UA81211C2 - Method of homogenization - Google Patents

Description

Опис винаходу

Винахід належить до способів інтенсифікації масообміну і може бути застосований для інтенсифікації 2 процесів отримання дисперсій в харчовій, хімічній, нафтохімічній та інших галузях промисловості.

Відомий спосіб (Патент Росії Мо2001114084/12, МПК ВО1Е7/00, 11/00. КО БИПМ Мо13, 2003) для обробки рідинного проточного середовища в роторному апараті шляхом збудження імпульсної гідродинамічної кавітації в оброблюваній суміші за модуляторами, які створені патрубками-отворами ротора і статора.

У такий спосіб не забезпечується створення кавітаційної течії з необхідним технологічним ефектом, тому що 70 кавітаційні бульбашки, які виникають у зазорі між ротором і статором, не зносяться в ділянку потоку з підвищеним тиском, а залишаються в зазорі, створюючи порожнини, у зв'язку з чим більша частина зазору не використовується, перетворюючись на застійну зону. Крім того, такий апарат має значний гідравлічний опір, що призводить до недоцільних витрат енергії на його подолання.

Відомий спосіб створення кавітаційної течії (Патент України Моб6б6103 А МПК ВО6В1/18. Опубл.15.04.2004, 79 бюл. Мод), згідно з яким витікання струменя рідини через сопло в камеру змішування супроводжується штучним збудженням коливань у повздовжній площині, завдяки чому створюються умови для виникнення кавітаційної течії.

Цей спосіб не дає значного технологічного ефекту, тому що відсутні умови для гарантованого колапсу кавітаційних бульбашок, при яких останні випускають кумулятивні струмки, які є основним фактором подрібнення компонентів середовища в кавітаційній течії.

Також відомий спосіб для створення кавітаційної течії (Патент США Мо5971601, МПК ВОТЕБ/06, 20001, який передбачає витікання струменя з отвору у діафрагмі, що встановлена в циліндричній камері змішування, за умов співвідношення тиску Р. перед діафрагмою і Ро за нею Р./Ро«9,85. При цьому динамічний напір у струмені повинен бути не менше, ніж 0,15.Р.. За таких умов у струмені створюється кавітаційна течія, яка с 29 використовується для диспергування суміші рідин до стану емульсії. Ге)

Цей спосіб енергетично невигідний через те, що для створення кавітаційної течії потрібно розвинути високу швидкість течії, а діафрагма має великий гідравлічний опір, що призводить до значних місцевих втрат напору.

Відомий спосіб емульгування Заявка Мо20051148 від 1.12.2005), обраний за прототип, згідно з яким струмінь оброблюваної суміші витікає Через сопло в камеру змішування, на вході в яку створюють зону розрідження із - тиском, який нижче за тиск насиченої пари дисперсійної фази, а на виході з камери змішування створюють зону че підвищеного тиску.

Недоліком цього способу є те, що для отримання високодисперсних сумішей необхідно пропускати сч оброблювану рідину через камеру змішування декілька разів. «-

В основу винаходу поставлена задача вдосконалення процесу гомогенізації гетерогенного середовища на

Зо рідинній основі шляхом періодичного створення стрибка ущільнення за рахунок періодичного зменшення со вихідного отвору камери змішування. При цьому досягається багатократний вплив стрибків ущільнення на частинки дисперсної фази під час одного пропускання суміші через пристрій, що дозволяє значно інтенсифікувати процес гомогенізації. «

Поставлена задача вирішується тим, що в способі гомогенізації, згідно з яким потік оброблюваної рідинної З7З 70 суміші, рухаючись по трубопроводу, потрапляє Через сопло в герметично з'єднану з трубопроводом камеру с змішування, на вході в яку створюють зону розрідження, згідно з винаходом, на виході з камери змішування із "з заданою частотою створюють стрибок ущільнення шляхом періодичного зменшення розмірів вихідного отвору камери змішування, при цьому довжина камери змішування І повинна бути більшою за добуток швидкості звуку у суміші а та часу т, за який зменшується вихідний отвір камери змішування, І»а.х. бо 15 При витіканні струменя через сопло в камеру змішування відбувається скипання рідини. При цьому струмінь рідини набирає швидкість і розпадається зі створенням парових та газових бульбашок. Таким чином у камері - змішування створюється газорідинна суміш. При цьому швидкість течії для гарантованого кавітаційного скипання юю на вході в камеру змішування повинна бути: шу 20 (0

У Р-Р - Рекр де Р - тиск у потоці перед соплом; Ру - тиск у потоці на виході з сопла в камеру змішування; р - густина дисперсійної фази; Кер - критичне число кавітації, яке розраховується за геометричними параметрами входу до (Ф) камери змішування (Арзуманов З.С. Кавитация в местньїх гидравлических сопротивлениях / Москва, "Знергия", г) 19781.

На виході з камери змішування періодично створюють гідравлічний опір шляхом зменшення вихідного отвору во Камери змішування, наприклад, електромеханічною засувкою, внаслідок чого в потоці різко зростає місцевий тиск і відбувається стрибок ущільнення. Періодичне створення гідравлічного опору призводить до періодичного виникнення в потоці стрибків ущільнення.

При цьому максимальний тиск стрибка ущільнення в камері змішування Р стр розраховується за формулою

Вітте (МУіЩЧе У.Н. Міхіпд зпоскКзг іп йбмо-рпазе Пому. - ). ої Яцід тес., 1969, мо!/.З6, рі.4, тау.|: б5

(

Ветр- Ру на кру (сном Ру де дб - діаметр сопла, через яке потік потрапляє в приймальну частину камери змішування, а кзм - діаметр камери змішування.

При цьому парові та газові бульбашки в умовах протитиску активно колапсують з випусканням кумулятивних подрібнюючих струмків. Коли засувка рухається в напрямку перекриття каналу тиск у суміші перед засувкою 70 різко підвищується, і при цьому кавітаційні бульбашки колапсують. Коли засувка рухається в напрямку відкриття каналу тиск перед засувкою різко зменшується, і рідина знову скипає з утворенням нових парових бульбашок, які колапсують при наступному перекритті каналу. Тобто, періодичність створення протитиску обумовлює багатократність диспергуючої дії колапсуючих парових бульбашок на дисперсну фазу, що призводить до інтенсифікації процесів масообміну в потоці та подрібнення дисперсної фази.

Як відомо, швидкість просування збурення проти напрямку потоку дорівнює швидкості звуку у цьому потоці.

Довжина просування збурення дорівнює добутку швидкості звука та часу внесення збурення. Періодичне перекривання перетину потоку призводить до створення пульсуючої області високого тиску в потоці. Довжина цієї області не повинна перевищувати довжини камери змішування, інакше в область високого тиску потрапить місце виходу потоку з сопла, що унеможливить кавітаційне скипання рідини. Тому головною умовою перекривання вихідного отвору камери змішування є те, що довжина камери змішування І повинна бути більшою за добуток швидкості звуку у газорідинній суміші а та часу перекривання трубопроводу т:

І»а-х, де а можна визначити, наприклад, за |Нигматуллин Р.И. Об ударньїх волнах в жидкости с пузьірьками газа / "ДАН СССР", 1974, т.214, Мо4, ч.80). с

Заявлений спосіб можна реалізувати наступним чином. о

Потік рідини з гідравлічного контуру через сопло потрапляє в камеру змішування. На виході з сопла рідина скипає і перетворюється на газорідинну суміш. При цьому тиск і швидкість рідини регулюються таким чином, щоб задовільнити умову (1). Після виходу з сопла газорідинна суміш набирає швидкість і періодично потрапляє в зону підвищеного тиску, яка створюється на виході з камери змішування за допомогою електромеханічної «- засувки, яка зменшує перетин вихідного отвору із заданою частотою. -

При цьому в газорідинній суміші виникає пульсуюча область високого тиску, під дією якої утворені при скипанні рідини кавітаційні бульбашки колапсують з випусканням кумулятивних струмків, за рахунок чого се відбувається подрібнення дисперсної фази. Довжину зони колапсу кавітаційних бульбашок можна регулювати - зміною тиску рідини перед соплом і зміною перетину вихідного отвору камери змішування.

Приклад застосування способу (див. Фіг.) (ее)

Лабораторний стенд використовувався для приготування водо-масляних дисперсій із вмістом за масою дисперсної фази 2095. В установці оброблювана суміш попередньо нагрівалась у калорифері К до 702С і під тиском 0,4МПа за допомогою насоса 1 через сопло 2 потрапляла в приймальну камеру 3, яка з'єднана з « вакуум-насосом, під дією якого на виході з сопла 2 утворювався газорідинний потік, що потрапляв у зону стрибка ущільнення в камері змішування 4, який створювався внаслідок періодичного перекриття вихідного ші с отвору камери змішування малоінерційною електромеханічною засувкою 5. Після обробки суміш потрапляла в м ємність Є. Тиск перед соплом контролювався манометром М і складав 0,4МПа. Тиск у приймальній камері я контролювався вакуумметром М і складав 0,01МПа. Тиск у стрибку ущільнення контролювався малоінерційним датчиком високого тиску Д і складав 0,25МПа. Розміри дисперсної фази визначались за допомогою мікроскопа.

Результати експериментів зведені в таблицю. Порівняння розмірів частинок дисперсної фази, отриманих у со дослідах із частотою перекриття виходу з камери змішування 20, ЗО, 40 і 50Гц показало, що розмір частинок - настільки менший, наскільки більша частота перекривання вихідного отвору камери змішування. о) ою -з

Claims (1)

1. 59 Формула винаходу Ф) ка Спосіб гомогенізації, згідно з яким потік оброблюваної рідинної суміші, рухаючись по трубопроводу, потрапляє через сопло в герметично з'єднану з трубопроводом камеру змішування, на вході в яку створюють бо зону розрідження з тиском, нижчим за тиск насиченої пари дисперсійної фази, який відрізняється тим, що у камері змішування із заданою частотою створюють стрибок ущільнення шляхом періодичного зменшення розмірів вихідного отвору камери змішування, при цьому довжина камери змішування / повинна бути більшою за добуток швидкості звуку у суміші а та часу т, за який зменшується вихідний отвір камери змішування, /2 а-.

   б5