Способ получения эмульсий

. 13 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1 М АВТОРСМОМ ИДЕТЕЛЬСТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРпО делАм изОБРетенийи ОткРытий(71) Институт технической теплофизки АН УССР(54) (.57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭМУЛЬСИЙ,включающий обработку жидкости путемсужения ее потока, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью снижения энергозатрат, в жидкость предварительно вводят газ и сужение потокаосуществляют со ступенчатым понижением давления, при этом отношение давления перед каждой ступенью к давлениюпосле нее равно 1, 2-3.Изобретение относится к топливной,микробиологической, медицинской и другим отраслям промышленности и можетшироко использоваться в различных отраслях промышленности.Известен способ получения эмульсийс помощью ультразвука.Однако известный способ полученияэмульсии требует для своего осуществления сложного дорогостоящего оборудования.Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ получения эмульсий,включающий обработку жидкости путемсужения ее потока в гидравлическомсопротивлении, продукт продавливаетсячерез узкую кольцевую щель.Однако для осуществления данногоспособа требуются насосы, развивающие давление выше 100 атм, Кроме того,эти устройства ненадежны в работе,так как происходит частое засорениещели, в которой осуществляется эмульгирование. 25Целью изобретения является снижение энергозатрат.Поставленная цель достигается тем,что согласно способу получения эмульсий, включающему обработку жидкостипутем сужения ее потока, в жидкостьпредварительно вводят газ и сужениепотока осуществляют со ступенчатымпонижением давления, при этом отношение давления перед каждой ступенью к 35давлению после нее равно 1,2-3.При прочих равных условиях от величины этого соотношения зависит дисйерсность дискретной фазы. Чем это соотношение выше, тем размер дискретной 40фазы при прочих равных условиях меньР,ше. Если - с 1,2, то образуется смесь,гФв которой размер дисперсной фазы вышеР( 4519-20 мкм. Если в )3 то в зависимоср Эгти от физических свойств жидкостиразмер дискретной фазы составляет2-0,2 мкм, Благодаря присутствию вжидкости пузырьков химически кейтрального газа при сбросе давления происходит увеличение объема пузырька,поверхность пузырькапри этом становится источником высокочастотных колебаний. Колебания пузырьков возбуждают колебания во всем объеме жидкости, энергия этих колебаний диссипируется возле дисперсной фазы, при этомпроисходит деформация дисперсных вклю. чений и их разрушение. Дополнительное дробление дисперсной фазы происходит вследствие того, чтЬ возле каждого пузырька образуется гидродинамический пограничный слой, попадая в который дисперсная фаза разрушается под действием градиента скоростей. Если при получении 1 мэ эмульсии по известному способу затрачивается 3,5 - 6,9 кВт/ч, то по предлагаемому способу - 0,1-1,2 кВт/ч, При этом размер шариков эмульсии в предлагаемом и известном способах примерно один и тот же и составляет 1-2 мкм, Ступенчатое понижение давления необходимо, так как ввиду неравномерности потока (наличия профиля скоростей при движении потока по трубопроводу, наличия газовых пузырьков разных размеров и неравномерных включений дисперсного компонента) сброс давления при пропуска-. нии газожидкостного потока через диспергатор воздействует неодинаково на каждый элемент дисперсной Фазы.На чертеже изображена схема установки для осуществления предлагаемого способа.Установка включает устройства подачи жидких компонентов 1 и 2 и воздуха 3, трубопровод 4, смеситель 5 и емкость 6, Смеситель 5 состоит из трубки 7 и диафрагм 8. П р и м е р 1, В трубопровод 4 одо новременно подаются нагретый до 50 С мазут, вода и воздух, часовые расходы в количествах 3,5 м, 0,7 мэ, 2 нмз соответственно. Давление в трубопроводе при этом составляет 0,45 ИПа. Из трубопровода газожидкостная дисперсия попадает в смеситель 5, состоящий из трубки, диаметром 16 мкм и длиной 0,5 м, в которой последовательно расположены три диафрагмы диаметром 10 мм.При прохождении через смеситель благодаря наличию диафрагмы возбуждается колебание пузырьков газа. В среднем на каждой диафрагме теряется 0,13 ИПа. При этом происходит резкое, за тысячи доли секунд, увеличение размеров пузырьков и возбуждается колебание их поверхности. Энергия этих колебаний реализуется у дисперсной фазы, в частности, на границе раздела вода - мазут происходит дробление водяных капель. Размер частиц воды не превышает 1 мкм. Эмульсия из смез113683 сителя поступает в емкость 6, откуда выводится для реализации.П р и м е р 2. В трубопровод 4 одо новременно подаются нагретый до 50 С5 кашалотовый жир, 1,57-ный водный раствор мыла (мыло в качестве стабилизатора эмульсии) и воздух. В час поступает 2 м жира, 2 м воды, 2 нм воздуха соответственно. Давление в трубопроводе 0,7 МПа. Из трубопровода дисперсия поступает в смеситель, состоящий из трубки 16 мм и двух диафрагм 5 мм. На каждой диафрагме теряетсяР0 2 МПа. При этомсоставляет 2 32- 15 УРУ 1,23. Происходит образование эмульсии, Средняя величина частиц дискретного компонента составляет 1 мкм. Из сме.сителя эмульсия поступает в емкость, а затем к потребителю. П р и м е р ЗВ трубопровод 4 одоновременно подаются нагретый до 50 Скашалотовый жир, 1,57-ный водный раст вор мыла (мыло в качестве стабилизатора эмульсии) и воздух. В час поступает 2 м жира, 2 мз воды, 2 нм воздуха соответственно. Давление в трубопроводе 0,3 МПа. Затем из трубопрово 30да дисперсия поступает в смеситель,где происходит образование эмульсии.Средняя величина частиц дисперсногокомпонента в среднем составляет 2 мкм.Из смесителя эмульсия поступает в емкость, а затем к потребителям. Присоотношении давлений меньше 1,2 обра-зуются быстрорасслаивающиеся эмульсии, при этом большая часть дисперсной Фазы составляет 10-15 мкм. Этообусловлено тем, что при малых соот 40Рношениях - давлений скорость увелиРчения пузырьков недостаточна, чтобывызвать возмущение, приводящее кдроблению дискретной фазы. При расширении пузырьков вокруг их поверхности образуется вязкий режим движенияжидкостиПри скачке давления, когда отношеР,ние - с 1, характер движения вокругпузырьков меняется, режим движения вокруг поверхности становится турбулентным. ЗдесььгЬгКе" --- . где дг - увеличение радиуса пузырькапри изменении давления;I- время изменения давления;- вязкость сплошной фазы.Для пузырьков диаметром 1-3 мм (пузырьки такого размера образуются при подаче воздуха в трубопровод)Рпри соотношении в :1 2 Ке становитсяр Ш Угзначительно больше 1. Как показали исследования, именно при таком соотношении давления начинает образовываться стойкая эмульсия.Что касается второго предельного значения соотношения давлений Р(- = 3, то соотношение давлений выр Уше 3 не приводит к заметному изменению дисперсности эмульсий, так как гидродинамический режим в насадке становится автомодельным, т,е. неза- . висимым от соотношения давлений, но при этом увеличивается затрата энергии. Кроме того, испытания показали, что если в дисперсии отсутствует газ, то эмульсия не образуется.В процессе исследований получены устойчивые эмульсии вода - мазут, вода - солярка, метиловый спирт - солярка, вода - рыбий жир с размерами шариков 0,1-10 мкм в зависимости от перепада давления на диафрагмах.Затрата энергии в предлагаемом способе на получение 1 мз эмульсии в зависимости от дисперсности дискретной фазы и реологических свойств компонентов эмульсии составляет 0,1 1,2 кВт/ч, как по известному способу на 1 т эмульсии расходуется 3,5- 5,9 кВт/ч.Проведенные исследования показали эффективность предлагаемого способа получения эмульсий. Особенно целесообразно применение способа для получения эмульсий непосредственно перед форсунками топок, в которых сжигается жидкое топливо.