Результат интеллектуальной деятельности: ВИХРЕВОЙ ЭМУЛЬСОР

Изобретение относится к химической и пищевой промышленности, а именно к приготовлению тонкодисперсных эмульсий в системах жидкость - жидкость.

Известен гидродинамический излучатель (патент №230548, кл. В06В 1/20, 1967) для получения эмульсий, содержащий корпус, в котором концентрично расположены конусы с пазами для закрутки жидкости в противоположные стороны. Корпус снабжен крышкой с патрубком для подвода смешиваемых жидкостей и камерой стабилизации. Недостатком известного устройства является наличие полостей со слабо проточными зонами, в которых неизбежно возникает расслоение смешиваемых жидкостей и дополнительные потери давления.

Известен гидродинамический смеситель (патент №709150, кл. B01F 11/02, 1980), содержащий сопло, расположенное в его корпусе и выполненное в форме диффузора с плавно расширяющимся профилем, обращенным к экрану, а также завихрители, установленные во входных патрубках. Недостаток известного устройства заключается в том, что не использован такой гидродинамический эффект, как кавитация, который позволяет получить эмульсию высокого качества.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является вихревой гидродинамический эмульсор (патент №2091144, кл. B01F 5/00, 1997), имеющий корпус с входными и выходными патрубками и с размещенным в нем завихрителем и перфорированной диафрагмой. Недостатком этого

устройства является наличие в перфорированной диафрагме отверстий малого диаметра, в которых возникают дополнительные потери давления. Кроме того, малая зона кавитации снижает эффект эмульгирования.

Задачей, лежащей в основе настоящего изобретения, является создание вихревого эмульсора для получения мелкодисперсной эмульсии за счет снижения потерь давления жидкости, увеличения зоны кавитации и исключения застойных зон, который имел бы более простую и/или недорогую конструкцию в отношении к описанным выше излучателю, смесителю и эмульсору.

Изобретение поясняется описанием и приложенными к нему чертежами.

На фиг. 1 схематически изображен продольный разрез вихревого эмульсора, на фиг. 2 - вид сверху, на фиг. 3 - поперечный разрез.

Вихревой эмульсор содержит вихревую трубу 1 с двумя тангенциальными патрубками, выполненную в виде цилиндра длиной, равной десяти внутренним его диаметрам при этом патрубок 2 предназначен для подачи первого компонента и размещен у верхнего торца вихревой трубы под углом наклона к горизонтали α=20-30°, а патрубок 3 - для отвода готовой эмульсии и размещен у нижнего торца вихревой трубы 1, причем патрубок для подачи второго компонента 4 установлен соосно в вихревой трубе 1 с нижнего ее торца с возможностью осевого перемещения, при этом патрубок готовой эмульсии 3 выполнен с внутренним диаметром, равным половине внутреннего диаметра вихревой трубы 1, патрубок для подачи второго компонента 4 выполнен с внутренним радиусом, равным внутреннему диаметру патрубка для подачи первого компонента 2.

Вихревой эмульсор работает следующим образом.

Первый компонент, составляющий дисперсную среду в эмульсии, подается под давлением в патрубок 2. Попадая тангенциально в корпус вихревой трубы 1, он приобретает вращательное движение, создавая в приосевой части трубы пониженное давление, благодаря которому происходит подсасывание второго компонента по патрубку 4. За счет резкого изменения направления движения второго компонента на входе в вихревую трубу 1 происходит интенсивное смешение сред и образование эмульсии. В процессе перемещения эмульсии к выходному патрубку 3 происходит еще более интенсивное ее эмульгирование.

Чем больший путь проходит эмульсия от зоны смешения до выходного патрубка 3, тем интенсивнее осуществляется эмульгирование, однако, с другой стороны поток тормозится о стенки вихревой трубы 1, что в результате приводит к снижению интенсивности эмульгирования.

Возможность изменения расстояния l от торца патрубка для подачи второго компонента 4 до верхнего торца вихревой трубы 1 в диапазоне 0,25÷1 от внутреннего диаметра патрубка для подачи второго компонента 4 позволяет изменить величину разряжения в центральной части вихревой трубы 1 и тем самым изменить расход второго компонента от максимума до нуля.

Использование предлагаемой конструкции позволяет улучшить по дисперсности качество эмульсии, состоящей из двух компонентов.

Экспериментальными исследованиями установлено, что оптимальное соотношение площадей сечения вихревой трубы 1 и патрубка второго компонента 4 равно отношению 6:1.

Оптимальная длина вихревой трубы L относится к ее диаметру D_B как 10:1.

Внутренний диаметр d₁ патрубка первого компонента 2 определяется из уравнения неразрывности потока жидкости:

где: Q - расход первого компонента, м³/с;

F - площадь поперечного сечения потока первого компонента, м²;

υ - скорость движения первого компонента на входе в вихревой эмульсор, м/с.

Из уравнения 1 выразим площадь сечения потока и получим:

где: d₁ - внутренний диаметр патрубка первого компонента, м.

Скорость υ на входе в вихревой эмульсор определим из условия ее максимально возможного значения, которая зависит от перепада давления Р:

где: Р - давление первого компонента на входе в патрубок для подачи первого компонента, Па;

ρ - плотность первого компонента, кг/м³.

Чем больше скорость первого компонента на входе в вихревую трубу 1, тем меньше давление в центральной части вихревого потока и тем интенсивнее происходит подсасывание второго компонента и смешение его с первым.

Подставив уравнение 3 в уравнение 2 и, преобразовав его, получим значение внутреннего диаметра патрубка для подачи первого компонента, которое определяется по уравнению:

Внутренний диаметр патрубка второго компонента:

Внутренний диаметр вихревой трубы:

Внутренний диаметр патрубка готовой эмульсии:

Расстояние от торца патрубки для подачи второго компонента до торца корпуса вихревой трубы:

Длина корпуса вихревого эмульсора: