Устройство для диспергирования и эмульгирования

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоаетскикСоциалистическииРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 61) Дополи(ительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 241080 (21) 2997854/23-26 51 М, Кл,з В 01 Г 13/08 с присоединением заявки М(23) Приоритет Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытий(0888) В.М. Колешко, Ю.В. Мешков и В.Я. Сунка-"(72) Авторыизобретения Институт электроники АН Белорусской Р(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСПЕРГИРОВАНИЯ И ЭМУЛЬГИРОВАНИЯ Изобретение относится к устройствам для получения высокодисперсных суспензий и эмульсий И может быть использовано в различных технологических процессах в химической,электронной;медицинской, строительной и других отраслях промышленности.Известны устройства, использующие энергию вращающегося электромагнитного поля для интенсификации процессов смешивания эмульгировайия.и диспергирования в движущемся слое диск" ретных частиц с ферромагнитными свойствами,Известен смеситель непрерывного действия, содержащий размещенную внутри кольцевого источника вращающихся магнитных полей камеру смеше- . ния из немагннтного материала с введенными в нее ферромагнитньии телами, проводящий и отводящий трубопроводы, С целью, интенсификации перемешивания и диспергирования компонентов источник вращающихся.электромагнитных полей выполнен в виде последовательно размещенных вдоль камеры смешения трехфазных электромагнитов переменного тока, создающих в смежных зонах камеры магнитные поля с противоположным направлением вращения (1). Однакотакой омеситель не обеспечивает интенсивного равномерного переме" шивания по всему объему камеры,так как при вращении ферромагнитные частицы располагаются по периферии смеоительной камеры, в центре ее отсутствует достаточно интенсивное перемешивание.Известен также смеситель непрерывного действия, в котором с целью интенсификации перемешивания и диспергированкя компонентов электромагниты одного контура смещены по высоте и расположены под углом один к другому 2) . В этом смесителе степень дисперсности получаемого продукта нес" колько вьые за счет перемещения писпергирующих ферромагнитных элементов, совершающих вращательно-скачущее движение по всему объему каждого кз контуров. Однако она недостаточно высока, так как решетки, установленные на выходе из электромагнитных зон и препятствующие уносу ферромагнитных элементов, создают дополнительное гидравлическое сопротивление, снижающее эффектив" ность смесителя.Наиболее близким к предложенному по конструкции и достигаемому эфФекту является устройство для диспергирования эмульгирования, содержащее камеру смешения из немагнит.ного материала, источник вращающегося магнитного поля, размещенный снаружи камеры смешения, и патрубки ввода и,вывода материалов 3..Однако использование свободно перемещающегося во вращающемся магнитном поле слоя дискретных Ферромагнитных частиц недостаточно для измельчения твердой Фазы суспензий до коллоидальных размеров, Кроме того, вследствие недостаточной интенсивности процесса диспергирования образуется широкий спектр геометрических размеров диспергированных частиц с наличием отдельных частиц крупных размеров. Эти недостатки не позволяют получать качественные высокодисперсные суспензии и эмульсии и ограничивают область применения устройства,целью изобретения является интенсификация процессов за счет наложения на смешиваемые материалы ультразвуковых колебаний.Поставленная цель достигается тем, что устройство для диспергиро" вания и эмульгирования, содержащее камеру смешения из немагнитного материала, источник вращающегося магнитного поля, размещенный снаружи камеры смешения, и патрубки ввода и вывода материалов, снабжено камерой предварительной обработки материалов, выполненной из иемагнитного материала и размещенной коаксиально внутри камеры смешения, линейным . проводником тока, аксиальио уста- новленным в камере предварительной обработки, и коаксиальными цилинд рическими обечайками, помещенными в камеры, причем в обечайках камеры смешения выполнены чередующиеся в шахматном порядке вырезы, а выход камеры предварительной обработки соединен с входом камеры смешения, при этом расстояние между соседними коаксиальными обечайками выбирается по формулес 3= о 1/1,где и = 1,2длина волны колебаний в Ферромагнитной жидкости,На фиг.1 изображен продольныйразрез устройства; на Фиг.2 - сече"ние А-А иа фиг.1.Устройство для диспергированияи эмульгирования содержит выполненную из немагнитного материала цилиндрическую камеру 1 предварительнойобработки материалов с патрубком 2ввода материалов, соединенным с вводной трубой 3, имеющей вырезы 4 дляподачи материалов. В камере предва 510 рительной обработки материалов выполнены также патрубки 5 и 6 вывода грубо- и тонкодисперсной Фазы соответственно и ряд коаксиально расположенных цилиндрических обечаек 7, установленных с зазором между вводной трубой 3 и корпусом 8 камеры 1 предварительной обработки материалов. Внутри камеры 1 предварительной обработки материалов аксиально расположен линейный проводник 9, Коаксиально с камерой 1 предварительной обработки материала расположена выполненная из немагнитногоматериала и имеющая тороидальнуюформу камера смешения 10 с патрубками ввода 11 и вывода 12 материалов ирядомкааксиальных цилиндрических обечаек 13, которые смонтированы без зазорамежду верхней крышкой 14 0,камерй 10 и диском 15 При этом цилиндрические обечайки 13 имеют чередующиеся по длине и ширине каналоввырезы 16. Патрубок 6 вывода тонкодисперсной Фазы и патрубок 11 вводаматериалов соединены трубопроводом17, имеющим патрубок 18 ввода эмульсии. Снаружи камеры 10 смешения расположен источник 19 вращающегосямагнитного поля.Устройство работает следующим З 0 образом.Обрабатываемая суспензия вместес ферромагнитной жидкостью черезпатрубок 2 ввода материалов, вводную трубу 3 и вырезы 4 для подачи З 5 материалов поступает в камеру предварительной обработки.Источником неоднородного магнитного поля - проводником 9, содержащего компоненту, измечяющуюся во 40 времени по гармоническому закону,может быть, например, осевой прямолинейный проводник с током, изменяющимся по гармоническому закону= Э созв 1, где Э - амплитуда тока, 45- частота.Ферромагнитная жидкость, представляющая собой коллоидный растворразличных Ферромагнитных веществв обычных жидкостях, обладает ярковыраженными магнитными свойствами(значительным собственньм магнитныммоментомединицы объема).В ферромагнитной жидкости, находящейся в неоднородном магнитномполе, давление выше в тех местах,где сильнее магнитное поле. Еслипри этом напряженность поля являетсяпериодической функцией времени, тодавление и скорость также становятсяпериодической Функцией времени, ичастицы жидкости совершают радиальные гармонические колебания внутрицилиндрических обечаек 7. Таким образом, в ферромагнитной жидкостисоздаются пульсации давления и ско 65рости, т. е, возбуждаются ультра эвуковые колебания, разрушающие частицы, твердой Фазы раствора.В то же время магнитные моменты частиц ферромагнитной жидкости поворачиваются по напряжению поля, создаваемого источником 19 вращающегося магнитного поля, вследствие чего вращение поля сопровождается вращением частиц. Каждая частица, увлекая близлежащие слои жидкости, становится центром микроскопического вихря. При этом распределение внутреннего момента импульса в любом ограннческом объеме всегда неоднородно уже из-за того, что вблизи неподвижных твердых границ полости вращение частиц затруднено. Вследствие этого усреднение микровихрей по физически малым элементам объема приводит к результирующему гидродинамическому движению, и ферромагнитная жидкость приходит во вращательное движение, вовлекая в него и обрабатываемую суспенэию.Под действием центробежных сил наиболее крупные частицы суспензии перемещаются от центральных обечаек 7 камеры 1 к наружньм. В результате они проходят больший суммарный путь до выхода иэ камеры 1 и подвергаются большему разрушающему воздействию ультразвукового поля, при этом состав дисперсной фазы усредняется, Кроме того, если степень усреднения дисперсной фазы недостаточна, грубодисперсная Фаза через патрубок 5 вывода может выводиться иэ камеры 1 и поступать на повторную обработку,Тонкодисперсная Фаза суспензии через патрубок 6 вывода, трубопровод 17 и патрубок 11 ввода материалов поступает в камеру 10, где оиа под действием источников магнитных полей также приходит во вращение и в ней возбуждаются интенсивные ультразвуковые колебания. Под действиемцентробежных сил среда подается че" реэ вырезы 16 в цилиндрических обечайках 13 в следующий от центра виток, Размеры и расположение по длине и ширине цилиндрических обечаек 13 вырезов 16 выбираются таким образом, чтобы при движении смеси происходило не разделение, а лишь ее усреднение. Перетекание жидкости через вырезы 16 приводит к турбулизации потока, что способствует дополнительному интенсивному смеиению компонентов и эмульгированию. Эффективность обработки суспензий и эмульсий можно регулировать изменением интенсивности ультразвуковых колебаний и скорости вращения среды, что достигается регулировкой источников магнитных полей. Экспериментальная проверка предлагаемого устройства показала, чтоиспользование устройства значительно повышает степень дисперсностисуспенэий, увеличивает процентноесодержание мелких частиц в суспензии и.ее устойчивость в 2-2,5 раза, 5 увеличивает однородность суспензии.по размерам частиц, причем во фракционном составе отсутствуют крупные частицы, значительно превосхо"дящие по своим линейным размерам 69 остальные. Применение предлагаемогоустройства для обработки непосредственно ферромагнитных жидкостейповышает стабильность во времениее физико-химических параметров,65 т.е. ее устойчивость. Обработанная среда собирается в области междудиском 15 и стенками камеры 10 и выводйтся через патрубки 12 вывода материалов, после чего может быть использована по технологическому назначению, либо поступает в устройство для выделения ферромагнитной жидкости из среды. 5 10 15 20 25 30 35 40 При проведении эмульгирования обрабатываемые жидкости могут подаваться через патрубок 13 ввода эмульсий непосредственно в камеру 10, минуя камеру 1Если частицы твердой фазы ферромагнитной жидкости выполнены из магнитострикционного материала, то под действием переменного магнитного поля источника 9 в обеих камерах устройства возникают дополнительные механические колебания, еще более повышающие эффективность процесса эмульгирования. и диспергирования.При выборе расстояния между соседними цилиндрическими обечайками в обеих камерах, равным д:пЛП где и = 1,2, а А - длина волны колебаний в ферромагнитной жидкости, амплитуда колебаний увеличивается, возбуждение ультразвуковых колебаний носит резонансный характер, что способствует повышению интенсивности диспергирования и эмульгирования компонентов. Величина я выбирается иэ условия получения колебаний достаточной интенсивности и конструктивных соображений.Таким образом, обрабатываемая среда, проходя последовательно обе камеры, подвергается многократному воздействию интенсивных ультразвуковых колебаний во всем объеме камер, что способствует измельчению механических примесей до коллоидаль. ных размеров и усредняется по составу дисперсной фазы. В предлагаемом устройстве устранены зоны с пониженной циркуляцией материала, что способствует значительному повышению эффективности процессов эмульгирования и диспергирования.В настоящее время созданы ферромагнитные жидкости на основе самых различных жидкостей-носителей: воды, углеводородных соединений, кремний- органических и фтороорганических масел, эфиров, спиртов и т.п., что позволяет испольэовать предлагаемое устройство для обработки суспенэий н эмульсий в различных технологических процессах.Таким образом, предлагаемое устройство обладает существеннык поло" жительным эффектом, заключающимся в значительйой интенсификации процессов эмульгирования и диспергирования и повышении качества обрабатываемых суспензий и эмульсий.Выбор расстояния между обечайка ми 7 и 13 в обеих камерах 1 и 10, равнымд:и - , где= 1,2,3,Лпозволяет резко увеличить амплитуду ультразвуковых колебаний в обрабатываемой среде в обеих камерах (возбуждение колебаний носит резонансный характер) и тем самым повысить эффективность диспергирования и эмульгирования.Экспериментальное опробование предлагаемого устройства для приготовления ряда различных эмульсий и суспензий, показало, что значитель-. но повышается степень дисперсности суспензий, увеличивается процентное содержание мелких частиц .в суспензии и ее устойчивость в 2-2,5 раза, увеличивается однородность по размерам частиц, причем во фракционном составе отсутствуют крупные частицы,значительно превосходящие остальные по своим размерам. Например, приготовление с помощью этого устройства составов для герметизации полупроводниковых приборов (в частности, на основе кремнийорганического лака КОс различными наполнителями) позволило.поднять процент выхода годных приборов на 3,2Создание феррожидкостей иа основе самых различных носителей позволяет использовать предлагаемое устройство для обработки суспензий и эмульсий в самых технологических процес-, сах,5 формула изобретения1. Устройство для диспергированияи эмульгнрования, содержашее камерусмешения из немагнитного материала,1 О источник вращмщегося магнитного поля, размещенный снаружи камеры смешения, и патрубки ввода и выводаматериалов, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью интенсификации15 процессов путем наложения на смешиваемые материалы ультразвуковых колебаний, оно снабжено камерой предварительной обработки материалов,выполненной из немагнитного материала и размещенной коаксиально внутрикамеры смешения, линейньм проводником тока, аксиально установленньив камере предварительной обработкиматериалов, и коаксиальниии цилинд"рическими обечайками, помещеннымив камеры, причем в обечайках камерысмешения выполнены чередующиесяв шахматном порядке вырезы, а выходкамеры предварительной обработкиматериалов соединен с входом камерысмешения,2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что расстояниемежду соседниьо коаксиальньми обечайками выбирается по формуле35 Лгде и 1,2;.,А - длина волны колебаний в ферромагнитной жидкости.46 Источники информации,принятые во внимание приэкспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 423489, кл. В .01 Г 13/08, 1972.2, Авторское свидетельство СССР45 М 611661, кл; В 61 Р 13/08, 1976.3, Авторское свидетельство СССР9 611662, кл. В 01 Р 13/08, 1976955994 ур АУ 4 Фиг, Р арасов Корректор О. Билак дписное ак илиал ПППфПатентфф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Составительедактор О. Филиппова Техред М.Кош 64/б ВНИИПИ Г по дел 113035, МосТираж 622сударственного коми ам изобретений и отк ва, %.-35, РаушскаяШ ют та СССРрытий б., д. 4/