RU2357789C2

RU2357789C2 - Method for emulsification of liquid components and device for its realisation

Info

Publication number: RU2357789C2
Application number: RU2007118786/15A
Authority: RU
Inventors: Андрей Вячеславович Власов (RU); Андрей Вячеславович Власов; Татьяна Александровна Ефремова (RU); Татьяна Александровна Ефремова; Вячеслав Викторович Власов (RU); Вячеслав Викторович Власов
Original assignee: НОАНО "Балаковский институт бизнеса и управления"
Priority date: 2007-05-21
Filing date: 2007-05-21
Publication date: 2009-06-10
Also published as: RU2007118786A

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: group of inventions is related to process of emulsions preparation and may be used in preparation of emulsion from mutually insoluble liquid components with different electric conductivity for internal combustion engines in automobile transport and navigation, for preparation of water emulsion paints in paint-and-varnish industry, and also medical preparations. Method includes action of high-voltage electric discharge at one of components installed in mixing chamber. Components are jointly dispersed by action at component with higher electric conductivity. Electric discharge is created between chamber made of current-conducting material and electrode arranged along the whole height of chamber and arranged in the form of blade, which is sharpened from one side and isolated from all other sides.

EFFECT: increased stability of emulsions.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к процессам приготовления эмульсий для двигателей внутреннего сгорания в автотранспорте и судоходстве, приготовления водоэмульсионных красок в лакокрасочном производстве, а также лекарственных препаратов.The invention relates to processes for the preparation of emulsions for internal combustion engines in vehicles and shipping, the preparation of water-based paints in the paint and varnish industry, as well as pharmaceuticals.

Цель изобретения - повышение эффективности приготовления эмульсий из взаимонерастворимых жидких компонентов с различной электропроводностью путем совместного диспергирования компонент воздействием электрического разряда на компоненту с большей электропроводностью.The purpose of the invention is to increase the efficiency of preparation of emulsions from mutually insoluble liquid components with different electrical conductivity by co-dispersing the component by the action of an electric discharge on a component with higher electrical conductivity.

Известен способ получения эмульсий, отличающийся тем, что диспергирование жидкости производят через щель в камере, расположенной в дисперсионной среде /1/.A known method of producing emulsions, characterized in that the dispersion of the liquid is carried out through a gap in a chamber located in a dispersion medium / 1 /.

Недостаток способа в низкой производительности и низкой эффективности, поскольку диспергирование осуществляют через капельное гидравлическое сопротивление.The disadvantage of this method is low productivity and low efficiency, since the dispersion is carried out through a drop of hydraulic resistance.

Известен способ получения дисперсных систем и аппарат для его осуществления, отличающийся тем, что диспергирование осуществляют путем резкого расширения и сжатия потока из взаимонерастворимых жидких компонентов /2/.A known method of producing dispersed systems and apparatus for its implementation, characterized in that the dispersion is carried out by abrupt expansion and contraction of a stream of mutually insoluble liquid components / 2 /.

Недостаток способа и аппарата для его осуществления заключается в резком снижении производительности при незначительном уходе параметров настройки расширения и сжатия поперечного сечения потока от оптимальных.The disadvantage of the method and apparatus for its implementation is a sharp decrease in productivity with a slight departure of the settings for expansion and compression of the cross section of the flow from the optimal.

Известен способ получения дисперсных систем, отличающийся тем, что осуществляют вибрационное воздействие на взаимонерастворимые жидкие компоненты /3/.A known method of producing dispersed systems, characterized in that they carry out a vibrational effect on mutually insoluble liquid components / 3 /.

Недостаток способа заключается в резком снижении производительности при незначительном изменении весовых параметров взаимонерастворимых жидких компонент и соответствующем уходе резонансных частот принудительной вибрации.The disadvantage of this method is a sharp decrease in productivity with a slight change in the weight parameters of mutually insoluble liquid components and the corresponding departure of the resonant frequencies of forced vibration.

Известно устройство для получения тонких эмульсий и суспензий, отличающееся тем, что диспергирующая головка выполнена в виде поворотного ротора с набором диспергирующих элементов /4/.A device for producing thin emulsions and suspensions, characterized in that the dispersing head is made in the form of a rotary rotor with a set of dispersing elements / 4 /.

Недостаток устройства в том, что резко снижается производительность устройства при незначительном снижении сверхвысокого давления в камере смешения, которое должно быть строго стабилизированным.The disadvantage of this device is that the productivity of the device sharply decreases with a slight decrease in ultrahigh pressure in the mixing chamber, which must be strictly stabilized.

В качестве прототипа способа выбран способ получения вводно-дисперсных эмульсий, включающий воздействие высоковольтного электрического разряда на воду и диспергирование с ингредиентом эмульсии, причем сначала воздействуют электрическим разрядом на воду, а затем осуществляют совместное диспергирование воды с ингредиентом эмульсии /5/.As a prototype of the method, a method for producing water-dispersed emulsions was selected, including the action of a high-voltage electric discharge on water and dispersion with the emulsion ingredient, first, they act by electric discharge on water, and then the water is dispersed together with the emulsion ingredient / 5 /.

Недостатком способа является низкая производительность и соответственно, эффективность, поскольку реализуется двухстадийный процесс: сначала воздействие высоковольтного электрического разряда на воду, а затем совместное диспергирование воды с ингредиентом эмульсии. Разделение способа на стадии предопределяет и временное разделение действий способа по получению водно-дисперсных эмульсий, что однозначно снижает и производительность, и, соответственно, эффективность способа.The disadvantage of this method is low productivity and, accordingly, efficiency, since a two-stage process is implemented: first, the effect of a high-voltage electric discharge on water, and then the joint dispersion of water with the emulsion ingredient. The separation of the method at the stage also determines the temporary separation of the actions of the method for producing water-dispersed emulsions, which unambiguously reduces the productivity and, accordingly, the efficiency of the method.

Целью изобретения является повышение эффективности приготовления эмульсий из взаимонерастворимых жидких компонентов.The aim of the invention is to increase the efficiency of preparation of emulsions from mutually insoluble liquid components.

Поставленная цель достигается тем, что получают эмульсии из взаимонерастворимых жидких компонентов с различной электропроводностью, включающий воздействие высоковольтного электрического разряда на одну из компонент и диспергирование со второй компонентой эмульсии, причем осуществляют совместное диспергирование компонент воздействием электрического разряда на компоненту с большей электропроводностью.This goal is achieved by the fact that emulsions are obtained from mutually insoluble liquid components with different electrical conductivity, including the action of a high voltage electric discharge on one of the components and dispersion with the second component of the emulsion, and the component is dispersed jointly by the action of an electric discharge on a component with higher electrical conductivity.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Взаимонерастворимые жидкие компоненты помещают в смесительную камеру, в которой из-за различной плотности жидких компонентов они разделяются: более плотная оказывается внизу, а более легкая над ней. Обе компоненты разделены пограничным мениском. Далее воздействуют электрическим разрядом на компоненту с большей электропроводностью. Это же действие по времени является совместным диспергированием взаимонерастворимых жидких компонент.Mutually insoluble liquid components are placed in a mixing chamber in which, due to the different densities of the liquid components, they are separated: the denser one is lower and the lighter one above it. Both components are separated by a border meniscus. Next, an electric discharge is applied to a component with higher electrical conductivity. The same time action is the joint dispersion of mutually insoluble liquid components.

Для пояснения способа рассмотрим устройство для его реализации.To explain the method, consider a device for its implementation.

В качестве прототипа на устройство выбрано устройство для реализации способа эмульгирования веществ, содержащее смесительную камеру и электроды, размещенные в ней /6/.As a prototype for the device, a device is selected for implementing the method of emulsification of substances containing a mixing chamber and electrodes placed in it / 6 /.

Недостатками такого устройства являются низкая эффективность и производительность, поскольку межэлектродный промежуток электродов позволяет воздействовать электрическим разрядом на 10-15% объема смесительной камеры.The disadvantages of this device are low efficiency and productivity, since the interelectrode gap of the electrodes allows you to act with an electric discharge on 10-15% of the volume of the mixing chamber.

Цель предлагаемого устройства - повышение эффективности приготовления эмульсий из взаимонерастворимых жидких компонентов.The purpose of the proposed device is to increase the efficiency of the preparation of emulsions from mutually insoluble liquid components.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для эмульгирования взаимонерастворимых жидких компонентов с различной электропроводностью, содержащем смесительную камеру и электроды, размещенные в ней, камера выполнена из токопроводящего материала и является одним из электродов, а второй электрод выполнен по всей высоте камеры в виде лезвия, заостренного с одной стороны и электрически изолированного от камеры со всех остальных сторон.This goal is achieved by the fact that in the device for emulsification of mutually insoluble liquid components with different conductivity, containing a mixing chamber and electrodes placed in it, the chamber is made of conductive material and is one of the electrodes, and the second electrode is made along the entire height of the chamber in the form of a blade, pointed on one side and electrically isolated from the camera on all other sides.

Устройство (фиг.1 и 2) состоит из смесительной камеры 1, которая выполнена из токопроводящего материала (например, любого металла) и является одним из электродов. Второй электрод 2 выполнен по всей высоте камеры 1 в виде лезвия, заостренного с одной стороны и электрически изолированного со всех остальных сторон от камеры изолирующей рубашкой 3 (например, из фторопласта). Токоподводы 4 и 5 предназначены для подачи электрического напряжения на электроды, причем токоподвод 4 электрически соединен с лезвием 2 и изолирован от смесительной камеры - электрода 1 диэлектрической втулкой 6 (например, из фторопласта). Токоподвод 5 электрически соединен со смесительной камерой - электродом 1.The device (figures 1 and 2) consists of a mixing chamber 1, which is made of conductive material (for example, any metal) and is one of the electrodes. The second electrode 2 is made over the entire height of the chamber 1 in the form of a blade sharpened on one side and electrically isolated on all other sides of the chamber by an insulating jacket 3 (for example, from fluoroplastic). The current leads 4 and 5 are designed to supply electrical voltage to the electrodes, and the current lead 4 is electrically connected to the blade 2 and isolated from the mixing chamber - electrode 1 by a dielectric sleeve 6 (for example, from fluoroplastic). The current lead 5 is electrically connected to the mixing chamber - electrode 1.

Взаимонерастворимые жидкие компоненты заливают в смесительную камеру - электрод 1, причем более плотная компонента 7 оказывается внизу, а более легкая 8 - над ней. Между ними образуется разделительный жидкий мениск (граница раздела) 9.Mutually insoluble liquid components are poured into the mixing chamber — electrode 1, with the denser component 7 being lower and the lighter component 8 above it. A separating liquid meniscus (interface) 9 is formed between them.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

После того как взаимонерастворимые жидкие компоненты будут помещены в смесительную камеру 1, устанавливается разделительный мениск 9. Устройство готово к работе. При подаче электрического напряжения на токоподводы 4 и 5 (фиг.1) между заостренным лезвием электрода 2 и внутренней поверхностью смесительной камеры 1 возникает резко неоднородное электростатическое поле. Создаются условия для возникновения электрического разряда между электродами 1 и 2. Физика процесса такова, что разряд возникает на том участке лезвия 2 по высоте смесительной камеры, где электропроводность жидкости в межэлектродном участке будет максимальной. Эксперименты показывают, что электрический разряд возникает практически в одной точке лезвия 2. Электрический разряд вызывает в межэлектродном промежутке возникновение воздушного пузыря, который создает локальный перепад давления и локальные перемещения жидкости. Жидкость взрывается с образованием капель, и происходит локальный процесс ее перемешивания в области образования электрического разряда. В момент возникновения электрического разряда межэлектродное пространство на короткий промежуток времени (милисекунды) электрически шунтируется и условий для возникновения второго разряда нет. Образовавшаяся газожидкостная капельная среда практически ликвидирует условия возникновения повторного электрического разряда в этом же месте по заостренной поверхности лезвия 2. В этой области присутствует газожидкостная капельная среда, которая уже, в сущности, и представляет искомую эмульсию, но состоящую пока из одной жидкой компоненты. Второй электрический разряд возникнет таким же образом в другом месте на поверхности заостренного лезвия 2. Таким образом разряды будут осуществляться по всему заостренному лезвию электрода 2, причем в последовательности, которая соответствует областям межэлектродного промежутка с большей электропроводностью. По мере нарастания происшедших электрических разрядов будет затронута и область мениска 9 раздела взаимонесмешивающихся жидкостей. Каждый электрический разряд в силу образования газожидкостной капельной среды (т.е. эмульсии) повышает электропроводность получившейся эмульсии в смесительной камере 1 и усложняет условия образования электрического разряда по всей высоте смесительной камеры вдоль заостренной поверхности электрода 2. И таким образом осуществляется одновременное воздействие электрического разряда и совместное диспергирование компонент взаимонесмешивающихся жидкостей воздействием электрического разряда на компоненту с большей электропроводностью. Завершение условий возникновения электрического разряда в межэлектродном промежутке означает завершение процесса приготовления эмульсии.After mutually insoluble liquid components are placed in the mixing chamber 1, a separation meniscus 9 is installed. The device is ready for operation. When applying electric voltage to the current leads 4 and 5 (Fig. 1), a sharply inhomogeneous electrostatic field arises between the pointed blade of the electrode 2 and the inner surface of the mixing chamber 1. Conditions are created for the occurrence of an electric discharge between electrodes 1 and 2. The physics of the process is such that the discharge occurs in that section of the blade 2 along the height of the mixing chamber, where the electrical conductivity of the liquid in the interelectrode section will be maximum. Experiments show that an electric discharge occurs at almost one point on the blade 2. An electric discharge causes an air bubble in the interelectrode gap, which creates a local pressure drop and local fluid movements. The liquid explodes with the formation of droplets, and a local process of its mixing takes place in the region of electric discharge formation. At the time of the occurrence of the electric discharge, the interelectrode space is electrically shunted for a short period of time (milliseconds) and there are no conditions for the second discharge to occur. The resulting gas-liquid dropping medium practically eliminates the conditions for the occurrence of repeated electric discharge in the same place along the pointed surface of the blade 2. In this region, there is a gas-liquid dropping medium, which already, in essence, represents the desired emulsion, but consisting of one liquid component so far. The second electric discharge will occur in the same way at a different location on the surface of the pointed blade 2. Thus, discharges will occur throughout the pointed blade of the electrode 2, and in a sequence that corresponds to regions of the interelectrode gap with higher electrical conductivity. As the electrical discharges increase, the meniscus region 9 of the section of mutually immiscible liquids will also be affected. Each electric discharge, due to the formation of a gas-liquid dropping medium (i.e., emulsion), increases the electrical conductivity of the resulting emulsion in the mixing chamber 1 and complicates the conditions for the formation of an electric discharge along the entire height of the mixing chamber along the pointed surface of the electrode 2. And in this way, an electric discharge and joint dispersion of components of mutually immiscible liquids by the action of an electric discharge on a component with higher electrical conductivity. The completion of the conditions for the occurrence of an electric discharge in the interelectrode gap means the completion of the emulsion preparation process.

Процентное соотношение компонент взаимонесмешивающихся жидкостей определяет положение мениска 9 перед началом эмульгирования. Время эмульгирования определяется не только исходными требованиями по процентному соотношению компонент, но и по величине электропроводности исходных компонент.The percentage of components of mutually immiscible liquids determines the position of the meniscus 9 before emulsification. The emulsification time is determined not only by the initial requirements for the percentage ratio of the components, but also in terms of the electrical conductivity of the initial components.

Проведенные эксперименты позволили получить процентное соотношение компонент в эмульсии от 1 до 99% (вода - масло растительное; спирт - масло растительное; вода - дизельное топливо; вода - масло трансформаторное; водка - масло растительное) при средних размерах капель эмульсии в 3-6 мкм и долговременности устойчивости эмульсий от 2-х недель до 12 месяцев.The experiments made it possible to obtain a percentage ratio of components in the emulsion from 1 to 99% (water - vegetable oil; alcohol - vegetable oil; water - diesel fuel; water - transformer oil; vodka - vegetable oil) with an average emulsion droplet size of 3-6 microns and long-term stability of emulsions from 2 weeks to 12 months.

Предлагаемый способ и устройство рекомендуются в первую очередь к использованию в медицине и фармакологии, где компоненты являются, во-первых, дорогостоящими, а во-вторых, требуется дозировка компонент с очень высокой точностью, измеряемой микрограммами (яды, лекарственные препараты). Не противопоказаны способ и устройство и в энергетической промышленности (топлива, масла). Пищевая промышленность (пищевые добавки, красители). Лакокрасочная промышленность.The proposed method and device is recommended primarily for use in medicine and pharmacology, where the components are, firstly, expensive, and secondly, the dosage of the components is required with very high accuracy, measured by micrograms (poisons, drugs). The method and device are not contraindicated in the energy industry (fuel, oil). Food industry (food additives, dyes). Paint and varnish industry.

Получить такой широкий диапазон смешения ингредиентов с такой высокой точностью не позволяет ни один из известных способов, что характеризует высокую эффективность предложенного технического решения.To obtain such a wide range of mixing of ingredients with such high accuracy does not allow any of the known methods that characterizes the high efficiency of the proposed technical solution.

Источники информацииInformation sources

1. А.С. СССР 451453, B01f - аналог.1. A.S. USSR 451453, B01f - analogue.

2. Патент RU 2034638 С1 - аналог.2. Patent RU 2034638 C1 - analogue.

3. Патент RU 2089274 С1 - аналог.3. Patent RU 2089274 C1 - analogue.

4. Патент RU 2128545 С1 - аналог.4. Patent RU 2128545 C1 - analogue.

5. Патент RU 2094106 С1 - прототип на способ.5. Patent RU 2094106 C1 - a prototype of the method.

6. Патент RU 2071821 С1 - прототип на устройство.6. Patent RU 2071821 C1 - a prototype of a device.

Claims

1. Способ получения эмульсий из взаимонерастворимых жидких компонентов с различной электропроводностью, включающий воздействие высоковольтного электрического разряда на одну из компонент, размещенных в смесительной камере, и диспергирование ее со второй компонентой эмульсии, отличающийся тем, что осуществляют совместное диспергирование компонент воздействием на компоненту с большей электропроводностью электрическим разрядом, возникающим между заостренным лезвием электрода и смесительной камерой, выполненной из токопроводящего материала.1. A method of producing emulsions from mutually insoluble liquid components with different electrical conductivity, including the action of a high voltage electric discharge on one of the components placed in the mixing chamber, and dispersing it with the second component of the emulsion, characterized in that the component is co-dispersed by acting on the component with higher electrical conductivity electrical discharge arising between the pointed blade of the electrode and the mixing chamber made of conductive m material.

2. Устройство для эмульгирования взаимонерастворимых жидких компонентов с различной электропроводностью, содержащее смесительную камеру и электроды, между которыми образуется электрический разряд, отличающееся тем, что камера выполнена из токопроводящего материала и является одним из электродов, а второй электрод расположен по всей высоте камеры и выполнен в виде лезвия, заостренного с одной стороны и электрически изолированного от камеры со всех остальных сторон. 2. A device for emulsification of mutually insoluble liquid components with different electrical conductivity, containing a mixing chamber and electrodes between which an electric discharge is formed, characterized in that the chamber is made of conductive material and is one of the electrodes, and the second electrode is located along the entire height of the chamber and is made in a blade sharpened on one side and electrically isolated from the camera on all other sides.