Основные процессы и аппараты технологии промышленных взрывчатых веществ - Генералов М.Б.
ISBN 5-94628-130-5
Скачать (прямая ссылка):
U
іц
ІІІ
ft 5.-
0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3
10
IO2
IO3
IO4
IO5
Re„
Рис. 6.18. Зависимость коэффициентов скорости <р, сжатия струи а и расхода кр от числа Рейнольдса Re* ! •
¦213
¦«даре-
цт- Выражение (6.12), устанавли-
I 1 і
вающее зависимость между а и Ар, объясняет, почему гомогенизаторы (с их большим значением Ар) столь эффективны при изготовлении эмульсий.
Устройства для струйного диспергирования. К этим устройствам можно отнести: гомогенизаторы, коллоидные мельницы,
II струйные насосы и форсунки.
4
Гомогенизаторы условно можно разделить на статические и роторные.
5
Статические гомогенизаторы — это устройства, в которых диспергирование жидкости достигается пропусканием ее под высоким да-
И
H
Рис. 6.19. Схема одностадийного го- влением (до 35-40 МПа) через ма-
Жидкость под большим давлением (I) продавливается через кольцеобразную полость между неподвижной стенкой клапана 3, установленного в станине 2 гомогенизатора, и подвижным коническим стержнем 4. Стержень перемещается в опоре / с помощью винтового механизма 5; при подаче стержня внутрь кольцевого отверстия площадь его сечения уменьшается. Возникающие в жидкости в кольцевом канале высокие напряжения и большой градиент скорости вызывают разрыв жидкости на капли (II).
Промышленностью выпускаются гомогенизаторы различных типов; в некоторых моделях предусмотрена возможность повторного диспергирования. Конический стержень и клапан изготовляются из прочных материалов, например, из закаленных нержавеющих сталей, чтобы не было эрозии под воздействием высокоскоростных струй.
В гомогенизаторах можно диспергировать как жидкости, так и пастообразные материалы. Вследствие использования высокого давления вязкость среды практически не влияет на производительность аппарата. Возрастание температуры в работающих гомогенизаторах незначительное, поэтому обычно не требуется охлаждающее устройство.
Если пропускать через гомогенизатор предварительно смешанные жидкости, то образовываемая эмульсия может иметь размер частиц до 1 мкм даже при однократной обработке. В случае раздельно взятых жидкостей требуется многократное прохождение их через гомогенизатор для получения столь мелких капель.
могенизатора
лые отверстия сечением порядка Ю-4 см2 или через узкий зазор специального клапана (рис. 6.19) [10].
¦214 Рис. 6.20. Схема роторно-пульсационного диспергатора
В роторных гомогенизаторах (рис. 6.20) [16] перемешивающее устройство представляет собой быстро вращающийся цилиндрический ротор 1, расположенный внутри статора 2; на роторе укреплены зубья 3 и лопасти 4. На боковой поверхности ротора и статора имеются окна. Перемещаясь через них в радиальном направлении, продукты смешиваются и диспергируются вследствие высокой турбулизации и модуляции (пульсации) потока, сопровождаемых высокочастотными колебаниями и импульсным возбуждением кавитации. Роторные аппараты позволяют получать тонкодисперсные эмульсии (с дисперсностью порядка IO-6 м) при относительно низких удельных затратах энергии (-1,5 кВт/м3).
В коллоидной мельнице (рис. 6.21) эмульгирование происходит при выдавливании жидкости в узкий зазор между ротором 2, вращающимся с большой скоростью, и неподвижным статором 1. Смешиваемые жидкости поступают сверху (/) через питающее устройство в полость статора, продавливаются через узкий зазор между поверхностями ста-
¦215 тора и ротора и, наконец, вытекают из мельницы. Частота вращения ротора изменяется от 1000 до 20 ООО мин-1. Зазор между поверхностями ротора и статора может быть уменьшен до 25 мкм. Вследствие большой скорости и малого зазора в потоке возникают большие касательные напряжения, которые в сочетании с центробежными силами обуславливают почти мгновенный разрыв жидкой струи на капли (II). Жидкость поступает в зазор между статором и ротором под действием собственного веса, либо под небольшим избыточным давлением.
Изготавливают различные варианты коллоидных мельниц, например, среди них бывают вертикальные и горизонтальные. Поверхности ротора и статора могут быть как гладкими, так и профилированными - с зубцами и прорезями. Прорези делают радиальными, спиральными или концентрическими, что должно увеличивать турбулентность и интенсифицировать процессы перемешивания и диспергирования. Обычно в конструкциях предусматривают возврат эмульсии и повторное пропускание через мельницу, что дает более тонкое диспергирование.
Диаметр капель в эмульсиях, получаемых с использованием коллоидных мельниц, может составлять порядка 2 мкм.
В настоящее время статор и ротор коллоидных мельниц чаще всего изготовляют из алюминиевых сплавов или нержавеющей стали. Изменение скорости вращения ротора и зазора между ним и статором позволяет использовать один и тот же тип коллоидной мельницы для диспергирования жидкостей с разными физико-химическими свойствами. Производительность промышленных образцов коллоидных мельниц составляет 10—20 000 л/мин. Вследствие больших тепловыделений при течении жидкостей в узком зазоре между ротором и статором во многих конструкциях мельниц предусмотрены устройства для охлаждения.
