Спосіб диспергування у рідких середовищах

Изобретение относится к процессам смешения, эмульгирования, диспергирования трудносмешиваемых вязких веществ в жидких средах и может найти применение в химической» нефтехимической, парфюмер" иокосметической, пищевой и других отраслях промышленности. Известные способы получения эмульсий связаны, главным образом, с механическим перемешиванием компонентов [1]. Недостатком этих способов является низкое качество получаемых продуктов из-за неоднородности распределения компонентов в объеме и недостаточного энергетического воздействия на них. . Наиболее близким по принципу воздействия и получаемому эффекту к заявляемому способу является способ размола волокнистых материалов, включающий создание в потоке обрабатываемых компонентов режима гидродинамической кавитации за счет его сужения до скорости свыше 20 м/с с последующим расширением [2]. Недостатком указанного способа является недостаточная однородность, т. е. невысоков качество готового продукта, обусловленное малоэффективным использованием энергии потока обрабатываемой среды и эрозионной активности поля кавитационных пузырьков. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа диспергирования в жидких средах путем регулирования режимных условий обработки, что обеспечивает максимальное использование энергии потока обрабатываемых компонентов и эрозионной активности поля кавитационных пузырьков, за счет чего повышается качество продукта. Поставленная задача решается тем, что в способе диспергирования в жидких средах, включающем создание в потоке обрабатываемых компонентов режима гидродинамической кавитации за счет его сужения до скорости свыше 20 м/с с последующим расширением, согласно изобретению, отношение скорости потока в сужении, к скорости за ним поддерживают не менее 2,1. Процесс диспергирования в жидких средах, например, капель масла, связан с чисто физическим воздействием поля охлопывающихся кавитационных пузырьков. Диспергирование происходит в результате ! преобразования потенциальной энергии пузырьков. накопленной ими в стадии роста, в кинетическую энергию ударных волн, выделяемую в стадии их схлопывания. Кинетическая энергия, используемая на разрушение 1 и перемешивание, определяет интенсивность кавитационного воздействия и, как результата, - повышение качества продукта. Повышение качества получаемого продукта, например, эмульсий объясняется тем, что вследствие возникающих гидродинамических эффектов образуются волны давления, интенсивно воздействующие на поле кавитационных пузырьков, охлопывающихся с образованием кумулятивных микроструек. Благодаря этому возникают условия согласованного схлопывания групп кавитационных пузырьков. Все они охлопываются в локальном объеме с образованием объемных волн давления высокой энергии, при ' распространении которых интенсифицируется распад кавитационных каверн и схлопывание групп кавитационных пузырьков, находящихся в процессе схлопывания. Таким образом происходит концентрация энергии и кавитацыонное воздействие на обрабатываемый продукт резко возрастает. При этом, импульсы давления и продолжительность воздействия на обрабатываемый продукт на порядок выше, чем при несогласованном схлопывании кавитационных пузырьков. Интенсивное воздействие на продукт оказывают также вторичные локальные волны, образующиеся при ударах кумулятивных струек о стенки пузырьков при их взаимодействии с ним. Все это создает условия для возникновения вибротурбулиза-ционных эффектов, перемешивающих и распределяющих обрабатываемый продукт в локальном объеме проточного участка и подвергающих его дополнительной обработке. Кроме того, рассмотренные эффекты ускоряют распад кавитационных каверн на более однородное поле относительно мелких кавитационных пузырьков, обуславливающи х высокую интенсивность из согласованного схлопывания. Техническая сущность предложенного способа иллюстрируется чертежом, на котором представлены полученные зависимости влияния отношения скорости потока в сужении vc к скорости V за ним на качество получаемого продукта, например, водомасляной эмульсии. Возможность реализации изобретения поясняется примерами, Способ реализуется с помощью устройства, имеющего локальное сужение потока. Скорость потока компонентов в сужении поддерживают постоянной, а изменение отношения скоростей потока в сужении к скорости за ним от 1.7 до 4,0 достигают варьированием скорости потока среды за сужением. Качество готового продукта оценивают по удельной поверхности Р дисперсной фазы (масляной фазы). Пример 1. Приготавливают водомасляную эмульсию с содержанием воды - 99%, масла ИГ-А-32 (ГОСТ 17479.4-87)- 1 %. Сужение потока создают в плоском канале размещением цилиндрических тел. Скорость потока в сужении vc = 21,3 м/с. (Зависимость 1 на чертеже). Пример 2. Аналогично, как в примере 1. Скорость потока в сужении vc = 24,6 м/с. (Зависимость 2). Пример 3. Аналогично, как в примере 1. Скорость потока в сужении vc = 29,7 м/с. (Зависимость 3). Пример 4. Аналогично, как в примере 1. Скорость потока в сужении vc = 35,5 м/с. (Зависимость 4). Пример 5. Приготавливают водомас-ляную эмульсию с содержанием воды - 95%, масла подсолнечного (ГОСТ 1129-73) - 5%. Сужение потока создают а цилиндрическом канале размещением конуса. Скорость в сужении vc 39,3 м/с. (Зависимость 5). Пример 6. Приготавливают водомасляную эмульсию с содержанием воды - 97%, эмульсола смазочноохлаждающей жидкости ЭГТ (ТУ 38.101149-95) - 3%. Сужение потока создают в цилиндрическом канале размещением сферы. Скорость в сужении vc = 55,7 м/с. (Зависимость 6). Как видно из приведенных зависимостей и примеров реализации способа, при достижении отношения скорости потока в сужении к скорости за ним 2,1 величина удельной поверхности дисперсной фазы резко возрастает, что свидетельствует о том. что большая часть жировых шариков подверглась разрушению. При этом полученная закономерность зависимости удельной поверхности дисперсной (масляной) фазы от отношения скорости обрабатываемого потока в сужении к скорости за ним. связанная с резкой интенсификацией навигационной обработки и. следовательно, повышением удельной поверхности дисперсной фазы. сохраняется для различных водомасляных систем. Эта закономерность не зависит от других гидродинамических характеристик кавитирующего потока при исследованных отношений его скоростей а сужении и за ним. Применение заявляемого способа в процессах смешения, эмульгирования. диспергирования трудносмешиваемых вязких веществ в жидких средах позволит получать высококачественные продукты за счет более полного использования эрозионной активности кавитационного поля и энергии потока обрабатываемой среды.