Устройство для диспергирования и гомогенизации

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСПЕРГИРОВАНИЯ И ГОМОГЕНИЗАЦИИ(71) Заявители Государственное научное учреждение Научно-исследовательский центр проблем ресурсосбережения Национальной академии наук Беларуси Государственное научное учреждение Институт технической акустики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Свириднок Анатолий Иванович Игнатовский Михаил Иванович Кравцевич Алексей Владимирович Бородуля Валентин Алексеевич Рубаник Василий Васильевич Махановская Ольга Николаевна Багрец Дмитрий Александрович(73) Патентообладатели Государственное научное учреждение Научно-исследовательский центр проблем ресурсосбережения Национальной академии наук Беларуси Государственное научное учреждение Институт технической акустики Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Устройство для диспергирования и гомогенизации преимущественно низковязких жидкостей, содержащих твердые микро- и наночастицы, состоящее из рабочей камеры в виде цилиндрического корпуса с верхним фланцем, на котором крепится ультразвуковой генератор, волновод которого введен внутрь рабочей камеры на заданном расстоянии от 71792011.04.30 внутренней поверхности нижней крышки, и имеющее в верхней части рабочей камеры ввод для подачи сжатого воздуха, на котором крепятся манометр и шаровой кран, отличающееся тем, что в верхней части рабочей камеры имеется бобышка с отверстием и резьбой, при помощи которой крепится распылитель. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нижняя часть рабочей камеры выполнена в виде скользящего стакана, имеющего конусообразное дно, снабженное спусковым краном. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что распылитель выполнен в виде трубчатого корпуса, на одном конце которого имеются один и более жиклеров, на другом - штуцер для присоединения к компрессорному устройству. 4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что наружная часть цилиндрического корпуса и внутренняя часть стакана соединены по скользящей посадке сильфоном и имеют фиксирующий стопор. 5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что на наружной поверхности цилиндрического корпуса устанавливается уплотнитель в виде кольца с торцовым уплотнением и стопорным винтом. 6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что в верхней части распылителя установлена загрузочная камера, соединенная с распылителем при помощи муфты, содержащей шаровой кран.(56) 1. Маргулис М.А. Основы звукохимии (химические реакции в акустических полях) / М.А. МаргулисУчеб. пособие. - М. Высш. шк., 1984. - С. 9-14. 2. Мачинский А.С. Кавитационные аппараты для очистки сточных вод / А.С.Мачинский, Н.А.Яхова, Н.Н.МарутовскаяОбзорная информация. - М. ЦНИИТЭнефтехим, 1991. - Вып. 2. - С. 5-10. 3.2029634 С 1, МПК 05 1/02, 5.05.1991. 4.43785 1, П 01 11/02, 11.10.2004. Полезная модель относится к области диспергирования, в частности к устройствам для диспергирования и гомогенизации жидких суспензий, и может быть использована в химической, фармацевтической, парфюмерной, топливной и др. отраслях промышленности для интенсификации процессов диспергирования, эмульгирования, гомогенизации,растворения и т.д. Известны устройства для диспергирования и гомогенизации жидких сред, содержащих твердые частицы 1-3, основанные на современных процессах высокоэнергетического воздействия. В частности, для этих целей наиболее эффективно использование ультразвуковых и струйных смесителей. Недостатком таких устройств является необходимость применения уже готовых и достаточно однородных смесей, при этом расходуется значительное количество энергии и времени, трудно обеспечить проточный режим. Недостаточна и равномерность распределения наноразмерных частиц дисперсной фазы в жидкой суспензии. Наиболее близким по технической сути к заявляемой полезной модели является устройство 4, принятое за прототип, которое состоит из генератора электрических колебаний, соединенного с блоком ультразвукового преобразователя и введенного в зону обработки посредством излучателя. При этом блок ультразвукового преобразователя закреплен на стойке с возможностью перемещения вдоль нее. Существенным недостатком прототипа является то, что он, в силу присущих ему конструктивных элементов, не позволяет получить достаточно равномерное распределение 2 71792011.04.30 частиц в объеме обрабатываемой среды. Кроме того, производительность указанного устройства невысока. Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание устройства для диспергирования и гомогенизации жидких суспензий, позволяющего получать однородные хорошо гомогенизированные высокодисперсные системы. Поставленная задача обеспечивается тем, что предлагаемое устройство для диспергирования и гомогенизации, как и прототип, состоит из рабочей камеры в виде цилиндрического корпуса с верхним фланцем, на котором крепится ультразвуковой генератор,волновод которого введен внутрь рабочей камеры на заданном расстоянии от внутренней поверхности нижней крышки, и имеет в верхней части рабочей камеры ввод для подачи сжатого воздуха, на котором крепятся манометр и шаровой кран. В отличие от известной в предлагаемой установке в верхней части рабочей камеры имеется бобышка с отверстием и резьбой, при помощи которой крепится распылитель. При этом нижняя часть рабочей камеры выполнена в виде скользящего стакана, имеющего конусообразное дно, снабженное спусковым краном распылитель выполнен в виде трубчатого корпуса, на одном конце которого имеются один и более жиклеров, на другом- штуцер для присоединения к компрессорному устройству наружная часть цилиндрического корпуса и внутренняя часть стакана соединены по скользящей посадке сильфоном и имеют фиксирующий стопор на наружной поверхности цилиндрического корпуса устанавливается уплотнитель в виде кольца с торцовым уплотнением и стопорным винтом в верхней части распылителя установлена загрузочная камера, соединенная с распылителем при помощи муфты, содержащей шаровой кран. Такое совмещение ультразвукового воздействия и микроструйного распыления позволяет эффективно решать задачи получения высокодисперсных хорошо гомогенизированных низковязких жидких систем. Техническая сущность полезной модели поясняется прилагаемым чертежом, где на фиг. 1 показана общая схема устройства для диспергирования и гомогенизации, на фиг. 2 схема соединения нижнего стакана с помощью резьбы, на фиг. 3 - схема соединения нижнего стакана по скользящей посадке. Заявляемое устройство состоит из рабочей камеры 1 в виде цилиндрического корпуса с фланцем 6, к которому крепится ультразвуковой генератор 5, волновод которого 13 введен внутрь рабочей камеры. К цилиндрическому корпусу при помощи бобышек с резьбой и отверстиями крепятся контрольно-измерительный блок, включающий предохранительный клапан 2, кран 3 и манометр 4 блок подачи рабочей жидкости (суспензии), состоящий из патрубка 11, на котором установлена загрузочная камера 7 с крышкой 9, имеющей кран 8 со штуцером. К патрубку 11 с одной стороны крепится входной штуцер 10, через который подается сжатый воздух,с другой стороны - распылительное устройство 12, подающее воздушно-капельную водную дисперсию в зону ультразвуковой обработки 18. В нижней части рабочей камеры при помощи фланца 14 и болтовых соединений крепится сливной блок 15, имеющий внутреннюю воронкообразную форму и сливной кран 16 со штуцером 17. При необходимости обеспечения циклической и непрерывной обработки наножидкостей с целью гомогенизации ее структуры осуществляется перекачка суспензии при помощи гибкого трубопровода 27. Для изменения объема рабочей камеры диспергатора, необходимого при замене имеющих разную длину излучателей, можно применить конструкцию (фиг. 2 а), которая представляет собой стакан 23, имеющий на внутренней цилиндрической поверхности резьбу 22, согласованную с резьбой наружной части цилиндрического корпуса рабочей камеры 1,что позволяет оперативно изменять рабочий объем устройства. Необходимая высота пе 3 71792011.04.30 ремещения стакана 23 задается при помощи резьбовой шайбы 19, имеющей уплотнение 21 и стопорный винт 20. Такую же функцию изменения объема рабочей камеры можно обеспечить, применяя конструкцию, показанную на фиг. 2, где сливной стакан 26 имеет возможность скользить по наружной поверхности цилиндрического корпуса рабочей камеры 1 (скользящая посадка). Ограничение выхода сжатого воздуха из зоны ультразвуковой обработки 18 осуществляется при помощи сильфона 24, один конец которого крепится на корпусе устройства, другой - на наружной поверхности стакана 26. Необходимая фиксация нужного положения может быть осуществлена при помощи стопорного винта 25, имеющего уплотнение. Предлагаемое устройство работает следующим образом. В загрузочную камеру 7 вводится необходимое количество микро/наносуспензии, затем через патрубок 10 подается сжатый воздух. После появления в патрубке 10 всасывающего эффекта открывается впускной кран (на чертеже не показан), находящийся в нижней части загрузочной камеры,и начинается струйно-капельное микрораспыление суспензии, наполненной твердыми наночастицами. Таким образом, происходит первичное диспергирование жидкости, накопление ее в нижней части рабочей камеры 1 и заполнение ее до уровня, обеспечивающего погружение в суспензию на 2/3 волновода 13. Затем подача обрабатываемой среды прекращается, избыточное давление в рабочей камере доводится до необходимого значения и включается ультразвуковой генератор 5. При работе ультразвукового блока устройства в среде распространения ультразвука развивается эффект акустической кавитации, в результате которой в воздушных пузырьках жидкости развиваются давление до 100 МПа, температура до 25000 К, происходят микровзрывы, возникают микропотоки, скорость которых достигает 150 м/с. Эти воздействия приводят к разрушению микроагломератов до наноразмерного уровня. Для усиления гомогенизации суспензии процесс целесообразно повторить, в т.ч. путем перекачки жидкости в загрузочный бункер по гибкому трубопроводу 27. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4