[go: up one dir, main page]

RU2344874C1 - Method for dispersion of liquids, their mixtures and solid substance suspensions in liquids - Google Patents

Method for dispersion of liquids, their mixtures and solid substance suspensions in liquids Download PDF

Info

Publication number
RU2344874C1
RU2344874C1 RU2007130530/15A RU2007130530A RU2344874C1 RU 2344874 C1 RU2344874 C1 RU 2344874C1 RU 2007130530/15 A RU2007130530/15 A RU 2007130530/15A RU 2007130530 A RU2007130530 A RU 2007130530A RU 2344874 C1 RU2344874 C1 RU 2344874C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
speed
circulating
dispersion
liquids
liquid
Prior art date
Application number
RU2007130530/15A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Байдар Гарифович Валиев (RU)
Байдар Гарифович Валиев
Сергей Николаевич Кравченко (RU)
Сергей Николаевич Кравченко
Валерий Михайлович Лопатин (RU)
Валерий Михайлович Лопатин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Композит"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Композит" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Композит"
Priority to RU2007130530/15A priority Critical patent/RU2344874C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2344874C1 publication Critical patent/RU2344874C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: method includes preliminary mixing of liquid with stabiliser and further homogenisation. Circulating liquid flow is formed, periodically cut off, and part of cut off flow is taken and separated into two or more paired flows. In every pair flows are transformed into high-speed jets and sent opposite to each other to provide periodic head-on impact with frequency equal to frequency of circulating flow cut off. In order to control extent of dispersion, length and speed of circulating flow motion are changed.
EFFECT: higher extent of medium dispersion.
4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области переработки жидких сред и может использоваться для получения жидких композиционных материалов, в том числе наноструктурированных жидкостей.The invention relates to the field of processing liquid media and can be used to obtain liquid composite materials, including nanostructured liquids.

Технология получения жидких композиционных материалов включает определенную последовательность операций, при этом первичной и определяющей операцией является диспергирование жидких или твердых компонентов. На стадии диспергирования получают ансамбль частиц с определенным среднестатистическим размером. Существенной при этом является степень диспергирования, которая может соответствовать освоенному микроуровню или относиться к более перспективному наноуровню.The technology for producing liquid composite materials includes a certain sequence of operations, while the primary and determining operation is the dispersion of liquid or solid components. At the stage of dispersion, an ensemble of particles with a certain average statistical size is obtained. In this case, the degree of dispersion is significant, which can correspond to the mastered microlevel or belong to a more promising nanolevel.

В жидких средах для диспергирования обычно используют эффект ударного столкновения, которое приводит к дроблению сталкивающихся частиц. Для оценки вероятности диспергирования частицы жидкости используют число Вебера We, которое выражает собой отношение сил инерции к силам поверхностного натяжения (см., например, Повх И.Л. Техническая гидромеханика. Ленинград, изд-во Машиностроение, 1969, стр.263):In liquid media, a collision effect is usually used for dispersion, which leads to crushing of the colliding particles. To assess the probability of dispersion of a fluid particle, the Weber number We, which expresses the ratio of inertia to surface tension forces, is used (see, for example, Povkh I.L. Technical hydromechanics. Leningrad, publishing house Mechanical Engineering, 1969, p. 263):

Figure 00000001
Figure 00000001

где ρ - плотность сталкивающейся частицы;where ρ is the density of the colliding particle;

V - относительная скорость сталкивающихся частиц;V is the relative velocity of the colliding particles;

d - диаметр частицы;d is the particle diameter;

σ - межфазное поверхностное натяжение.σ is the interfacial surface tension.

Приведенное соотношение показывает, что степень диспергирования в жидкости зависит преимущественно от скорости соударения частицы с препятствием. В качестве препятствия может выступать стенка сосуда или другая движущаяся частица жидкости. При значении числа We=10 каждая капля разбивается на 2 частицы, а при достижении We=14 каждая капля разбивается уже на 10 частей. Дальнейшее увеличение числа Вебера ведет к росту числа измельченных частиц (Волынский М.С. Необыкновенная жизнь обыкновенной капли. М., Знание, 1986, с.67).The above ratio shows that the degree of dispersion in a liquid depends mainly on the speed of collision of a particle with an obstacle. As an obstacle, the vessel wall or another moving particle of liquid can act. With the value of We = 10, each drop is divided into 2 particles, and when We = 14 is reached, each drop is divided into 10 parts. A further increase in the number of Weber leads to an increase in the number of crushed particles (Volynsky M.S. Unusual life of an ordinary drop. M., Knowledge, 1986, p. 67).

Столкновения частиц жидкости используются в различных способах диспергирования. Известны, например, способы диспергирования топливных смесей, основанные на перемешивании жидкостей (гомогенизации) и последующем распылении смеси с помощью форсунки. При прохождении через отверстия форсунки частицы испытывают столкновения, которые вызывают распыление жидкости. Размер распыленных с помощью форсунки частиц, как показывает опыт, составляет десятые доли миллиметра и не может быть существенно уменьшен из-за ограничения скорости движения сталкивающихся капель.Collisions of fluid particles are used in various dispersion methods. Known, for example, methods of dispersing fuel mixtures based on the mixing of liquids (homogenization) and the subsequent atomization of the mixture using a nozzle. When passing through the nozzle orifices, particles experience collisions that cause atomization of the liquid. The size of the particles atomized by the nozzle, as experience shows, is tenths of a millimeter and cannot be significantly reduced due to the speed limits of the colliding drops.

Более эффективные способы диспергирования жидкости основаны на использовании кавитационных явлений. При кавитационном диспергировании в жидкой среде создают условия для возникновения отрицательного давления, необходимого для развития и последующего схлопывания кавитационных полостей. В результате схлопывания кавитационной полости резко возрастает значение локального давления, возникает ударная волна, которая вызывает диспергирование частиц жидкости или измельчение частиц твердого тела, находящихся в зоне схлопывающейся полости. Диспергируемая частица испытывает мощное ударное столкновение со стенкой схлопывающейся полости, импульс локального давления в момент схлопывания полости достигает значения 106 атмосфер.More effective methods of dispersing liquids are based on the use of cavitation phenomena. When cavitation dispersion in a liquid medium creates the conditions for the emergence of the negative pressure necessary for the development and subsequent collapse of cavitation cavities. As a result of the collapse of the cavitation cavity, the local pressure increases sharply, a shock wave arises, which causes dispersion of the fluid particles or the grinding of solid particles located in the zone of the collapsing cavity. The dispersible particle experiences a powerful shock collision with the wall of the collapsing cavity, the local pressure pulse at the moment of the collapse of the cavity reaches 10 6 atmospheres.

Кавитационное диспергирование как способ обработки жидких сред используют для создания разнообразных технологических процессов. В качестве примера можно привести способы получения водоугольного топлива (заявка №2003123237) и водотопливных эмульсий (патент №2208043), способы обработки монодисперсных кремовых эмульсий (патент №2240782) и кремнийорганолипидных микрокапсул для медицинских и косметических препаратов (патент №2173140), способы сепарации (заявка №2001114277) и дегазации жидких сред (патент №2254913) в пищевой, химической, горнорудной промышленности.Cavitation dispersion as a method of processing liquid media is used to create a variety of technological processes. As an example, we can cite methods for producing water-coal fuel (application No. 2003123237) and water-fuel emulsions (patent No. 2208043), methods for processing monodisperse cream emulsions (patent No. 2240782) and silicon organolipid microcapsules for medical and cosmetic preparations (patent No. 2173140), separation methods ( application No. 20011114277) and degassing of liquid media (patent No. 2254913) in the food, chemical, mining industries.

Перечисленные способы могут использоваться в качестве аналогов предлагаемого изобретения. Общим недостатком приведенных аналогов является низкая степень диспергирования компонентов, связанная с ограничением скорости схлопывания кавитационной полости.These methods can be used as analogues of the invention. A common disadvantage of the above analogues is the low degree of dispersion of the components associated with the limitation of the rate of collapse of the cavitation cavity.

Прототипом предлагаемого изобретения является способ функционирования акустического излучателя, описанного в патенте RU №2149713 C1, B06B 1/18. Принцип действия акустического излучателя пояснен на фиг.4. В акустическом излучателе жидкая среда проходит через периодически перекрываемые каналы ротора и статора, которые имеют цилиндрическую форму и коаксиальное расположение. Отличительной особенностью прототипа является подача обрабатываемой жидкости от наружной поверхности ротора к центру.The prototype of the invention is a method for the operation of an acoustic emitter described in patent RU No. 2149713 C1, B06B 1/18. The principle of operation of the acoustic emitter is illustrated in Fig.4. In an acoustic emitter, the liquid medium passes through periodically overlapping channels of the rotor and stator, which have a cylindrical shape and a coaxial arrangement. A distinctive feature of the prototype is the flow of the processed fluid from the outer surface of the rotor to the center.

Прототип функционирует следующим образом. В момент периодических совпадений каналов ротора и статора обрабатываемая жидкость проходит во внутреннюю полость статора, где находится приемная камера и выходной патрубок. В момент перекрытия каналов статора в жидкости, находящейся в полости каналов, создается отрицательное давление, за счет которого возникают и схлопываются кавитационные полости. Движение жидкости от края к центру способствует концентрации кавитационных полостей и возникновению акустических колебаний внутри полости статора, что приводит к интенсификации процессов диспергирования.The prototype operates as follows. At the moment of periodic coincidence of the channels of the rotor and stator, the processed fluid passes into the internal cavity of the stator, where there is a receiving chamber and an outlet pipe. At the moment of blocking of the stator channels in the liquid located in the cavity of the channels, a negative pressure is created, due to which cavitation cavities arise and collapse. The movement of fluid from the edge to the center promotes the concentration of cavitation cavities and the occurrence of acoustic vibrations inside the stator cavity, which leads to the intensification of dispersion processes.

Основным недостатком прототипа является отсутствие ударного взаимодействия между потоками, проходящими через каналы статора.The main disadvantage of the prototype is the lack of impact interaction between the flows passing through the stator channels.

Целью настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков и повышение степени диспергирования жидкостей, их смесей и взвесей твердых тел. Поставленная цель достигается следующим способом.The aim of the present invention is to eliminate the above disadvantages and increase the degree of dispersion of liquids, their mixtures and suspended solids. The goal is achieved in the following way.

Изначально формируют циркулирующий поток жидкости в замкнутом контуре с заданными поперечным сечением и скоростью движения. Периодически этот поток перекрывают и тем самым обеспечивают условия для повышения давления за счет возникновения гидравлического удара. Из потока с повышенным давлением забирают часть жидкости, которую делят на два или более парных потоков. В каждой паре потоки направляют в сопла, ориентированные навстречу друг другу. На выходе из сопел формируют высокоскоростные встречные струи, которые испытывают периодическое лобовое столкновение в приемной камере с частотой, равной частоте перекрытия циркулирующего потока. В результате лобового столкновения струи разбиваются на множество измельченных частиц и молекул, то есть происходит диспергирование жидкости.Initially form a circulating fluid flow in a closed loop with a given cross section and speed. Periodically, this flow is blocked and thereby provides conditions for increasing pressure due to the occurrence of water hammer. Part of the fluid is taken from the overpressure stream, which is divided into two or more paired streams. In each pair, the flows are directed to nozzles oriented towards each other. At the exit from the nozzles, high-speed oncoming jets are formed, which experience a periodic frontal collision in the receiving chamber with a frequency equal to the frequency of overlapping the circulating flow. As a result of a head-on collision, the jets are divided into many crushed particles and molecules, that is, liquid disperses.

Высокую скорость струи обеспечивают за счет гидроударного приращения давления в циркулирующем замкнутом контуре, величину гидроударного приращения давления рассчитывают по формуле Жуковского:High speed of the jet is provided due to hydropercussion increment of pressure in a circulating closed circuit, the magnitude of hydropercussion increment of pressure is calculated by the Zhukovsky formula:

Δр=aρΔV,Δp = aρΔV,

где а - скорость звука в жидкости, а ΔV - изменение скорости потока.where a is the speed of sound in a liquid, and ΔV is the change in flow velocity.

Время гидроударного воздействия в циркулирующем контуре определяют по формуле:The time of hydropercussion in a circulating circuit is determined by the formula:

t=2l/a,t = 2l / a,

где l - длина трубопровода от подающего насоса до места перекрытия потока (см. фиг.1).where l is the length of the pipeline from the feed pump to the point of shutoff of the flow (see figure 1).

Из приведенных формул видно, что интенсивность гидравлического удара и величину приращения давления можно задавать в замкнутом контуре и регулировать ее путем изменения скорости циркулирующего потока, а время воздействия гидроударного давления изменять путем выбора длины подводящего трубопровода. В частности, длину подводящего трубопровода следует выбирать таким образом, чтобы продолжительность гидроударного воздействия превышала время формирования высокоскоростной струи.From the above formulas it can be seen that the water hammer intensity and the pressure increment can be set in a closed circuit and controlled by changing the speed of the circulating flow, and change the time of the impact of hydroshock pressure by choosing the length of the supply pipe. In particular, the length of the supply pipe should be selected so that the duration of the hydropercussion exceeds the formation time of the high-speed jet.

Рассмотрим более детально физическую картину явлений, происходящих в жидкости после столкновения двух струй. В момент столкновения масса жидкости прекращает свое движение. Сначала останавливается слой жидкости, достигший линии встречи, а затем постепенно останавливаются и остальные слои. В направлении движения распространяется волна давления, приводящая к сжатию жидкости. После фазы сжатия происходит расширение жидкости, и волна давления начинает распространяться в обратном направлении. Процессы сжатия и расширения повторяется с высокой частотой и затухающей амплитудой. В результате затухающего колебательного процесса в зоне столкновения наблюдается периодическое понижение давления жидкости, которое приводит к образованию кавитационных полостей. Каждая из кавитационных полостей схлопывается и тем самым усиливает эффект диспергирования. Таким образом, при столкновении высокоскоростных струй процесс диспергирования от встречного столкновения частиц усиливается за счет возникновения и схлопывания кавитационных полостей.Let us consider in more detail the physical picture of the phenomena occurring in a liquid after the collision of two jets. At the time of the collision, the mass of liquid ceases to move. First, the liquid layer that has reached the meeting line stops, and then the remaining layers gradually stop. A pressure wave propagates in the direction of motion, resulting in compression of the fluid. After the compression phase, the liquid expands, and the pressure wave begins to propagate in the opposite direction. The compression and expansion processes are repeated with high frequency and decaying amplitude. As a result of a damped oscillatory process, a periodic decrease in the liquid pressure is observed in the collision zone, which leads to the formation of cavitation cavities. Each of the cavitation cavities collapses and thereby enhances the dispersion effect. Thus, in the collision of high-speed jets, the dispersion process from the oncoming collision of particles is enhanced due to the emergence and collapse of cavitation cavities.

Произведем численную оценку предельных возможностей предлагаемого способа. Предположим, что в результате столкновения с препятствием вся кинетическая энергия струи воды переходит в потенциальную энергию сжатого столба жидкости. Предположим также, что запаса потенциальной энергии достаточно для того, чтобы сжатый столб жидкости разогрелся и перешел из жидкого в парообразное состояние, то есть полностью рассыпался на молекулы. Для численного расчета явления используем известные данные: удельная теплоемкость воды с=4182 Дж/кг·К и удельная теплота парообразования воды q=2257 кДж/кг. Предполагая, что вся кинетическая энергия струи уходит на нагрев и парообразование столба жидкости с начальной температурой t=20°С, а также учитывая равенствоLet us make a numerical assessment of the maximum capabilities of the proposed method. Suppose that as a result of a collision with an obstacle, all of the kinetic energy of the water jet transforms into the potential energy of the compressed column of liquid. Suppose also that the potential energy reserve is sufficient for the compressed column of liquid to warm up and transfer from a liquid to a vaporous state, that is, to completely disintegrate into molecules. For the numerical calculation of the phenomenon, we use the known data: the specific heat of water c = 4182 J / kg · K and the specific heat of vaporization of water q = 2257 kJ / kg. Assuming that all kinetic energy of the jet is spent on heating and vaporization of the liquid column with an initial temperature t = 20 ° C, and also taking into account the equality

Figure 00000002
Figure 00000002

найдем величину линейной скорости столба жидкости:we find the linear velocity of the liquid column:

Figure 00000003
Figure 00000003

При достижении полученного значения скорости вся масса струи после столкновения с препятствием диспергируется до молекулярного уровня. Для двух встречных струй полученное значение является относительной скоростью движения, поэтому для достижения аналогичного эффекта встречные струи необходимо разогнать до скорости V/2=1140 м/с. Формирование струи со столь высокой скоростью является технически достижимым результатом. Для подтверждения возможности достижения названной скорости, а также возможности реализации предлагаемого изобретения, можно привести параметры используемого в промышленности процесса гидрорезки, в котором создается давление жидкости до 4000 атм, обеспечивающее высоконапорную струю со скоростью до 1200 м/с.Upon reaching the obtained velocity value, the entire mass of the jet after collision with an obstacle is dispersed to a molecular level. For two oncoming jets, the obtained value is the relative speed of movement, therefore, to achieve a similar effect, the oncoming jets must be accelerated to a speed of V / 2 = 1140 m / s. Jet formation at such a high speed is a technically achievable result. To confirm the possibility of achieving the named speed, as well as the possibility of implementing the present invention, it is possible to cite the parameters of the hydraulic cutting process used in industry, in which a fluid pressure of up to 4000 atm is created, which provides a high-pressure jet with a speed of up to 1200 m / s.

Рассмотрим возможность технической реализации предлагаемого способа на основе диспергатора роторного типа. Для описания способа используем схемы, показанные на фиг.1-3. На фиг.1 изображены направления потоков жидкости и основные части диспергатора; на фиг.2 - взаимное угловое положение каналов ротора и статора в диспергаторе, на фиг.3 - последовательность основных операций способа.Consider the possibility of technical implementation of the proposed method based on a rotary dispersant. To describe the method, we use the circuit shown in figures 1-3. Figure 1 shows the direction of fluid flow and the main parts of the dispersant; figure 2 - the relative angular position of the channels of the rotor and the stator in the dispersant, figure 3 is a sequence of basic operations of the method.

Диспергатор (фиг.1) состоит из вращающегося двухкамерного ротора 1 и неподвижного статора 2, между которыми выполнен минимальный рабочий зазор L (по цилиндрической поверхности). В статоре 2 размещен входной патрубок 3 для приема входящей жидкости в камеру 4. Ротор 1 разделен сплошной перегородкой 5 на две камеры: накопительная камера 6 предназначена для приема и передачи циркулирующей жидкости через патрубок 7 (полый вал ротора), а приемная камера 8 - для сбора готовой продукции и вывода ее через патрубок 9.The dispersant (figure 1) consists of a rotating two-chamber rotor 1 and a fixed stator 2, between which a minimum working clearance L (along a cylindrical surface) is made. In the stator 2 there is an inlet pipe 3 for receiving the incoming fluid into the chamber 4. The rotor 1 is divided by a continuous partition 5 into two chambers: the storage chamber 6 is designed to receive and transfer circulating fluid through the pipe 7 (hollow rotor shaft), and the receiving chamber 8 is for collection of finished products and its output through the pipe 9.

Подачу жидкости из камеры 4 статора 2 осуществляют через канал 10, из которого жидкость поступает либо в широкий канал 11 (на фиг.1 пунктиром обозначено место нахождения канала 11 при определенном угловом положении ротора), либо в узкий канал 12 с переходом в сопло 13 и приемную камеру 8.The fluid is supplied from the chamber 4 of the stator 2 through the channel 10, from which the liquid enters either into the wide channel 11 (in Fig. 1, the dotted line indicates the location of the channel 11 at a certain angular position of the rotor) or into the narrow channel 12 with a transition to the nozzle 13 and receiving chamber 8.

Поток жидкости формируют с помощью насоса 14, на вход которого по трубопроводу 15 подают исходную обрабатываемую жидкость и по трубопроводу 16 жидкость из накопительной камеры 6 через патрубок 7. Готовый продукт из приемной камеры 8 через патрубок 9 выводят по трубопроводу 17.The fluid flow is generated using a pump 14, the input of which feeds the processed liquid and through the pipe 16 the liquid from the accumulation chamber 6 through the pipe 7 is supplied to the inlet through the pipe 7. The finished product from the receiving chamber 8 through the pipe 9 is discharged through the pipe 17.

Угловое положение каналов ротора и статора пояснено на фиг.2, где приведены сечения фиг.1 в плоскостях А-А и В-В. В сечении А-А (см. фиг.2А) показано угловое расположение узких каналов 12 ротора 1, а в сечении В-В (см. фиг.2В) - расположение широких каналов 11 ротора 1, относительно каналов 10, расположенных на статоре 2. Из приведенных на фиг.2 схем видно, что расположение каналов выбирают таким образом, чтобы жидкость периодически проходила через узкие каналы 12 при закрытых широких каналах 11, а при закрытых узких каналах 12 направлялась в широкие каналы 11. На фиг.2 в качестве примера приведено по две пары каналов на роторе и статоре, но количество пар может быть изменено. В общем случае количество каналов или скорость вращения ротора выбирают из условия, чтобы продолжительность гидроударного воздействия превышала время поворота ротора на угол между широким и узким каналами. Соблюдение названного условия позволяет поддерживать гидроударное давление на временном интервале, в течение которого формируется высокоскоростная струя.The angular position of the channels of the rotor and stator is illustrated in figure 2, which shows the cross section of figure 1 in the planes aa and bb. Section A-A (see FIG. 2A) shows the angular arrangement of the narrow channels 12 of rotor 1, and section BB — see Figure 2B) shows the location of the wide channels 11 of rotor 1 relative to channels 10 located on stator 2 From the diagrams shown in figure 2 it can be seen that the arrangement of the channels is selected so that the liquid periodically passes through the narrow channels 12 with the wide channels 11 closed, and when the narrow channels 12 are closed, it is directed into the wide channels 11. In figure 2, as an example two pairs of channels on the rotor and stator are shown, but the number of pairs can be measured Neno. In the General case, the number of channels or the rotor speed is selected so that the duration of hydropercussion exposure exceeds the time of rotation of the rotor by an angle between the wide and narrow channels. Observance of the aforementioned condition makes it possible to maintain hydroshock pressure in the time interval during which a high-speed jet is formed.

Способ реализуют следующим образом. Ротор 1 приводят во вращение электродвигателем (на фигурах не показан). Включают насос 14 и на входной патрубок 3 под заданным давлением подают жидкую смесь (см. фиг.1). В качестве жидкой смеси используют, например, смесь углеводородного топлива 80-85%, воды 15-20% и поверхностно-активного вещества 1-2%, которую используют для получения водотопливной композиции. Жидкостью под давлением заполняют камеру 4 и канал 10 статора 2 по всему объему. Далее процесс строят по определенному циклу, который повторяют через каждые 90 градусов углового поворота ротора. Последовательные фазы цикла отражены на фиг.3. В первой четверти цикла (фиг.3, фаза φ1/4) жидкость подают в широкие каналы 11 ротора 1 и через патрубок 7 направляют в трубопровод 16, формируя с помощью насоса 14 циркулирующий поток с высокой скоростью и заданным поперечным сечением. Во второй фазе ротор поворачивают на 22,5 градуса (фиг.3, фаза φ2/4) и производят перекрытие широких каналов 11 ротора 1. При этом в месте перекрытия происходит гидроударное повышение давления, необходимое для функционирования в следующей фазе цикла. Далее при повороте ротора на 45 градусов от начального положения (фиг.3, фаза φ3/4) открывают узкие каналы 12 и жидкость под большим давлением направляют в сопло 13, с помощью которого формируют высокоскоростную струю. Из диаметрально противоположных сопел образуют две высокоскоростные струи, направленные навстречу друг другу. Встречные струи испытывают лобовой удар, жидкая смесь при этом распыляется и выводится через патрубок 9 и трубопровод 17 в емкость для готового продукта. На заключительной стадии при повороте ротора на 67,5 градуса от начального положения (фиг.3, фаза φ4/4) перекрываются все каналы ротора 1, через патрубок 9 и трубопровод 17 полностью освобождают емкость 8 для приема встречных струй в следующем цикле.The method is implemented as follows. The rotor 1 is driven into rotation by an electric motor (not shown in the figures). Turn on the pump 14 and the inlet pipe 3 under a given pressure serves a liquid mixture (see figure 1). As a liquid mixture, for example, a mixture of hydrocarbon fuel 80-85%, water 15-20% and surfactant 1-2%, which is used to obtain a water-fuel composition, is used. Liquid under pressure fills the chamber 4 and the channel 10 of the stator 2 throughout the volume. Next, the process is built on a specific cycle, which is repeated every 90 degrees of the angular rotation of the rotor. The successive phases of the cycle are shown in FIG. In the first quarter of the cycle (Fig. 3, phase φ 1/4 ), the liquid is fed into the wide channels 11 of the rotor 1 and sent through the pipe 7 to the pipe 16, forming a circulating flow with a pump 14 at a high speed and a predetermined cross section. In the second phase, the rotor is rotated by 22.5 degrees (Fig. 3, phase φ 2/4 ) and the wide channels 11 of the rotor 1 are closed. At the same time, the hydrostatic pressure increase is necessary at the point of overlap, which is necessary for functioning in the next phase of the cycle. Then, when the rotor is rotated 45 degrees from the initial position (Fig. 3, phase φ 3/4 ), narrow channels 12 are opened and the liquid is sent under high pressure to the nozzle 13, with which a high-speed jet is formed. Two diametrically opposed nozzles form two high-speed jets directed towards each other. Oncoming jets experience a frontal impact, the liquid mixture is sprayed and discharged through the pipe 9 and pipe 17 into the container for the finished product. At the final stage, when the rotor rotates 67.5 degrees from the initial position (Fig. 3, phase φ 4/4 ), all channels of the rotor 1 are blocked, through the pipe 9 and the pipe 17 completely empty the container 8 for receiving oncoming jets in the next cycle.

Результирующий эффект заявляемого способа проявляется в усиленной степени диспергирования жидкости за счет лобового удара высокоскоростных струй. В свою очередь высокая скорость струи обеспечивается путем разделения потока на две составляющие, в одной из которых жидкость разгоняют и получают гидроударное приращение давления, а в другой используют полученное приращение давления для увеличения скорости струи и повышения степени диспергирования. Разделение потока обрабатываемой жидкости на две составляющие позволяет накачивать энергию в первую (циркулирующую) часть потока, имеющего большую массу, и передавать полученную энергию во вторую малую часть потока с меньшей массой, но большей скоростью. Увеличению скорости потока способствует также сужение парных каналов до диаметра сопла.The resulting effect of the proposed method is manifested in an increased degree of dispersion of the liquid due to a frontal impact of high-speed jets. In turn, a high jet velocity is ensured by dividing the flow into two components, in one of which the liquid is accelerated and a pressure shock increment is obtained, and in the other, the obtained pressure increment is used to increase the jet velocity and increase the degree of dispersion. Dividing the flow of the processed fluid into two components allows you to pump energy into the first (circulating) part of the stream having a large mass, and transfer the received energy to the second small part of the stream with a lower mass but a higher speed. The narrowing of the paired channels to the diameter of the nozzle also contributes to an increase in the flow rate.

При столкновении встречных высокоскоростных струй в дополнение к механизму диспергирования от ударного столкновения подключается механизм кавитационного диспергирования, что в конечном итоге усиливает эффективность процесса и повышает степень диспергирования.In the collision of oncoming high-speed jets, in addition to the dispersion mechanism from impact collision, a cavitation dispersion mechanism is connected, which ultimately enhances the efficiency of the process and increases the degree of dispersion.

Преимуществом предлагаемого способа является возможность регулирования процесса путем изменения скорости и длины потока в циркулирующем контуре, что позволяет изменять скорость струи и выбирать необходимую степень диспергирования.The advantage of the proposed method is the ability to control the process by changing the speed and length of the flow in the circulating circuit, which allows you to change the speed of the jet and select the desired degree of dispersion.

Оценка предельных возможностей способа показывает, что при столкновении высокоскоростных встречных струй можно обеспечить переход жидкости в парообразное состояние, то есть выполнить диспергирование вплоть до молекулярного уровня. Это означает, что способ может использоваться для получения частиц нанометрового диапазона в жидкой фазе, а также для создания наноструктурированных композиционных материалов.Assessment of the process’s ultimate capabilities shows that when high-speed oncoming jets collide, it is possible to ensure that the liquid transitions to a vapor state, that is, disperses down to the molecular level. This means that the method can be used to obtain particles of the nanometer range in the liquid phase, as well as to create nanostructured composite materials.

Claims (4)

1. Способ диспергирования жидкостей, их смесей и взвесей твердых тел в жидкости, включающий предварительное перемешивание жидкостей, их смесей и взвесей со стабилизатором (поверхностно-активным веществом) и последующую гомогенизацию, отличающийся тем, что формируют циркулирующий поток жидкости с заданными поперечным сечением и скоростью движения, сформированный поток периодически перекрывают и забирают часть перекрытого потока, которую делят на два или более парных потока, в каждой паре потоки преобразуют в высокоскоростные струи и направляют их навстречу друг другу для обеспечения периодического лобового удара с частотой, равной частоте перекрытия циркулирующего потока.1. A method of dispersing liquids, their mixtures and suspensions of solids in liquids, including pre-mixing the liquids, their mixtures and suspensions with a stabilizer (surfactant) and subsequent homogenization, characterized in that they form a circulating fluid flow with a given cross section and speed movements, the formed stream is periodically blocked and part of the blocked stream is taken, which is divided into two or more paired streams, in each pair the streams are converted into high-speed jets and direct them towards each other to ensure periodic frontal impact with a frequency equal to the frequency of overlapping of the circulating flow. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что степень диспергирования обрабатываемой жидкости задают путем изменения скорости движения циркулирующего потока жидкости.2. The method according to claim 1, characterized in that the degree of dispersion of the treated fluid is set by changing the speed of movement of the circulating fluid flow. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что время действия гидроударного давления в циркулирующем потоке задают путем изменения его длины.3. The method according to claim 1, characterized in that the duration of the hydroshock pressure in the circulating stream is set by changing its length. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что частоту прерывания циркулирующего потока и количество парных потоков выбирают таким образом, чтобы продолжительность гидроударного воздействия превышала временной интервал от момента перекрытия циркулирующего потока до завершения процесса формирования высокоскоростной струи. 4. The method according to claim 1, characterized in that the interruption frequency of the circulating stream and the number of paired flows are selected so that the duration of the hydropercussion exceeds the time interval from the moment the circulating stream is shut off until the formation of the high-speed jet is completed.
RU2007130530/15A 2007-08-09 2007-08-09 Method for dispersion of liquids, their mixtures and solid substance suspensions in liquids RU2344874C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007130530/15A RU2344874C1 (en) 2007-08-09 2007-08-09 Method for dispersion of liquids, their mixtures and solid substance suspensions in liquids

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007130530/15A RU2344874C1 (en) 2007-08-09 2007-08-09 Method for dispersion of liquids, their mixtures and solid substance suspensions in liquids

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2344874C1 true RU2344874C1 (en) 2009-01-27

Family

ID=40544114

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007130530/15A RU2344874C1 (en) 2007-08-09 2007-08-09 Method for dispersion of liquids, their mixtures and solid substance suspensions in liquids

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2344874C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2412750C1 (en) * 2009-09-14 2011-02-27 Сергей Геннадьевич Арефьев Method of destruction of molecular bonds in fluids, and installation to this end
RU2686144C1 (en) * 2018-01-31 2019-04-24 Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") High-paraffin oil and / or oil products by pipelines transportation method
CN112697622A (en) * 2020-12-08 2021-04-23 宁波市产品食品质量检验研究院(宁波市纤维检验所) Pulse type liquid-solid two-phase flow erosion abrasion test device under air flow jet environment

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4850704A (en) * 1986-08-28 1989-07-25 Ladish Co. Two stage blender
RU2149680C1 (en) * 1999-03-24 2000-05-27 Чиргин Сергей Георгиевич Device for dissolving, emulsification and dispersing of various materials
RU2149713C1 (en) * 1998-06-22 2000-05-27 Тамбовский государственный технический университет Acoustic radiator
RU2002131201A (en) * 2002-11-20 2004-06-10 Открытое акционерное общество "Энергосберегающие технологии" METHOD FOR PRODUCING FUEL AND WATER EMULSION AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4850704A (en) * 1986-08-28 1989-07-25 Ladish Co. Two stage blender
RU2149713C1 (en) * 1998-06-22 2000-05-27 Тамбовский государственный технический университет Acoustic radiator
RU2149680C1 (en) * 1999-03-24 2000-05-27 Чиргин Сергей Георгиевич Device for dissolving, emulsification and dispersing of various materials
RU2002131201A (en) * 2002-11-20 2004-06-10 Открытое акционерное общество "Энергосберегающие технологии" METHOD FOR PRODUCING FUEL AND WATER EMULSION AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2412750C1 (en) * 2009-09-14 2011-02-27 Сергей Геннадьевич Арефьев Method of destruction of molecular bonds in fluids, and installation to this end
RU2686144C1 (en) * 2018-01-31 2019-04-24 Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") High-paraffin oil and / or oil products by pipelines transportation method
CN112697622A (en) * 2020-12-08 2021-04-23 宁波市产品食品质量检验研究院(宁波市纤维检验所) Pulse type liquid-solid two-phase flow erosion abrasion test device under air flow jet environment

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5492654A (en) Method of obtaining free disperse system and device for effecting same
US3980280A (en) Oscillatory mixer and method
US6935770B2 (en) Cavitation mixer
US20100103768A1 (en) Cavitation generator
EP1171228A4 (en) Processing product components
US11344853B2 (en) Multifunctional hydrodynamic vortex reactor and method for intensifying cavitation
RU2344874C1 (en) Method for dispersion of liquids, their mixtures and solid substance suspensions in liquids
RU2139454C1 (en) Device for acting on fluid medium flow
US20080257411A1 (en) Systems and methods for preparation of emulsions
RU2357791C1 (en) Rotor hydrodynamic cavitation apparatus
EP1501626B1 (en) Device and method of creating hydrodynamic cavitation in fluids
US3997145A (en) Oscillating mixer and method
RU2411074C1 (en) Combined static mixer-activator
KR20210048168A (en) Multi-cavitation apparatus
CN216005714U (en) Static sensitization device of emulsion explosive
US3233872A (en) Acoustic processing method and means
RU2592801C1 (en) Combined static mixer-activator
SU1493298A1 (en) Powder dispenser
RU2166155C2 (en) Hydrodynamic heat generator
CA3082103C (en) Multilobular supersonic gas nozzles for liquid sparging
RU2554432C2 (en) Mechanical method for direct production of hydrogen and oxygen from liquid from hydrogen gas generator therefor
RU227769U1 (en) Static mixer for the production of emulsion explosives
RU2412750C1 (en) Method of destruction of molecular bonds in fluids, and installation to this end
RU2340656C2 (en) Method of obtaining nano-dispersed hydro-fuel emulsion and device to that end
US10421079B2 (en) Method and apparatus for rock disintegration

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090810