Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЬНОЙ ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к композициям на основе гликоля или глицерина, предназначенным для устранения или предотвращения обледенения самолетов, в частности изобретение относится к технологии получения противообледенительных жидкостей (ПОЖ), предназначенных для борьбы с наземным обледенением воздушных судов.

Обледенение ведет к ухудшению аэродинамических и летных характеристик воздушного судна. Основная опасность заключается в развитии на обледеневших поверхностях крыла и оперения самолета преждевременных, на меньших углах атаки, срывных явлений, что грозит на этапе взлета и набора высоты нарушением характеристик устойчивости, управляемости и сваливанием самолета. Отложения толщиной даже 0,5 мм льда, ледяного налета или снега на передней кромке и верхней поверхности крыла уменьшают подъемную силу крыла до 30% и увеличивают лобовое сопротивление до 40%. По мере удаления от передней кромки влияние шероховатости поверхности крыла на его аэродинамические свойства уменьшается и для некоторых профилей на расстоянии более 25% длины хорды не ощущается совсем. Удаление льда с носка крыла на участке всего лишь 5% значительно улучшает характеристику профиля.

Известен способ получения противогололедной жидкости для взлетно-посадочных полос аэродромов в зимний период, включающий получение раствора ацетата калия с последующим введением загустителей и ингибиторов коррозии, при этом нейтрализацию уксусной кислоты поташем ведут до точки полного перехода К₂СО₃ в СН₃СООК при pH 6,0-6,5 и последующее повышение pH до 10-11 и плотности раствора до 1,29-1,30 г/см³ обеспечивают добавлением КОН, после чего осуществляют введение загустителей, в качестве которых используют гидроксиэтилцеллюлозу и соли фосфорной кислоты, выбранные из ряда динатрийфосфат и тринатрийфосфат (см. патент RU №2205854, кл. С09К 3/18, 10.06.2003).

Данный способ позволяет приготовить противообледенительную жидкость, стабильную до температур -40°C и способную при одном нанесении обеспечить проплавление льда или снежно-ледяных образований. Однако сравнительно сложный способ приготовления данной жидкости приводит к снижению ее привлекательности для использования.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ приготовления противообледенительной жидкости, заключающийся в том, что приготовляют концентрат путем добавления при перемешивании поверхностно-активного вещества и загустителя к водно-гликолевой или водно-глицериновой смеси, используемой в качестве растворителя, взятой в количестве 1-20 вес.% от ее общего требуемого количества, добавляют при перемешивании полученный концентрат к оставшейся части растворителя с последующим перемешиванием, достаточным для получения гомогенной суспензии, а затем добавляют при перемешивании к полученной гомогенной суспензии нейтрализующий агент с последующим перемешиванием, достаточным для получения гомогенного раствора (см. патент RU №2183216, кл. С09К 3/18, 10.06.2002).

Однако данный способ приготовления не обеспечивает требуемую его воспроизводимость и стабильность эксплуатационных характеристик, что сужает область его использования.

Задачей изобретения является устранение указанных выше недостатков.

Технический результат заключается в том, что достигается повышение стабильности эксплуатационных характеристик противообледенительной жидкости при ее хранении до начала эксплуатации.

Указанная задача решается, а технический результат достигается тем, что способ приготовления противообледенительной жидкости заключается в том, что приготовляют концентрат путем добавления при перемешивании поверхностно-активного вещества на основании спиртов жирного ряда и загустителя на основе полиакриловой кислоты к водно-гликолевой или водно-глицериновой смеси, используемой в качестве растворителя, взятой в количестве 1-20 вес.% от ее общего требуемого количества, добавляют при перемешивании полученный концентрат к оставшейся части растворителя с последующим перемешиванием, достаточным для получения гомогенной суспензии, а затем добавляют при перемешивании к полученной гомогенной суспензии нейтрализующий агент - гидрооксид калия с последующим перемешиванием, достаточным для получения гомогенного раствора, при этом перемешивание осуществляют в смесителе с мешалкой, к которой подключают выносной циркуляционный контур с ультразвуковым проточным диспергатором, при этом одновременно с перемешиванием в смесителе компонентов приготовляемой противообледенительной жидкости обеспечивают их прокачку через циркуляционный контур, в котором в ультразвуковом проточном в диспергаторе воздействуют на них частотой колебаний ультразвукового излучателя диспергатора 10-30 кГц с интенсивностью ультразвукового воздействия 50-250 Вт/см², при этом обеспечивают кратность циркуляции находящихся в смесителе перемешивающихся компонентов приготовляемой противобледенительной жидкости через ультразвуковой диспергатор от 2 до 5 при температуре жидкости 20-50°C, а после завершения перемешивания полученную противообледенительную жидкость обезгаживают путем ее выгрузки из смесителя через ультразвуковой проточный диспергатор.

В ходе проведенного исследования было выявлено, что вязкость противообледенительной жидкости (ПОЖ) определяется взаимодействием между макромолекулами гидрофобизированного полимерного загустителя и мицеллами поверхностно-активного вещества (ПАВ), их строением и количеством. Равновесие в высоковязкой системе при заданном количестве компонентов ПОЖ устанавливается медленно, что связано с диффузионными ограничениями. Перемешивание приготавливаемой жидкости в больших аппаратах при помощи тихоходных мешалок не приводит к быстрому и полному достижению равновесия в системе. Перемешивание в таких средах происходит только на макроуровне. Следовательно, параметры жидкости нестабильны и могут изменяться при хранении.

Было установлено, что представляется возможным интенсифицировать процесс перемешивания высоковязких ПОЖ на микроуровне, используя воздействие подобранными акустическими колебаниями. Ультразвуковые колебания заданной интенсивности ускоряют процессы достижения равновесного состояния между мицеллами ПАВ и молекулами полимерного загустителя в ПОЖ, так как в зоне воздействия акустических волн снимаются диффузионные ограничения. Для этого проводят описанную выше последовательность смешения компонентов, причем перемешивание осуществляют в смесителе с мешалкой, к которой подключают выносной циркуляционный контур с ультразвуковым проточным диспергатором, при этом одновременно с перемешиванием в смесителе компонентов приготовляемой противообледенительной жидкости обеспечивают их прокачку через циркуляционный контур, в котором в ультразвуковом проточном в диспергаторе воздействуют на них частотой колебаний ультразвукового излучателя диспергатора 10-30 кГц с интенсивностью ультразвукового воздействия 50-250 Вт/см², при этом обеспечивают кратность циркуляции находящихся в смесителе перемешивающихся компонентов приготовляемой противобледенительной жидкости через ультразвуковой диспергатор от 2 до 5 при температуре жидкости 20-50°C, а после завершения перемешивания полученную противообледенительную жидкость обезгаживают путем ее выгрузки из смесителя через ультразвуковой проточный диспергатор.

Таким образом, удалость создать технологически простой способ приготовления с низким энергопотреблением, при более высоких по сравнению с прототипом производительности способа приготовления и качестве готового продукта.

На чертеже представлена установка для осуществления способа приготовления противообледенительной жидкости.

Установка содержит смеситель 1 с мешалкой 2 и подключенный к смесителю 1 циркуляционный контур 3, содержащий ультразвуковой проточный диспергатор 4, центробежный насос 5 и теплообменник 6.

Способ приготовления противообледенительной жидкости реализуется следующим образом.

Вначале приготовляют концентрат путем добавления при перемешивании в смесителе 1 поверхностно-активного вещества и загустителя к водно-гликолевой или водно-глицериновой смеси, используемой в качестве растворителя, взятой в количестве 1-20 вес.% от ее общего требуемого количества. Затем добавляют при перемешивании в смесителе 1 полученный концентрат к оставшейся части растворителя с последующим перемешиванием, достаточным для получения гомогенной суспензии, а затем добавляют при перемешивании к полученной гомогенной суспензии нейтрализующий агент с последующим перемешиванием, достаточным для получения гомогенного раствора. Перемешивание осуществляют, как указано выше, в смесителе 1 с мешалкой 2, к которой подключен выносной циркуляционный контур 3 с ультразвуковым проточным диспергатором 4. Одновременно с перемешиванием в смесителе 1 компонентов приготовляемой противообледенительной жидкости обеспечивают центробежным насосом 5 прокачку части приготовляемой ПОЖ через циркуляционный контур 3, в котором в ультразвуковом проточном в диспергаторе 4 воздействуют на приготовляемую ПОЖ частотой колебаний ультразвукового излучателя диспергатора 4 от 10 до 30 кГц с интенсивностью ультразвукового воздействия 50-250 Вт/см². Посредством прокачки приготовляемой ПОЖ обеспечивают кратность циркуляции находящихся в смесителе 1 перемешивающихся компонентов приготовляемой противобледенительной жидкости через ультразвуковой диспергатор 4 от 2 до 5 при температуре жидкости 20-50°C, которую поддерживают с помощью теплообменника 6. После завершения перемешивания полученную противообледенительную жидкость обезгаживают (удаляют пузырьки воздуха, образовавшиеся при работе смесителя 1) путем ее выгрузки из смесителя 1 через ультразвуковой проточный диспергатор 4.

Ниже приведены примеры, показывающие оптимальность приведенных параметров приготовления ПОЖ.

Пример 1.

Сравниваются два образца ПОЖ, приготовленные по одной рецептуре двумя способами: 1 - при помощи простого интенсивного перемешивания в аппарате с мешалкой при температуре 20°C в течение 1 часа и 2 с использованием дополнительного акустического воздействия в выносном ультразвуковом диспергаторе при той же температуре 20°C. Частота колебаний ультразвукового излучателя 30 кГц, интенсивность ультразвукового воздействия 250 Вт/см², кратность циркуляции через ультразвуковой диспергатор 4.

Состав образца ПОЖ:

52 вес.% 1,2-пропиленгликоля,

0,3 вес.% загустителя на основе структурированной полиакриловой кислоты, содержащей гидрофобные фрагменты,

0,13 вес.% спирта жирного ряда с 12-16 атомами углерода, этоксилированного 7 молями этиленоксида,

гидроксид калия в количестве, необходимом для достижения величины рН образца 7,5,

вода - остальное.

Измерение вязкости полученных образцов проводили на вискозиметре Брукфильда при скорости вращения шпинделя 0,3 об/мин при 20°C.

Исследовалась термическая стабильность образцов, приготовленных разными способами, при 70°C при выдержке в течение 30 дней.

Результаты измерений приведены в таблице 1.

Образец 2, подвергнутый акустическому воздействию, изначально имеет более высокое значение вязкости раствора и обладает большей термостабильностью. Это обусловлено тем, что равновесие в системе загуститель-ПАВ при озвучивании раствора устанавливается быстрее, чем при простом перемешивании образца.

Пример 2.

Сравниваются два образца ПОЖ, приготовленные по одной рецептуре двумя способами: 1 - при помощи простого интенсивного перемешивания в аппарате с мешалкой при температуре 40°C в течение 1 часа и 2 с использованием дополнительного акустического воздействия в выносном ультразвуковом диспергаторе при той же температуре 40°C. Частота колебаний ультразвукового излучателя 30 кГц, интенсивность ультразвукового воздействия 100 Вт/см², кратность циркуляции через ультразвуковой диспергатор 5.

Состав образца ПОЖ-4:

52 вес.% 1,2-пропиленгликоля,

0,3 вес.% загустителя на основе структурированной полиакриловой кислоты, содержащей гидрофобные фрагменты,

0,13 вес.% спирта жирного ряда с 12-16 атомами углерода, этоксилированного 7 молями этиленоксида,

гидроксид калия в количестве, необходимом для достижения величины pH образца 7,5,

вода - остальное.

Измерение вязкости полученных образцов проводили на вискозиметре Брукфильда при скорости вращения шпинделя 0,3 об/мин при 20°C.

Исследовалась термическая стабильность образцов, приготовленных разными способами, при 70°C при выдержке в течение 30 дней. Результаты измерений приведены в таблице 2.

Образец 2, подвергнутый акустическому воздействию, имеет более высокое значение вязкости раствора и обладает большей термостабильностью, чем образец 1, полученный при простом механическом перемешивании.

Пример 3.

Сравниваются два образца ПОЖ, приготовленные по одной рецептуре двумя способами: 1 - при помощи простого интенсивного перемешивания в аппарате с мешалкой при температуре 50°C в течение 1 часа и 2 с использованием дополнительного акустического воздействия в выносном ультразвуковом диспергаторе при той же температуре 50°C. Частота колебаний ультразвукового излучателя 30 кГц, интенсивность ультразвукового воздействия 100 Вт/см², кратность циркуляции через ультразвуковой диспергатор 5.

Состав образца ПОЖ-4:

52 вес.% 1,2-пропиленгликоля,

0,3 вес.% загустителя на основе структурированной полиакриловой кислоты, содержащей гидрофобные фрагменты,

0,13 вес.% спирта жирного ряда с 12-16 атомами углерода, этоксилированного 7 молями этиленоксида,

гидроксид калия в количестве, необходимом для достижения величины рН образца 7,5,

вода - остальное.

Измерение вязкости полученных образцов проводили на вискозиметре Брукфильда при скорости вращения шпинделя 0,3 об/мин при 20°C.

Исследовалась термическая стабильность образцов, приготовленных разными способами, при 70°C при выдержке в течение 30 дней. Результаты измерений приведены в таблице 3.

Образец 2, подвергнутый акустическому воздействию, имеет более высокое значение вязкости раствора и обладает большей термостабильностью, чем образец 1, полученный при простом механическом перемешивании.

Приведенный выше ряд примеров показывает возможность достижения указанного выше технического результата при ускорении и упрощении процесса приготовления ПОЖ, обладающей требуемыми стабильными эксплуатационными параметрами.