Способ приготовления газожидкостной эмульсии и устройство для его осуществления

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик ()946630 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 13.06.80 (21) 2949561/23-26 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет—

511М Кп з

В 01 F 7/12

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 300282. Бюллетень ¹ 28

Дата опубликования описания 0 ° 07 ° 82 (53) УДК 66. 063 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.Н.Казанский и Б.Г.Руж

Уральский филиал Всесоюзного исследовательского института учно(71) Заявитель (54) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ГАЗОЖИДКОСТНОЧ

ЭИУЛЬСИИ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к процессам и аппаратам химической технологии, а именно к способам и устройствам для приготовления газожидкостных эмульсий и может быть использовано преимущественно для аэрации жидких смазочных материалов, например масел.

Известен способ приготовления газожидкостной эмульсии путем захвата — эжектирования газа подающей струей жидкости с последующим интенсивным перемешиванием и дроблением пузырьков. Устройства, реализующие этот способ, содержат водосливы, водосбросы, сопла и подобные им разгонные устройства для струи жидкости, эжектирующей газ (11 .

При малых скоростях струй жидкости эжектирующий эффект в этих устройствах незначителен. ,Повышенные же скорости требуют немалых затрат энергии на привод циркуляционных насосов, что экономически не оправдано. Положитель ным моментом в рассматриваемом способе приготовления эмульсии является сравнительно небольшой утилизируемый расход газа, подсасываемого струей жидкости.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ приготовления газожидкостной эмульсии путем эжектирования газа струей жидкости, отбираемой с внутренней боковой . открытой поверхности вращающегося кольца жидкости, нагрева и последующего перемешивания компонентов эмульсии.

Устройство для осуществления этого способа содержит корпус, помещенный в корпус ротор, выполненный в виде полого стакана, отборную трубу с загнутым концом, расположенную внутри ротора, нагреватель и приспособления для подвода жидкости и газа (2)

Известные способ и устройство для дриготовления газожидкостной эмульвии позволяют получить высокую эффективность аэрации при низких энерге-. тических затратах лишь в узких диачазонах режимных параметров. С увеличением скорости вращения аэратора наступает режим распыления жидкости, характеризующийся низкой эффективностью аэрации. Повышенная вязкость смазочных материалов, подвергаемых аэрации, или насыщению (другим га946636

В устройстве для осуществления способа, содержащем корпус, помещенный в корпус ротор, выполненный 30 в виде полого стакана, отборную тру. бу с загнутым концом, расположенную внутри ротора, нагреватель и приспособления для подвода жидкости и газа, отборная труба установлена 35 с возможностью перемещения по радиусу ротора, а ее загнутый конец направлен навстречу вращению ротора.

При этом нагреватель размещен внутри корпуса снаружи ротора.

На фиг.1 изображено устройство, продольный разрез; на фиг.2 — схема перемещения отборной трубки; на фиг.3 — cxeMa эжектирования жидкости струей газа.

Устройство для приготовления газожидкостной эмульсии содержит корпус 1, ротор 2, выполненный в виде пустотелого стакана, эксцентрично размещенну в нем трубу 3 с загну- 50 тым концом 4, обращенным навстречу напраэлению врашения ротора (стрелка A) ° В корпус 1 встроен нагреватель 5, кольцевая вставка 6 с узлами 7 и 8 осевого подвода жидкости и газа, а также трубка 3 отвода эмульсии. Ротор опирается на подшипники привода (не показано) и на периферийную поверхность вставки 6, закрепленной на корпусе. Внутри ротора 2 выполнены радиальные каналы 9, Я транспортируюшие исходную жидкость к внутренней расточке ротора 2.

Поводок 10 закреплен на трубке 3 и предназначен для поворота ее вокруг собственной оси с целью пере- 65

40 зом, например инертным), обуслав,ливает потребление большого количества энергии.

Цель изобретения — повышение экономичности, расширение технологических режимов и интенсификация процессов за счет создания вдоль радиуса

5 вращающегося кольца жидкости положительного градиента температур.

Поставленная цель достигается тем, что в способе приготовления газожидкостной эмульсии путем эжектирования газа струей жидкости, отбираемой с внутренней боковой открытой поверхности вращающегося кольца жидкости, нагрева и последующего перемешивания компонентов эмульсии, вдоль радиуса вращающегося кольца жидкости создают положительный градиент температур.

Причем положительный градиент температур создают путем нагрева

20 внешней цилиндрической поверхности вращающегося кольца жидкости.

Положительный градиент температур создают путем охлаждения внутренней цилиндрической поверхности вращающегося кольца жидкости. мещения загнутого конца 4 трубки 3 по радиусу ротора 2. Внутри вращающегося ротора 2 размещается жидкост. ное кольцо 11 с внутренней боковой открытой поверхностью Г. Толщина вращающегося кольца жидкости h=R -Rg .

Устройство работает следующим образом.

Вовнутрь вращающегося ротора 2 через узел 7 подвода жидкости во вставке 6 и радиальные каналы 9 подводится исходная среда, например турбинное масло. Через узел 8 подводится исходный газ, например азот. Включается в работу нагреватель 5, встроенный в корпус. С внутренней боковой открытой поверхности вращающегося кольца жидкости (масла) загнутым концом 4 трубки, обращенным навстречу направлению вращения ротора, т.е. (навстречу стрелке A), отбирается струя, эжектирующая газ.

С помощью поводка 10 трубка 3, повернутая вокруг оси, устанавливается в такое определенное положение (например, в положение D на фиг.2), которое при неизменном расходе жидкости однозначно определяет и толщину h вращающегося кольца жидкости, и радиус R свободной поверхности жидкости, и окружную скорость жидкости на входе в трубку, и величину подтопления входного конца трубки и, как следствие, степень обогащения.жидкости диспергированным газом (за счет зжекции газа струей отбираемсй жидкости). С помощью нагревателя 5 по толщине кольца 11 создается положительный градиент темгературы, способствующий интенсивному образованию газожидкостной эмульсии.

Путем изменения положения загнутого конца трубки по радиусу стакана (положения Д, Е, Ж на фиг.2), из-. менения частоты вращения стакана, градиента температуры по толщине вращающегося кольца, степени затопления стакана жидкостью (регулированием расхода исходной жидкости), давления газа, создают разнообразные сочетания параметров для получения газожидкостной эмульсии широкого спектра концентраций и дисперсностей газовых включений.

Технология приготовления газожидкостной эмульсии включает следующие операции.

Исходную жидкость предварительно нагревают. Затем жидкость вводят вовнутрь полого вращающего стакана и создают кольцо жидкости с открытой внутренней боковой поверхностью вращения. По толщине вращающегося жидкостного кольца создают положитель- ный градиент температуры путем дополнительного нагрева периферийных (наружных) слоев жидкости. Если при

946630

60

Для получения высокодиспергированной газожидкостной эмульсии (с наиболее представительным по счету циаметром пузырька d=50-100 мкм) режимные параметры выбираются в малых окружных скоростях стакана (и отсутствии температурного.градиента по толщине слоя) жидксстное кольцо вращается как квазктвердое тело, то при повышенных окружных скоростях и наличии градиента температуры по толщине слоя, симметричное

5 ламинарное движение становится неустойчивым, во вращающемся кольце возникают волны и нестационарная система вихревых шнуров, внутренняя боковая (открытая) поверхность кольца покрывается рябью несимметричных вихрей и других вторичных возмущающих течений ° Именно с этой открытой возмущенной, взлохмаченной поверхности быстровращающегося кольца жидкости отбирают струю в частично затопленную неподвижную трубку, которая дополнительно зжектирует газ и затем перемешивает его с отобранной жидкостью, приготавливая таким образом эмульсию.

Параметры режимов технологических операций предлагаемого способа зависит от типа жидкости.

Предварительно масло нагревают 25 (или охлаждают) до 35-45 >С. Более низкие температуры (повышенная вязкость) снижают экономичность процесса, более высокие ускоряют окисление масла (его старение). 30

Жидкостное кольцо вращают с окружной скоростью 20-100 м/с. Низкие скорости не обеспечивают надлежащего эжектирующего эффекта от отбираемой с поверхности кольца 35 струи масла. Более высокие скорости приводят к снижению экономичность (повышение потерь мощности) без заметного улучшения параметров газожидкостной смеси.

По толщине вращающегося .кольца создается разность температуры 515 С. Меньшая разность температур оказывается бесполезной (отсутствует явно выраженное влияние на гроцесс получения газожидкостной эмульсии).

При более высоких разностях температур начинается интенсивное окисление масла, хотя собственно процесс аэрации при этом улучшается.

Для получения обильновспененного масла (с объемной концентрацией диспергированного газа 30-40Ъ и более) затопление входного конца трубки составляет всего лишь 5-10Ъ.

Пги необходимости получения эмульсии с умеренным содержанием газа (5-10Ъ по объему) затопление входного конца трубки составляе-. величину 45-70Ъ. следующем диапазоне безразмерных комплексов (получено экспериментально)

П

Для получения грубодиспергированной газожкдкостной эмульсии (d=

=150-500 мкм), режимные параметры способа выбираются из следующего диапазона безразмерных комплексов (получен экспериментально)

П„=О-О, 05; П =2- 10 -8-10 . (2)

В выражениях (1) и (2) обозначено

g — ускорение силы тяжести; Р— ширина кольца, R4 и R — наружный и внутренний радиусы жидкостного кольца, у — кинематическая вязкость исходной жидкости, P — плотность исходной жидкости, R — - угловая скорость вращения стакана.

Пример 1 ° В аэратор — устройство для приготовления газомасляной эмульсии (фиг.1 и 2) — с размерами — 300 мм, 0 = 200 мм подводят нагретое до 35 >C турбннное масло марки

Тп-22 ГОСТ 9972-74 и атмосферный о воздух при 20 С. Стакан аэратора вращают с угловой скоростью Я. 1/с; с внутренней боковой открытой поверхности вращающегося кольца масла толщиной Ь мм отбирали струю в смесительную трубку внутренним диаметром D = 20 мм; степень затопления входного отверстия трубки задают равной Ц Ъ. На выходе из трубки получают аэрированное масло с объемной концентрацией Ч Ъ и дисперсностью, характеризуемой диаметром наиболее представительным (по счету) пузырька

d мм. Энергетические затраты на приготовление аэрированного масла отно-. сят к 1,0 т /ч расхода эмульсии.

В табл.1 приведены данные, характеризующие эффективность аэрации масла предлагаемым способом.

Пример 2. Приготовляют газомасляную эмульсию с помощью аэратора, описанного в примере 1, при этом выполняют дополнительную операцию: наружную поверхность вращающегося стакана нагревают до 45 С (т.е . на

10 С выше, чем температура подводимого в аэратор масла) с использованием кольцевой электропечи, встроенной в корпус аэратора.

В табл.2 приводятся данные, характеризующие эффективность аэрации масла Тп-22 ГОСТ 9972-74 предлагаемым способом.

Создание положительного градиента гемпературы по радиусу стакана аэратора расширяет режимные возможности приготовления газожидкостной эмульсии.

946630

Таблица 1

Рбжнм

Массовый расход эмульсии, кг/с

2,5

7,5

7,5

2,5

Толщина вращающегося кольца масла, h мл 50

30

500

500

235

63,5. 63,5

125 125

7,4

43,5 14,6

41

38

Дисперсность газовой эмульсии й, мм 60-80 70-90 220-400 250-450.

30

60

1 2 3 4

Режим

Массовый расход эмульсии, кг/с

2,5

2,5 7,5

7 5

Толщина вращающегося кольца масла, 11 мм

25

40

25

18,5 59

38

450

100

Дисперсность d, мм

40 32

50

Угловая скорость вращения стакана аэратора Я., 1/с

Окружная скорость внутренней расточки стакана аэратора, V, м/с

Степень затопления входного отверстия смесительной трубки

Концентрация аэрированного масла 9, Ъ по объему

Удельные энергетические затраты, Вт/ (-)

Окружная скорость вращения стакана аэратора U, м/с

Степень затопления входного отверстия смесигельной трубки у ф

Концентрация аэрированного масла 9 „ % об 10

Удельные энергетические затраты, Вм/ (-)

1 1 I

;Таблица 2

1 1

40 10

90 380

946630

Формула изобретения

1 Способ приготовления газожидкостной эмульсии путем эжектирования газа струей жидкости, отбираемой с внутренней боковой открытой поверхности вращающегося кольца жидкости, 5 нагрева и последующего перемешивания компонентов эмульсии, о т л и ч а ющ с я тем, что, с целью ïîâûu и щения экономичности и расширения технологических режимов, вдоль радиуса вращающегося кольца жидкости создают положительный градиент температур.

2 Способ по п.1, о т л и ч а ющ с я тем, что положительный и и

15 градиент температур создают путем нагрева внешней цилиндрической поверхности вращающегося кольца жидкости, 3 Способ по п.1, о т л и ч а ю20 с я тем, что положительный шийся градиент температур создают путем охлаждения внутренней цилиндрической поверхности вращающегося кольца жидкости.

4 Устройство для приготовления газожидкостной эмульсии, содержащее корпус, помещенный в корпус ротор, выполненный в виде полого стакана

t отборную трубку с загнутым концом

1 расположенную внутри ротора, нагреватель и приспособления для подвода жидкости и газа, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью интенсификации процессов за счет создания вдоль. радиуса вращающегося кольца жидкости положительного градиента температур, отборная трубка установлена с возможностью перемещения по радиусу ротора, а ее загнутый конец направлен навстречу вращению ротора.

5. Устройство по п.4, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что нагреватель размещен внутри корпуса снаружи ротора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 Авторское свидетельство СССР кл. В 01 F 5/04, опублик.

М 645690

1977 °

2. Патент Финляндии Р 44582, кл. 12 9 1/01, 1971.

946630

Составитель A.Òàðàñîâ

Техред N. Гергель КорректорВ.Бутяга

Редактор А.Власенко филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 5396/11 Тираж 622 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1,13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5