окружности продольных каналов (пазы, прорези/отверстия определенной формы). Ротор придает скорость потоку обрабатываемой жидкости за счет собственного вращения.

Статор - закрепленная неподвижно на фланце корпуса (обечайка) гомогенизатора соосно оси устройства цилиндрическая двухрядная корзина, имеющая множество расположенных по ее окружности продольных каналов.

Движение обрабатываемой жидкости в заявленном устройстве осуществляется под давлением, создаваемым насосом, от периферии через входной патрубок обечайки к оси устройства, при этом среда в аппарате не испытывает центробежных нагрузок, так как не происходит кавитационных разрывов в жидкой фазе. Устройство не работает как насос, не всасывает и не нагнетает жидкость, а осуществляет исключительно ее перемешивание. Эмульсия получается однородной и высокоплотной - без газовых пузырей.

Лопастной винт, представляющий собой закрепленную на оси РПГ вращающую ось с винтообразными лопастями, располагается внутри прикрепленного (сварка) к фланцу гомогенизатора выходного патрубка. Лопастной винт необходим для создания дополнительного (к изначально созданного насосом) избыточного давления (противодавления) в потоке внутри рабочей камеры (камера смешения) обечайки, что позволяет эмульсии дольше находиться в указанной камере, за счет чего происходит доизмельчение или более равномерное измельчение эмульсии, что увеличивает ее срок хранения и способность к «холодной» газогенерации (возможность газогенерации при отрицательных температурах).

Процесс доизмельчения эмульсии в аппарате эмульгирования может сопровождаться таким явлением, как кавитация. По этой причине гомогенизатор должен работать под избыточным (0,1-0,2 МПа) давлением, создание и регулирование которого и обеспечивает установленный снаружи за выходным патрубком (по линии подачи обрабатываемой жидкости) мембранный антикавитационный клапан предотвращающий аэрацию готовой эмульсии.

Таким образом, при использовании указанной схемы движения обрабатываемой жидкости и лопастного винта образуется безопасная эмульсия повышенного качества с равномерно распределенными по объему частицами размером >/= 1 мкм (низкая чувствительность эмульсии к детонации ВВ), неаэрированная и нечувствительная к удару и трению, т.е. безопасная при использовании, со сроком хранения до одного года.

За счет указанной схемы движения (наоборот относительно прототипа) потока обрабатываемой жидкости, наличия лопастного винта и использования ГРО с температурой выше точки кристаллизации для данной концентрации раствора ГРО и ГТ (например: 50°С ÷ 95°С при концентрации от 74 до 82%) данное устройство позволяет получать так называемую «холодную эмульсию», которая сохраняет текучесть и способность к газогенерации до - 50°С.

Благодаря использованию внутренней (рабочей) камеры гомогенизатора (обечайки) объемом 2051см³ производительность РПГ увеличена до 19 тн/час.

Для пояснения сущности заявленной полезной модели приводятся следующие графические материалы:

Фиг. 1 - обечайка;

Фиг. 2 - ротор;

Фиг. 3 - статор;

Фиг. 4 - лопастной вид;

Фиг. 5 - гомогенизатор в сборе (вид спереди, разрез);

Фиг. 6 - гомогенизатор в сборе (вид сверху).

Ниже для подтверждения промышленной осуществимости заявленной полезной модели приводится описание конструкции конкретного РПГ с производительностью 19 тн/ч (РПГ-19).

Гомогенизатор содержит обечайку 1 с входным патрубком 2, ротор 3, статор 4, лопастной винт 5.

Наружный диаметр ротора 3 под заявленную производительность составляет 180 мм. Ротор 3 имеет 24 продольных канала 6 шириной 6 мм, скорость вращения до 3000 об/мин.

Наружный диаметр статора 4, закрепленного неподвижно на фланце гомогенизатора, составляет 154 мм. Статор имеет 24 продольных канала 7 шириной 6 мм.

Принцип работы гомогенизатора заключается в следующем.

Обрабатываемая жидкость (предварительно смешанный раствор ГРО и ТР) под давлением (0,6-0,8 МПа) через входной патрубок 2 подается во внутреннюю полость (полость между наружной стенкой ротора и внутренней стенкой обечайки) 8 обечайки 1 и под действием давления и центробежной силы равномерно распределяется по всему объему обечайки 1.

При вращении ротора 3 его каналы 6 периодически совпадают с каналами 7 статора 4. Под действием давления обрабатываемая жидкость продавливается через каналы 7 и 6 статора 4 и 3 ротора, соответственно. В период времени, когда каналы 6 ротора 3 перекрыты стенкой статора 4, во внутренней полости 8 обечайки 1 давление на обрабатываемую жидкость возрастает, а при совмещении каналов 6 ротора 3 с каналами 7 статора 4 давление за короткий промежуток времени сбрасывается, в результате чего в каналах 7 статора 4 распространяется импульс давления. В связи с тем, что скорость потока обрабатываемой жидкости в каналах 7 статора 4 велика и имеет флуктуации, поток обрабатываемой жидкости является турбулентным. При вращении ротора 3 в зазоре между ротором 3 и статором 4 возникают большие сдвиговые напряжения. Рабочие поверхности ротора 3 и статора 4 воздействуют на жидкую гетерогенную среду за счет механического контакта поверхностей статора 4, ротора 3 и смеси растворов, создавая высокие срезывающие и сдвиговые усилия.

Под действием давления обрабатываемая жидкость проходит (продавливается) через каналы 6 ротора 3, каналы 7 статора 4, собирается в рабочей камере (внутренний объем ротора) обечайки (место эмульгирования) и продвигается к выходному патрубку 9 гомогенизатора.

В выходном патрубке 9 расположен лопастной винт 5, который при вращении дополнительно измельчает частицы эмульсии, а также создает противодавление внутри рабочей камеры (камера смешения) 10 обечайки 1, что позволяет эмульсии дольше в ней находиться.

Снаружи за выходным патрубком (по линии подачи обрабатываемой жидкости) установлен (не показан) мембранный антикавитационный клапан (BUrketDN=50 или аналог).

Примером конкретной эмульсии может служить эмульсия СИПЕКС: смесь ГРО - 92% и ТР - 8%.

Селитра, %	Вода, %	ДТ, %	Масло, %	Эмульгатор, %
72	20	4,6	2,28	1,12

Условия получения эмульсии: давление на входе 0,7 МПа, давление на выходе 0,1 МПа, температура смеси 80°С, скорость вращения 3000 об/мин.

Claims

1. Роторно-пульсационный гомогенизатор (РПГ) для изготовления обратных водомасляных эмульсий, содержащий являющуюся цилиндрическим корпусом РПГ обечайку с входным патрубком, через который с помощью насоса осуществляется подвод обрабатываемой жидкости в рабочую камеру обечайки, статор в виде неподвижно закрепленной на фланце корпуса РПГ, соосно его оси цилиндрической двухрядной корзины, имеющей множество расположенных по ее окружности продольных каналов, ротор, представляющий собой вращающуюся на оси РПГ цилиндрическую двухрядную корзину с множеством расположенных по ее окружности продольных каналов, расположенный внутри выходного патрубка, прикрепленного к вышеуказанному фланцу корпуса РПГ, закрепленный на оси РПГ лопастной винт и установленный на выходном патрубке мембранный антикавитационный клапан, при этом в качестве обрабатываемой жидкости используются предварительно смешанные горячий раствор окислителя и топливный раствор, где горячий раствор окислителя имеет температуру выше точки кристаллизации для данной концентрации раствора.

2. Гомогенизатор по п.1, отличающийся тем, что объем рабочей камеры обечайки составляет 2051 см³.