Устройство для диспергирования и эмульгирования

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (ti)955994 (61) Дополи(ительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 241080 (21) 2997854/23-26

C присоединением заявки №(23) Приоритет

Опубликовано 0709.82 Бюллетень ¹ 3 3

Дата опубликоввния описания 070982

Р М К з

В 01 Г 13/.08

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий

f53) УДК 66. 063 (088 ° 8) I

В.М. Колешко, Ю.В. Мешков и В.Я. Сунка (72) Авторы изобретения (1

Институт электроники AH Белорусской Р (71) Заявитель (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 эмульгирования.и диспергирования в движущемся слое дискретных частиц с ферромагнитными свойствами.

Известен смеситель непрерывного действия, содержащий размещенную внутри кольцевого источника вращающихся магнитных полей камеру смеше- . ния из немагнитного материала с введенными в нее ферромагнитньвди 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). Однако такой омеситель не обеспечивает интенсивного равномерного перемешивания по всему объему камеры,так как при вращении ферромагнитные частицы располагаются по периферии смеоительной камеры, в центре ее отсутствует достаточно интенсивное

10 пеР

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 несколько вьые за счет перемещения писпергирувщих ферромагнитных элементов, соверщающих 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 эффективность смесителя.

955994

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 диспергирования 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 формуле (3 = и ° А/1, где n = 1,2.. ° .... длина волны колебаний в Ферромагнитной жидкости.

На фиг.1 изображен продольный разрез устройства; на фиг.2 — сечение A-A иа Фиг.1.

Устройство для диспергирования и эмульгирования содержит выполненную из немагнитного материала цилинд рическую камеру 1 предварительной обработки материалов с патрубком 2 ввода материалов, соединенным с ввод ной трубой 3, имеющей вырезы 4 для подачи материалов. В камере предва5

10 рительной обработки материалов выполнены также патрубки 5 и б 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 немагнитного материала и имеющая тороидальную

Форму камера смешения 10 с патрубками ввода 11 и вывода 12 материалов и рядом KQBKсиальных цилиндрических обечаек 13, которые смонтированы без зазора между верхней крышкой 14

-,камерй 10 и диском 15.. При этом цилиндрические обечайки 13 имеют чередующиеся по длине и ширине каналов вырезы 16. Патрубок б вывода тонкодисперсной фазы и патрубок 11 ввода материалов соединены трубопроводом

17, имеющим патрубок 18 ввода эмульсии. Снаружи камеры 10 смешения расположен источник 19 вращающегося магнитного поля.

Устройство работает следующим образом.

Обрабатываемая суспензия вместе с ферромагнитной жидкостью через патрубок 2 ввода материалов, вводную трубу 3 и вырезы. 4 для подачи материалов поступает в камеру предварительной обработки.

Источником неоднородного магнитного поля — проводником 9, содержаmего компоненту, измечяющуюся во

40 времени по гармоническому закону, может быть, например, осевой прямолинейный проводник с током, изменяющимся по гармоническому закону

1=3-cosut, где 3 - амплитуда тока, 45 частота °

Ферромагнитная жидкость, представляющая собой коллоидный раствор различных ферромагнитных веществ в обычных жидкостях, обладает ярко выраженными магнитными свойствами

{значительным собственньм магнитным моментом единицы объема).

В ферромагнитной жидкости, находящейся в неоднородном магнитном поле, давление выше в тех местах, где сильнее магнитное поле. Если при этом напряженность поля является периодической функцией времени, то давление и скорость также становятся периодической функцией времени, и частицы жидкости совершают радиальные гармонические колебания внутри цилиндрических обечаек 7. Таким образом, в ферромагнитной жидкости создаются пульсации давления и ско65 рости, т. е. возбуждаются ультра эву955994

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, что использование устройства значительно повышает степень дисперсности суспенэий, увеличивает процентное содержание мелких частиц в суспензии и.ее устойчивость в 2-2,5 раза, 55 увеличивает однородность сускензии .по размерам частиц, причем во фракционном составе отсутствуют крупные частицы, значительно превосходящие по своим линейным размерам

® остальные..Применение предлагаемого устройства для обработки непосредственно ферромагнитных жидкостей повышает стабильность во времени ее физико-химических параметров, 65 т.е. ее устойчивость. ковые 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 действием центробежных сил среда подается через 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 дополни тельному интенсивному смешению компонентов и эмульгированию.

Обработанная среда собирается в области между диском 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.

При проведении эмульгирования обрабатываемые жидкости могут подаваться через патрубок 13 ввода эмульсий непосредственно в камеру 10, минуя камеру 1.

Если 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 n = 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 rsvp 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 коллоидальных 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.

955994

В настоящее время созданы ферромагнитные жидкости на основе самых различных жидкостей-носителей: воды, углеводородных соединений, кремнийорганических 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" жительных 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=п —, где n = 1 2,3......, Л позволяет резко увеличить амплитуду ультразвуковых колебаний B 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

КО-915 с различными наполнителями) позволило.поднять процент выхода годных приборов на 3,2%..

Создание феррожидкостей иа основе самых различных носителей позволяет использовать предлагаемое устройство для обработки суспензий и эмульсий в самых технологических процес-, сах, 5 Формула изобретения

1. Устройство для диспергирования и эмульгирования, содержашее камеру смешения из немагнитного материала, 1О источник вращмщегося магнитного поля, размещенный снаружи камеры смешения, и патрубки ввода и вывода материалов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью интенсификации

15 процессов путем наложения на смешиваемые материалы ультразвуковых ко лебаний, оно снабжено камерой предварительной обработки материалов, выполненной из немагнитного материа.

2О ла и размещенной коаксиально внутри камеры смешения, линейнык проводником тока, аксиально установленныи в камере предварительной обработки материалов, и коаксиальныии цилиндрическими обечайками, помещенными в камеры, причем в обечайках камеры смешения выполнены чередующиеся в шахматном порядке вырезы, а выход камеры предварительной обработки материалов соединен с входом камеры смешения.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что расстояние между соседниья коаксиальньми обечайками выбирается по формуле

35 д» Л где п 1,2;. °, А - длина волны колебаний в ферромагнитной жидкости.

46 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 423489, кл. В .01 F 13/08, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

45 М 611661, кл . В 61 Р 13/08, 1976.

3. Авторское свидетельство СССР

В 611662, кл. В 01 F 13/08, 1976 (прототип) .

955994

1г 1У 4 7 4 7 1Х

Фиг. 1

Составитель A. тарасов

Редактор О. Филиппова техред N.коштура корректор О. Билак

Заказ 6864/6 Тираж 622 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, %.-35, Раушская наб., д. 4/5

« «»

Филиал ППП Патент ™, г. Ужгород, ул. Проектная, 4