Установка для приготування водомасляних емульсій

Установка для приготування водомасляних емульсій, яка включає бак з емульсолом і заповнений водою робочий бак з кришкою, всередині якого розміщено пристрій для диспергування та перемішування емульсолу у воді, який підключено через нагнітальний трубопровід до насосу, розміщеного з зовнішнього боку бака, всмоктувальний трубопровід якого приєднано до бака з емульсолом, яка відрізняється тим, що робочий бак з водою і бак з емульсолом суміщені в одному баці, 40255 Ознаки, що співпадають з суттєвими ознаками винаходу: робочий бак, заповнений водою з розміщеним усередині диспергуючим та перемішуючим пристроєм; розташований з зовнішнього боку бака насос, який нагнітальним трубопроводом підключений до диспергуючого та перемішуючого пристрою в водяному баку, а всмоктувальним трубопроводом - до баку з емульсолом. Причиною, що перешкоджає отриманню очікуваного технічного результату, є те, що для роботи такої установки необхідно настроювати випромінювач на резонансний режим роботи з визначеною частотою, а це значно утруднює процес одержання якісної емульсії і ускладнює приготування різних за складом мастильно-охолодних рідин, потребує високої кваліфікації обслуговуючого персоналу. Для здійснення процесу необхідно також нагрівати до 80°С воду, яка складає в емульсії від 80 до 95% об'єму, що призводить до значних витрат енергії при приготуванні емульсії. Застосування високонапірних насосів для створювання необхідної швидкості потоку рідини у випромінювачі знижує надійність роботи установки, потребує тонкої фільтрації рідин, утр уднює використання її в процесах регенерації емульсій. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення установки для приготування водомасляних емульсій, в якій зміна конструкції і взаємного розташування основних елементів, заміна диспергуючого та перемішуючого пристрою на більш ефективний та економічний дозволить приготовляти якісні тонкодисперсні емульсії різного типу високої стійкості до фізичного та біологічного руйнування, значно спростить обслуговування установки і розширить її технологічні можливості. Суть винаходу полягає в тому, що в установці для приготування водомасляних емульсій, яка включає бак з емульсолом і заповнений водою робочий бак з кришкою, всередині якого розміщено пристрій для диспергування та перемішування емульсолу у воді, який підключено через нагнітальний трубопровід до насосу, розміщеного з зовнішнього боку бака, всмоктувальний трубопровід якого приєднано до бака з емульсолом, згідно з винаходом, робочий бак з водою і бак з емульсолом суміщені в одному баку, обладнаному внутрішньою вертикальною непроникною перегородкою, висота якої менша, ніж висота бака, і котра розділяє останній на дві секції, одна з яких заповнена водою до верхньої кромки перегородки, а друга емульсолом, нижче цієї кромки, диспергуючий та перемішуючий пристрій виконано у вигляді розрядної камери, встановленої в секції бака з водою нижче її рівня, яка має форму дзвона, направленого відкритим боком угору, з розміщеними всередині неї електродами, підключеними до високовольтного генератора імпульсних струмів, нагнітальний трубопровід підключено знизу розрядної камери, а її бокові стінки обладнані ребрами, що виконують роль хвилеводів акустичних коливань, при цьому обидві секції бака зв'язані трубопроводами з всмоктувальним трубопроводом насоса через триходовий кран, кришку бака виконано герметичною, а до неї підключено трубопровід, який з'єднує внутрішню порожнину бака з всмоктувальним патрубком вакуумного насоса. Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак винаходу і те хнічним результатом, якого можна досягти, необхідно відзначити таке. Суміщення робочого бака з водою і бака з емульсолом в одному баці, обладнаному внутрішньою вертикальною непроникною перегородкою, висота якої менше, ніж висота бака і котра розділяє останній на дві секції, одна з яких заповнена водою до верхньої кромки перегородки, а друга - емульсолом, нижче цієї кромки, при роботі установки, коли насос закачує емульсол через розрядну камеру в секцію бака з водою, відбувається перелив рідини із цієї секції в секцію бака з емульсолом. При цьому в секцію бака з емульсолом буде переливатися рідина з більшим вмістом неемульгованого емульсолу, оскільки він легший за воду і під дією гравітаційних сил буде підніматися у верхні шари води секції бака. З цієї причини насос буде подавати до розрядної камери емульсол у найбільш концентрованому вигляді, що важливо для підвищення ефективності процесу емульгування і всього процесу у цілому. Розмістивши розрядну камеру з електродами, що підключені до генератора імпульсних стр умів, нижче рівня води в секції бака. з водою і виконавши її у формі дзвона, відкритий бік якого направлений вгору, а знизу підключено нагнітальний трубопровід насосу, всередині розрядної камери та секції бака в водою при роботі установки під впливом високовольтного електричного розряду у воді генерується комплекс фізико-хімічних явищ, котрі використовуються для приготування емульсій. Найбільш сильне діяння на процес емульгування чинить ударна хвиля, висока температура плазми, жорстке світове випромінювання та акустичні коливання. У близькій до каналу розряду зоні масло, яке складає основу емульсолів як концентрат емульсії, піддається дії прямих ударних хвиль високої інтенсивності. Навіть невелика різниця між водою та маслом в акустичних характеристиках при проходженні ударної хвилі на межі цих двох середовищ створює зусилля що розриває краплю масла на найдрібніші частинки, які в силу відомих фізичних законів (Элементарный учебник физики: В 3 т. – Т. 1. Ме ханика. Теплота. Молекулярная физика / Под ред. Г.С. Ландсберга. - М.: Наука, 1966. – 573 с.) та присутності в емульсолі емульгаторів, не можуть назад з'єднатися в більш великі форми. У дальньому від каналу розряду середовищі дія хвилі ослаблюється, але диспергування продовжується за рахунок мікро- і макрокавітації, що спричинена наявністю в рідині бульбашок повітря, які під дією ударних хвиль схляпуються, утворюючи потужні мікроструми. Пульсуюча парогазова порожнина, що виникає вслід за електричним розрядом, діючи як поршень, інтенсивно перемішує шари води в секції бака. На зовнішній та внутрішній стінках розрядної камери при проходженні через них ударної хвилі розвивається поверхнева кавітація, яка зриває і здрібнює прилеглі до її поверхні масляні частинки або плівки. Форма розрядної камери та певне розміщення її в секції бака з водою, дозволяють направити до вільної поверхні рідини як прямі, так і віддзеркалені ударні хвилі. В поверхневому шарі рідини, де 2 40255 збирається неемульгована частина емульсолу, ударні хвилі та кавітаційні струмені розривають їх, проходячи межу "вода-повітря". Відомо, що процес високовольтного електричного розряду в рідині носить коливальний характер і є джерелом акустичного випромінювання, що охоплює широкий спектр частот. До цього діапазону входять також частоти до 320 кГц, оптимальні з точки зору одержання емульсії типу "масло у воді". (Иванов В.М. Топливные эмульсии. - М.: Изд-во Академии наук СССР, 1962. - С. 203). Тому бокові стінки розрядної камери, які також виконують роль негативного електрода, з ребрами за формою хвилеводів акустичних коливань, стають випромінювачами вимушених коливань, які за частотою входять у цей оптимальний діапазон. Враховуючи, що при роботі установки відбувається поступове вирівнювання концентрації емульсії в секції бака з водою та в секції бака з емульсолом, необхідно, особливо на початку процесу подавати до розрядної камери в оптимальному співвідношенні воду та емульсол, а в кінці - тільки із секції бака з емульсолом. Це досягається регулюванням потоків рідини трьохходовим краном, який при незмінній витраті рідини через насос дозує подачу в розрядну камеру води та емульсолу. Таке виконання гідравлічної системи установки забезпечує високу ефективність емульгування на протязі всього процесу приготування емульсії. Оскільки процеси мікро- і макрокавітації відіграють суттєву роль у диспергуванні масляної фази емульсії, їх можна інтенсифікувати, якщо обробку шляхом високовольтного електричного розряду в рідині вести при тиску нижче атмосферного. Це призводить до росту розмірів та кількості бульбашок повітря в рідині, а значить, підсилення мікрокавітації, що охоплює увесь об'єм робочого бака. Для цього в установці внутрішня порожнина бака з'єднана через його герметичну кришку з всмоктувальним трубопроводом вакуумного насоса. Вплив інших фізичних явищ, якими супроводжується електричний високовольтний розряд у рідині, найбільш сильно проявляється на біохімічному стані емульсії. Дослідження показують, що найбільш чіткою бактерицидною дією володіють жорстке світове випромінювання (ультрафіолетова радіація), явище термолізу та електролізу, а також ударні хвилі (Об эффективности импульсного электрического разряда при обеззараживании воды / А.А.Богомаз и др. // Письма в журнал "Техническая физика". – 1991. - № 17. - Вып. 12. - С. 65-68). Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 показано поздовжній переріз установки, а на фіг. 2 - вид зверху на розрядну камеру. Установка включає бак 1 з герметичною кришкою 2, обладнаний внутрішньою вертикальною непроникною перегородкою 3, висота якої менше, ніж висота бака і котра розділяє останній на дві секції 4, 5. Секція 4 заповнена водою до кромки перегородки 3, а секція 5 - емульсолом, нижче цієї кромки. Диспергуючий та перемішуючий пристрій виконано у вигляді розрядної камери 6, установленої в секції 4 бака з водою, нижче її рівня, на амортизаторах 7, і має форму дзвона, направленого відкритою стороною угору. Бокові стінки роз рядної камери 6 обладнано ребрами 8, що виконують роль хвилеводів акустичних коливань. Гнучкий трубопровід 9 і нагнітальний трубопровід 10 підключені знизу розрядної камери 6, зв'язують її внутрішню порожнину з насосом 11, який розміщено з зовнішнього боку бака 1, всмоктувальний трубопровід 12 через триходовий кран 13 і труби 14 підключено до секції 5 з емульсолом та секції 4 - з водою. Всередині розрядної камери 6 уздовж осі встановлено позитивний електрод 15, який з металевим корпусом розрядної камери 6 утворюють єдину коаксіальну електродну систему, підключену проводами 16 до генератора імпульсних струмів 17. Вихід позитивного електрода 15 із бака 1 має гідравлічне ущільнення 18. До герметичної кришки 2 підключено трубопровід 19, що з'єднує внутрішню порожнину бака 1 через ресивер 20 та трубопровід 21 з всмоктувальним патрубком вакуумного насоса 22. Зовнішні стінки бака 1 і кришки 2 мають звукоізоляцію 23. Знизу водяної секції 4 бака 1 встановлено клапан 24 подачі емульсії в цехову магістраль. Установка працює таким чином. Для приготування емульсії секцію 4 бака 1 заповнюють до верхньої кромки перегородки 3 дисперсійним середовищем - спеціально підготовленою зм'якшеною водою а секцію 5 - емульсолом в кількості, необхідній для одержання емульсії заданої концентрації. При цьому рівень емульсолу повинен бути нижче верхньої кромки перегородки 3. Триходовий кран 13 установлюють в положення, що забезпечує подачу насосом 11 в розрядну камеру 6 води із секції 4 бака 1. Вмикають вакуумний насос 22, який за допомогою регулюючої апаратури (на фіг.1 і 2 не показана) підтримує необхідне розрідження всередині бака 1, а після цього вмикають послідовно насос 11 і генератор імпульсних струмів 17. Між позитивним електродом 15 і корпусом розрядної камери 6, при подачі по проводам 16 імпульсів струм у, виникають електричні розряди, які генерують ударні хвилі, жорстке світове випромінювання, гідропотік, кавітацію та інші фізичні явища, котрі диспергують, перемішують та знезаражують емульсію. З початку роботи установки триходовий кран 13 поступово переключають на подачу в розрядну камеру 6 води із секції 5 бака 1 в необхідному для ефективного емульгування співвідношенні. При цьому надлишкова кількість рідини із секції 4 самопливом переливається через перегородку 3 в секцію 5 і доповнює її такою ж по об'єму кількістю рідини, яка викачується із неї насосом 11. У міру вирівнювання концентрації емульсії в обох секціях баку 1, яке відбувається при роботі установки, триходовий кран 13 переключають на збільшення подачі рідини із секції 5 до повного вимикання в кінці приготування емульсії, подачі рідини із секції 4. Параметрами розрядного контур у генератора імпульсних струмів 17 і часом обробки досягають заданих характеристик емульсій по дисперсності масляної фази, її бактерицидності та інших експлуатаційних показниках. 3 40255 Таким чином, установка для приготування водомасляних емульсій, що заявляється, забезпечує: зниження в 2,5 і більше разів витрати енергії на приготування емульсії, зменшення витрат емульгаторів процесу, відмову від застосування бактерицидних добавок; утворення тонкодисперсних емульсій зі стійкістю до розділу фаз, що у 10 разів і більше перевершує звичайні емульсії; високу бактерицидність емульсії після приготування, яка відновлюється в процесі повторної обробки або активації; спрощення наладки установки при переході на інші типи емульсій, зменшення кількості устаткування в установці, зменшення ії площі та габаритів; використання установки для відновлення експлуатаційних властивостей відпрацьованої емульсії у те хнологічному процесі її регенерації. За результатами проведених досліджень розроблено, виготовлено та випробувано макет установки для приготування водомасляних емульсій, розроблено технологічний процес стабілізації властивостей відпрацьованої емульсії, підготовлено вихідні данідля проектування промислового зразка установки. Фіг. 1 Фіг. 2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4