Способ получения дисперсных материалов

(56) Авторское свийг 1474406, кл. Г 2 М 9 ый С М Браж- арабанов В.И.Шатн ниА,В,К )етельств В 5/06,СС 987 ИэобрмашиностполучениясублимациЦельюние диспетельноститехнологи ому гии умы оди ени и,Пример 1,Нас осуществляют перем творе сульфита натр рации (в весовых растворителя) с четы дом, Четыреххлорист ряется в воде, хиГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ нститут химического ма(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение касается получения дисперсных материалов вакуум-сублимационным методом. Способ может быть использован в химической, пищевой, микробиологической отраслях промышленности. Целью изобретения является повышение дисперсности продукта, производительности оборудования и упрощение технологии. Способ заключается в том, что осуществляют замораживание водного раствора тение относится к химиче оению, в частности к техно дисперсных материалов ва онным методом.изобретения является по рсности продукта, произ оборудования и упрощ тадии эмульгирования ешивание водного расия 11,7;ь-ной концентдолях от количества реххлористым углероый углерод не раствомически инертен к исходного вещества путем его ввода и диспергирования в вакууме при рабочем давлении ниже давления, соответствующего криоскопической температуре раствора, совместно с дополнительной жидкостью, имеющей при рабочем давлении равновесную температуру ниже равновесной температуры растворителя и выше температуры десублимации, сублимационную сушку замороженного раствора, а непосредственно перед вводом в вакуум проводят ста-, дию эмульгирования дополнительной жидкости в растворе исходного вещества. Причем в процессе истечения эмульсии в вакуум отношение диаметра отверстия, из, которого она истекает, к диаметру капель дополнительной жидкости в эмульсии должно находиться в пределах от 10 до 50, а в качестве дополнительной жидкости используют жидкость, химически инертную к исходному веществу, не растворимую в воде и не являющуюся растворителем исходного вещества, 2 э.п.ф-лы, 1 табл. сульфиту натрия и не является его растворителем, Приготовление эмульсии осуществляют в пропорции 11 г СС 4 на 100 г воды е растворе. Это весовое соотношение обеспечивает отвод такого количества теплоты при испарении четыреххлористого углерода, которого достаточно для полного замораживания соответственно количества раствора. Оно определяется иэ теплового баланса и зависит от удельной теплоты испарения дополнительной жидкости и теплоты кристаллизации раствора. Эмульгирование осуществляют ультразвуковым диспергатором наружного действия УЗДН - 1 при частоте колебаний 22 кГц, задавая мощ 163324810 15 55 ность, обеспечивающую образование эмульсии с диаметром капель четыреххлористого углерода около 0,010 мм.В процессе перемешивания эмульсию направляют в устройство, через которое осуществляют ввод ее в вакуум. При этом скорость подачи эмульсии в устройство такова, что эмульсия попадает в вакуум уже через 2 - 3 с после отбора ее из емкости, где осуществляют ее приготовление. Это время в течение которого данную эмульсию можно считать устойчивой.Устройство для ввода в вакуум представляет собой капилляр с внутренним диаметром 0,4 мм, кромки которого обогревают до 250 С, Рабочее давление при замораживании раствора поддерживают на уровне 13 Па, Струя эмульсии, попадая в вакуум, разбивается на капли, С поверхности капли данной эмульсии и внутри нее начинается процесс испарения четыреххлористого углерода и охлаждения капли. Однако капля при этом не взрыватеся, так как обеспеОочивается отношение - = 40, где с 10 -с 1 ждиаметр отверстия сопла для истечения эмульсии; бж - диаметр капель дополнительной жидкости в эмульсии.Капля эмульсии охлаждается таким образом до температуры кристаллизации раствора, после чего фиксируются поверхности, образованы в процессе испарения СС 14 внутри капли, в виде трещин в грануле и далее процесс кристаллизации происходит за счет испарения СС 14 с всех поверхностей при температуре - 78 С, что соответствует равновесной температуре паров четыреххлористого углерода при рабочем давлении 13 Па, Равновесная температура паров воды при этом давлении составляет - 40 С.Таким образом, существенно увеличивается поверхность теплоотвода и понижается температура на этой поверхности. что приводит к соответственному увеличению скорости замораживания, Так как замораживание капли эмульсии происходит за счет испарения СС 14, то на поверхности капли не образуется уплотненной корки с низкой дисперсностью. Пэры четыреххлористого углерода улавливаются на азотном десублиматоре, температура поверхности которого - 195 С, В результате замораживания раствора образуются гранулы со средним диаметром 0,73 мм, которые подвергаются сублимационному обезвоживанию в обогреваемом противне. Определение дисперсности продукта осуществляют методом электронной микроскопии, а также на ла 20 25 30 35 40 45 50 зерном культоре. Анализы показали, что среднемассовый размер частиц дисперсного сульфита натрия, полученного таким образом, не превышал 0,25 мкм, а разбросчастиц по размерам весьма незначителен,боПри уменьшении отношения - до 5 кос 1 ж личество четыреххлористого углерода внутри капли значительно уменьшается, поэтому не происходит значительного увеличения площади теплоотвода за счет раскрытия капли эмульсии, В этом случае среднемассовый размер частиц сульфитанатрия достигает значения 0,32 мкм.П р и м е р 2. На стадии эмульгированияосуществляют перемешивание водного раствора калийной селитры 10-",ь-ной концентрации с фреоном - 113 в необходимом для замораживания раствора весовом соотношении; 17 г фреонана 100 г воды в растворе, Эмульгирование осуществляют ультразвуком в присутствии ПАВ, в качестве которого используют лецитин. Эмульсию с добавкой лецитина в количестве 0,05 ф по весу от количества воды в растворе перемешивают до размера капель фреонав ней 0,020 мм. Эмульсию вводят в вакуум через устройство (пример 1) при рабочем давлении 13 Па. Время движения эмульсии от емкости, где осуществляют ее приготовление, до момента ее попадания в вакуум может достигать 50 с, так как в течение этого времени данная эмульсия является устойчивой, что позволяет емкость приготовления эмульсии размещать на некотором удалении от устройства ввода в вакуум. В данном случаебоотношение - = 20, поэтому раствор вожкапле эмульсии при рабочем давлении начинает интенсивно охлаждаться и замораживаться за счет испарения фреонакак с поверхности, так и внутри капли эмульсии, а разбиения ее на более мелкие капли не происходит, так как доля фреонавнутри капли эмульсии недостаточна для этого, Равновесная температура паров фреона при рабочем давлении 13 Па составляет 93 С, т.е. меньше соответствующей равновесной температуры воды на 53 ОС, что приводит к увеличению скорости замораживания. Так же, как и в примере 1, не образуется уплотненной корки с низкой дисперсностью, так как замораживание капли эмульсий происходит только за счет испарения фреона, Сублимационное обезвоживание и десублимацию паров осуществляют по примеру 1. В результате получают продут со среднемассовым раз 1633248мером 0,2 мкм и узким распределением ча- В то же время при получении продуктастиц по размерам,размеры гранул продукта с одинаковой дисперсностью в предлагаесоставляют в среднем 0,71 мм, что позволя- мом способе можно испольэовать растворет легко подвергать его дальнейшей обра- исходного вещества более высокой концен 5 трации, Например, для КМОз (примеры 7 иПри увеличении отношения - до 60 за 14) при полУчении частиц со среднемассоб до за вым размером 0,3 мкм концентрацию можсчет более интенсивного перемешивания но увеличить на 10-50-",ь, что соответствуетэмульсии струя на выходе иэ устройства увеличению производительности оборудоввода в вакуум разбивается на мелкие капли 10 ваия в пять раз, Из таблицы также следует,размером менее 0,1 мм, которые при замо- что применение предлагаемого способа нараживании образуют гранулы таких же раз- бомеров Эти гранулы легко уносятся потоко иболее эффективно при отношении -впара к десублиматору, так что потери про- пределах 10 - 50. Кроме того, эффективностьдукта при этом могут достигать 50;, Вы способа повышается при осуществлении стагрузка такого продукта также затруднена, дии эмульгирования в присутствии ПАВ, естак как он чрезвычайно легок и может про- ли эмульсия не является устойчивойникать в виде пыли в любые части оборудо- (примеры 2 и 9, 4 и 9).вания. Среднемассовый размер этого В и редлагаемом способе ввод растворапРодУкта такой же, как и пРи -= 40 т е сдоо вещества и дополнительной жидб 20 ид,кости в вакуум осуществляют в виде эмульменее 0,2 мкм. сии через любое устройство, которое можноПри приготовлении эмульсии без ПАВ использовать для ввода собственно раствовремя ее устойчивости составляет менее ра. Конструкции таких устройств довольно1 с. Такая эмульсия до попадания ее в 25 просты, например капиллярс обогреваемывакуум расслаивается, что приводит к ло- ми кромками, кроме того, они надежны прикальному обволакиванию капли раствора эксплуатации. Приготовления эмульсии мофреономв вакууме. Внутри капли рас- гут осуществляться разработанными длятвора фреона нет и испарение его проис- этого стандартными методами и аппаратуходит только локально с поверхности капли 30 рой, поэтому не являются технически сложраствора, Вследствие этого скорость за- ной задачей,мораживания значительно уменьшается, В известном способе при истечениипонижается дисперсность продукта, а на струи раствора из капилляра в вакуум неего поверхности частично образуется плот- обволакиваетдополнительная жидкость, коная низкодисперсная корка. Среднемас торую подают через коаксиально располосовый размер такого продукта составляет женный капилляр, Толщина кольцевогосечения этого капилляра для равномерноП р и м е р ы 3 - 12. В этих примерах сти подачи жидкости должна находиться вприготовление эмульсии, ввод ее в вакуум, пределах 0,015 - 0,020 мм. Изготовление тазамораживание раствора и его сублимаци ких коаксиальных капилляров .являетсяонную сушку осуществляют как и в приме- весьма сложной технической задачей, Дляр,2. Рабочее давление во всех случаях предотвращения обмерзания таких капилах 12.составляет 13 Па. ляров их необходимо помещать в камеру сДанные по концентрациям использу- давлением выше давления, соответствуюемых растворов, составам эмульсии, от щего криоскопической температуре расношениям - , среднемассовым разм а твора, Кроме того, для нанесения пленкиОж дополнительной жидкости на струю необчастиц продукта сведены в таблицу, где ходимо обеспечить ее ламинарное истечетакже представлены и данные, полученные ние, что требует уменьшения скорости еедля аналогичных растворов известным спо- )О истечения, Однако при этом значительнособом, увеличивается вероятность потери устойСравнительный анализ дисперсности чивости струи раствора, в результате чегопродуктов по таблице показывает, что для не только нарушается режим нанесенияодних и тех же растворов исходного веще- пленки на струю раствора, но возможно иства дисперсность продукта, полученного 55 обмерзание самого сопла и его полная блосогласно изобретению. в 1,5-2 раза превы- к" Ров" ашает дисперсность продукта, полученного Таким образом, в предлагаемом спосоизвестным способом(таблица, примеры 1 и бе значительно упрощена операция совме 13, 2 и 14, 3 и 15, 4 и 16), стного ввода раствора и дополнительнойжидкости в вакуум, что сказывается и на надежности работы оборудования.Таким образом, повышаются дисперсность продукта, производительность оборудования и упрощается технология за счет того, что непосредственно перед вводом в вакуум проводят стадию эмульгирования дополнительной жидкости в растворе исходного вещества, причем в процессе истечения эмульсии в вакуум отношение диаметра отверстия, из которого она истекает, к диаметру капель дополнительной жидкости в эмульсии должно находиться в пределах 10-50, а в качестве дополнительной жидкости используют жидкость, химически инертную к исходному веществу, не растворимую в воде и не являющуюся растворителем исходного вещества,Формула изобретения 1. Способ получения дисперсных материалов, включающий приготовление раствора исходного вещества, обработку раствора охлаждающей жидкостью, имеющейравновесную температуру более низкую,чем равновесная температура растворите 5 ля, замораживание раствора путем егораспыления в вакуумную камеру и сублимационную сушку, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения дисперсности продукта, производительности оборудования и10 упрощения технологии, стадию обработкираствора охлаждающей жидкостью проводят непосредственно перед его распылением с образованием эмульсии охлаждающейжидкости в растворе,15 2, Способ по п 1, отл и чаю щи йс ятем, что в качестве охлаждающей жидкостииспользуют фреонили четыреххлористый углерод.3. Способ по пп. 1 и 2. о т л и ч а ю щ и й 20 с я тем, что обработку раствора охлаждающей жидкостью проводят в присутствиилецитина или сульфанола,,-ф С Э УМ 5 С 1 йО)СЧф ЮСЧСф)фО)ЮС- СЧ -й СЧ Сб Сф) СЪ С СЧ е- Сф) ОООО ОООООООО ф - ф (Ч С ф С) ОЪ- Сф) СЧ С 1- - СЧ ОООООООО Сф)ф-СЧО) О)фО 1 С)ОСЧФО1-ЛС 0 ОС С ПСОООО ОООООООООГ,О ООЮ СЧ- 1 й 1.0 С 01 ОЪ 1 Г) 01 1 Г 11 О 1 О ООООО О О О О ООО т- 1 1- С, С. м м м м м м м о оооооо мО ммммм м А. О. О О О О. О СЧ О 1 Ч 1 Ч ГЧ 1 Ч 1 Ч СЧ о Оооооо О .ОО .ООО ец) е - СмОммммм ооооооо г Д г СЭГ г г г г У ФУ 11 УУУУ с - СЧ Сф) ч М 1 О 1 10 ОЪ -Л О ,а 5 1 ф ц ф О Ц 5 Э Х 5 О ф О л О Э д Ч Е О х с ц О С Ф О 5 О Ф Ф О. 1 ц д Ф Э д Е д С ОО х а М о О Э 5 д Щ Э 5 а.фаФ х1 1 ц Ф1- 5ф ЩО ЧЧа 555Ф Д дЕ ЧЧ5 а аЧ царО %чЮД 1 О ЕЕСОцОаЕЕ5Одда ЕОххсм аЕ ООС;л хЧаСц 1 Ф цфаЭЕфЩа а5ЕФ 2ц Оц це цфФдЧФац )1