Устройство для перемешивания несмешивающихся жидкостей

 

Изобретение относится к аппаратам для перемешивания жидких сред и может использоваться при смешении несмешивающихся или плохо смешивающихся жидкостей в микробиологической, химической, нефтехимической, пищевой, топливной и других областях промышленности, а также при проведении научных исследований. Устройство содержит емкость с дисперсионной средой. Система подачи дисперсной фазы снабжена капиллярной трубкой для капельной подачи жидкости, погруженной в дисперсионную среду. Система электродов размещена внутри емкости с дисперсионной средой и выполнена в виде вертикально расположенных рядами параллельных лезвиеобразных токопроводящих пластин, соединенных порядно с разноименными полюсами источника электрического напряжения. Технический результат состоит в повышении монодисперсности получаемой эмульсии при отсутствии подвижных механических узлов и малой энерго- и материалоемкости. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Предлагаемое устройство относится к аппаратам для перемешивания жидких сред и может найти применение при смешении несмешивающихся или плохо смешивающихся жидкостей в микробиологической, химической, нефтехимической, пищевой, топливной и других областях промышленности, а также при проведении научных исследований.

Известно вибрационное перемешивающее устройство, содержащее шток и установленный на нем перемешивающий орган, выполненный в виде диска с отверстиями (а. с. СССР 688212). Недостатками такого устройства являются: наличие механических узлов; сложность конструкции; высокая материалоемкость; полидисперсность получаемой эмульсии.

Известно устройство для получения эмульсии, содержащее сопловый блок, патрубки для подвода газа и жидкости, кожух с дозвуковым соплом и автономный источник газа (а. с. СССР 1407524). Недостатками такого устройства являются: сложность конструкции; высокая материалоемкость; необходимость автономного источника газа; полидисперсность получаемой эмульсии.

Наиболее близкой по своей технической сущности к предлагаемому устройству является установка для приготовления водотопливной эмульсии, содержащая систему подачи жидкости, систему электродов, подсоединенных к разноименным полюсам источника постоянного напряжения (а. с. SU 1690828). Недостатками этой установки являются: наличие специального смесителя для смешивания топлива с водой и предварительного диспергирования, насоса для подачи эмульсии в специальный диспергатор для окончательного диспергирования, сложность конструкции.

Цель предлагаемого технического решения - упрощение конструкции путем исключения смесителя для смешивания топлива с водой и предварительного диспергирования, насоса для подачи эмульсии в специальный диспергатор для окончательного диспергирования, повышение энергетического КПД и обеспечение возможности перемешивания несмешивающихся или плохо смешивающихся жидкостей с высокой степенью монодисперсности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем источник высокого напряжения, систему подачи жидкости, система электродов выполнена в виде вертикально расположенных двумя и более рядами параллельных друг другу лезвиеобразных токопроводящих пластин, соединенных порядно с разноименными полюсами источника электрического напряжения, размещена внутри емкости, заполняемой диэлектрической жидкостью, являющейся дисперсионной средой, а система подачи жидкости, являющейся дисперсной фазой, содержит капиллярную трубку, погруженную в емкость.

По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение отличается тем, что устройство содержит емкость, заполняемую дисперсионной средой, система электродов размещена внутри указанной емкости и выполнена в виде вертикально расположенных двумя и более рядами параллельных друг другу лезвиеобразных токопроводящих пластин, соединенных порядно с разноименными полюсами источника электрического напряжения, а система подачи жидкости содержит капиллярную трубку, с помощью которой жидкость поступает каплями, причем капилляр погружен в дисперсную среду, что соответствует критерию " новизна".

Выделенные признаки с их функциями не выявлены в других технических решениях, что соответствует критерию "существенные отличия".

Положительным эффектом при осуществлении заявляемого технического решения будет получение монодисперсной эмульсии при малых затратах энергии.

Использование предлагаемого технического решения, то есть устройства для перемешивания несмешивающихся жидкостей, позволит повысить качество получаемых эмульсий при малой материало- и энергоемкости.

Устройство для перемешивания несмешивающихся жидкостей схематически изображено на фиг.1. Оно содержит емкость (1), заполненную диэлектрической жидкостью, которая служит дисперсионной средой, систему подачи жидкости (2) с капиллярной трубкой (3), являющуюся дисперсной фазой, систему электродов (4) и источник электрического напряжения (5), причем система электродов (4) выполнена в виде вертикально расположенных двумя и более рядами параллельных друг другу лезвиеобразных токопроводящих пластин, соединенных порядно с разноименными полюсами источника.

Конструктивно, как показано на фиг.2, система электродов может быть установлена, например, в каркас из диэлектрического материала, содержащий две пластины: верхнюю (6) - со сквозными отверстиями и нижнюю (7) - с глухими отверстиями, в отверстия вставляются лезвийные электроды (8), пластины крепятся к колонкам (9), между пластинами установлены направляющие линейки (10) для создания направленного потока жидкости.

На фиг.3 изображен возможный вариант конструкции лезвийного электрода. В трубку (1) из диэлектрического материала, разрезанную вдоль, тупым концом вставлена тонкая металлическая пластина - лезвие (2), острый край которой выведен наружу. Пластина фиксируется в трубке кольцами (3) из диэлектрического материала.

Работа устройства основана на использовании эффекта электрогидродинамики, изучающей движение жидких диэлектриков в электрическом поле. Сущность данного ЭГД-эффекта заключается в том, что наличие в жидком диэлектрике неоднородного электрического поля вызывает появление так называемых "пондеромоторных" сил, приводящих к возникновению локально-конвективного ускорения элементарных объемов жидкой среды, следствием чего является возникновение конвективных течений жидкого диэлектрика в межэлектродном пространстве (см. Тамм И. В. Основы теории электричества. - М.: Наука, 1976; Нагорный B. C. Электрофлюидные преобразователи. -Ленинград: Судостроение, 1987).

В предлагаемом устройстве ЭГД-эффект используется следующим образом. В емкость (1) с диэлектрической жидкостью (например, трансформаторным маслом) с помощью системы подачи жидкости (2), содержащей капиллярную трубку (3), погруженную в дисперсионную среду, каплями подается дисперсная фаза (например, вода). Под действием напряжения, подаваемого на систему электродов (4), от источника (5), возникает сильное резко неоднородное электрическое поле, приводящее к возникновению конвективного потока диэлектрической жидкости от острия лезвийных электродов. Поток диэлектрической жидкости ускоряется в электрическом поле, увлекает капли воды в направляющий канал, где одновременно происходит их диспергирование под действием электрического поля и последующее перемешивание компонентов в емкости. Последовательное размещение лезвийных электродов рядами приводит к увеличению силового ЭГД-воздействия на диэлектрическую жидкость.

Таким образом, технико-экономические преимущества предлагаемого изобретения перед аналогами состоят в следующем: 1) Отсутствие механических узлов; 2) Простота конструкции устройства; 3) Возможность перемешивания несмешивающихся или плохо смешивающихся жидкостей и последующего диспергирования дисперсной фазы, то есть для получения эмульсии.

Формула изобретения

1. Устройство для перемешивания несмешивающихся жидкостей, содержащее систему подачи жидкой дисперсной фазы, систему электродов, источник электрического напряжения и емкость, заполненную дисперсионной средой, отличающееся тем, что система подачи дисперсной фазы снабжена капиллярной трубкой для капельной подачи жидкости, погруженной в дисперсионную среду, а система электродов размещена внутри емкости с дисперсионной средой и выполнена в виде вертикально расположенных двумя или более рядами параллельно друг другу лезвиеобразных токопроводящих пластин, соединенных порядно с разноименными полюсами источника электрического напряжения.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что электроды каждого ряда расположены в шахматном порядке относительно электродов соседних рядов.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что система электродов ограничена направляющими поверхностями для направления потока жидкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3