Меню Рубрики

Установки приготовления водных эмульсий

Установки приготовления водных эмульсий

Водотопливные эмульсии судовых дизелей — часть 2

Установки для получения водотопливных эмульсий должны быть просты по конструкции, надежны и эффективны в эксплуатации.

Для получения ВТЭ могут быть использованы коллоидные мельницы, механические мешалки, струйные диспергаторы, барбатажные установки, ультразвуковые и кавитационные установки, гомогенизаторы, гидродинамические сирены.

Коллоидные мельницы приготавливают эмульсии высокого качества (средний диаметр капель dK = 3-5 мкм), однако требуют больших энергозатрат и имеют малую производительность.

Механические мешалки не позволяют получить мелкодисперсную эмульсию (dK = 12

18 мкм), хотя имеют большую производительность и меньшие затраты энергии.

Струйные диспергаторы просты по конструкции, однако необходимодополнительное оборудование (шестеренчатые насосы) и многократная (14

15 раз) обработка для получения высококачественной эмульсии (dK — 2

Барбатажные устройства характеризуются неравномерностью распределения частиц дисперсной фазы по объему эмульсии, крупными размерами капель (dK = 5 мкм) и высоким расходом энергии.

Ультразвуковые и кавитационные установки имеют высокую стоимость, сложны по конструкции и в эксплуатации, хотя позволяют получать эмульсию с размерами частиц dK = 5 мкм.

Гомогенизаторы используются для получения эмульсии с размерами капель 1 мкм и менее. Однако они сложны по конструкции, работают при высоких давлениях (до 35 МПа), что ведет к преждевременному износу и поломке деталей, требует многократной обработки эмульсии и больших энергозатрат.

Гидродинамические сирены (центробежно — и роторно-пульсаци-онные аппараты) просты по конструкции, надежны в эксплуатации, имеют малые затраты энергии, причем интенсивность процессов тепло _ и массо-обмена в них на 1-2 порядка выше, чем в существующих устройствах.

В роторно-пульсационном аппарате (РПА) при одно-двухкратной обработке можно получить эмульсию со средним размером частиц 3

б мкм, причем время обработки составляет 20

3 порядка меньше, чем при получении такой же эмульсии в аппарате с мешалкой. Доля частиц среднего размера доходит до 90-95%. Принципиально возможно получение эмульсий с размером частиц dK = 0,5

Рабочие органы РПА (например, а.с. СССР №719654) представляют собой два комплекта полых коаксиальных цилиндров с отверстиями различной формы вдоль образующих. При вращении одного набора (ротора) относительно другого (статора) происходит быстрое чередование совмещения и перекрытия прорезей, что влечет за собой синхронное изменение скорости движения жидкости через прорези, т.е. возникновение пульсирующего с большой частотой жидкостного потока. Одновременно в этом же устройстве обеспечивается обработка среды в тонких зазорах за счет высоких напряжений сдвига и срезывающих усилий. Кроме того, при работе РПА возникают разнонаправленное поле скоростей, процессы в пристеночных зонах, кавитация и другие явления.

Изменения отдельных конструктивных элементов позволяют в широких пределах изменять интенсивность гидродинамических или механических явлений при сохранении общего принципа работы аппарата.

Установки для получения эмульсий отличаются различными затратами энергии. Как видно из рис. 1.21, механические мешалки потребляют значительно меньше энергии, чем коллоидные мельницы или гомогенизаторы при той же производительности. Однако получаемая эмульсия имеет большую дисперсность, чем у аппаратуры других типов.

По данным исследований, мощность, потребляемая РПА, на два порядка меньше, чем у мешалки, в 4

б раз ниже, чем в ультразвуковом диспергаторе, и меньше, чем у струйного аппарата. Поэтому роторно-пульсационные аппараты являются наиболее экономичными по сравнению с устройствами других типов.

Анализ систем по приготовлению ВТЭ свидетельствует о том, что существуют два принципиальных подхода к их реализации. Первый подход предусматривает приготовление ВТЭ вне связи с работой двигателя, причем эмульгирование осуществляется в системе топливоподготовки с накоплением готовой ВТЭ в промежуточных емкостях для относительно длительного хранения.

Компоненты ВТЭ хранятся отдельно и отдельно проходят стадии предварительной обработки, эмульгирование топлива выполняется в однорежимных (по производительности, содержанию воды и ее дисперсности) диспергаторах. Для хранения запаса ВТЭ предусматриваются специальные емкости. Фильтрация ВТЭ осуществляется перед ТНВД. Регулирование состава ВТЭ по содержанию воды отсутствует.

В таких установках возможно использование относительно простых по конструкции диспергирующих устройств с малой интенсивностью мас-сообмена (мешалок, дросселирующих устройств и т.д.).

К недостаткам этой системы относится невозможность оптимизации содержания воды по нагрузке двигателя, сложности реализации его работы на тяжелых топливах, необходимость применения эмульгаторов, сложность фильтрации ВТЭ, перевода дизеля для работы на чистом топливе и удаление ВТЭ из системы топливоподготовки при остановке двигателя.

Второй подход к реализации системы приготовления ВТЭ предусматривает диспергирование топлива непосредственно перед ТНВД. При этом компоненты ВТЭ хранятся отдельно и стадии первичной обработки (фильтрация, подогрев) также выполняются отдельно. Такой подход позволяет оптимизировать содержание воды и других компонентов в ВТЭ в зависимости от типа двигателя, режимов его работы, сорта топлива и приоритета цели — экономия топлива, перевод двигателя на более тяжелое топливо, форсирование по мощности, снижение дымности и токсичности.

Читайте также:  Установка глонасс на опасный груз

К положительным качествам такой системы относятся простота очистки исходных продуктов ВТЭ, возможность работы на тяжелых топливах, требующих подогрева до 10СМ5СГС перед ТНВД, и простой перевод дизеля с чистого топлива на ВТЭ и обратно. Данная система не требует дополнительных затрат на поддержание стабильности эмульсии, так как ВТЭ расходуется сразу после ее получения.

Однако этот вариант требует установки диспергатора, обеспечивающего получение ВТЭ необходимого качества при однократной обработке.

Сравнивая два подхода к реализации систем приготовления ВТЭ, можно сделать вывод, что система приготовления эмульсии непосредственно перед ТНВД является наиболее выгодной в эксплуатации. Она дает возможность оптимизировать содержание воды в ВТЭ при изменении режима работы двигателя, исключает применение дорогостоящих эмульгаторов для поддержания стабильности эмульсии, является менее энергоемкой.

Особая роль воды в процессе смесеобразования объясняется исследователями следующим образом. Эмульсия представляет систему, состоящую из двух жидкостей с разной температурой кипения; температура кипения воды при нормальном давлении равна 100°С, а мазута -2б0-300°С. Капля эмульсии типа «вода в масле» представляет собой сложную систему, состоящую из топлива, в котором равномерно в виде мелких частиц распределены капельки воды. Хотя температура поверхности капли жидкости в процессе ее испарения несколько меньше температуры кипения, разница между температурой поверхности частицы топлива и температурой кипения воды, заключенной внутри капли топлива, остается весьма существенной и достигает 70-200 С.

Благодаря этому микрочастицы воды, находящейся внутри капли эмульсии, в процессе ее прогрева быстрее переходят в парообразное состояние и образуют паровые пузырьки, чем пленка топлива, обволакивающая эти пузырьки пара. При этом толщина пленки топлива вследствие испарения с поверхности капли непрерывно уменьшается. В момент, когда давление стремящихся расшириться водяных паров внутри частицы превысит уже ослабленные (вследствие ее нагревания) силы поверхностного натяжения пленки, произойдет разрушение поверхности капли, т.е.

микровзрыв. Вследствие этого происходит интенсивное распыливание капель топлива и хорошее перемешивание их с воздухом в цилиндре.

Благодаря этому процесс сгорания топлива становится более совершенным и происходит за меньший промежуток времени. Более полное сгорание в этом случае обеспечивается также газификацией сажистых остатков топлива, которые обычно не успевают сгорать, но в присутствии паров воды в достаточном количестве взаимодействуют с последними при температуре выше 800°С с образованием углекислого газа и водорода. Свободный водород реагируете кислородом быстрее и активнее, чем углерод. Существование таких реакций наглядно подтверждается тем, что при впрыске воды во всасывающий коллектор двигателей внутреннего сгорания нагара и сажи на днище поршня, крышке цилиндра и на выпускном патрубке, как правило, не обнаруживается.

Существует мнение, что улучшение процесса смесеобразования объясняется также выбросом паров воды и осколков топлива в виде нестационарных микроструй из капли топлива при сгорании ее в цилиндре двигателя. Образующиеся микроструи создают реактивную силу, которая вызывает колебания капли в потоке, повышает коэффициент диффузии и ведет к турбулентному перемешиванию частиц в струе распыленного топлива.

При использовании водотопливной смеси особо важное значение имеет предварительное сильное диспергирование воды. При этом увеличивается абсолютная величина водяной поверхности и уменьшается толщина слоев углеводородов, покрывающих поверхность воды. Увеличение абсолютной поверхности жидкого топлива ведет к сильному увеличению скорости его испарения и сгорания. Благодаря наличию паров воды должно иметь место интенсивное образование свободных радикалов Н- и -ОН и, следовательно, зарождение цепной реакции крекинга и окисления.

В результате этих реакций температура окружающей среды падает и в какой-то степени увеличивается теплотворная способность топлива, что ведет к повышению экономичности работы дизеля.

Интенсивность процессов смесеобразования, сгорания и в целом экономичность дизеля при работе на ВТЭ определяются в основном двумя факторами — увеличением поверхности испарения топливных факелов и продолжительностью впрыска топлива. Изменение физических характеристик различных топлив определяет лишь конкретную величину суммарного эффекта от упомянутых факторов. Вода замедляет процесс сгорания топливного компонента в эмульсии.

источник

Установки приготовления водных эмульсий

Установка приготовления выполнена в виде цилиндрической емкости вертикального типа и трубопроводного циркуляционного контура с насосом-гомогенизатором НГД.
Емкость имеет коническое дно и оснащена пароводяной рубашкой с блоком электронагревательных элементов и мешалкой рамного типа с электроприводом. Трубопроводный контур соединяет нижний выпуск емкости с входом насоса-гомогенизатора, а выход насоса-гомогенизатора с тангенциальным входом в емкость.
В состав установки входит щит управления режимами приготовления продукта. Установка может комплектоваться загрузочным устройством УЗГ-1 и разгрузочным устройством УРГ-2.
В процессе работы в емкость загружаются необходимые компоненты. Загрузочное устройство УЗГ-1 значительно упрощает процесс загрузки, позволяя производить компоненты через удобно расположенную воронку устройства загрузки, а не через люк в верхней крышке емкости. Затем, в соответствии с требованиями технологии, осуществляется нагрев смеси, и ее перемешивание. После этого насос-гомогенизатор, многократно прокачивает продукт через себя и емкость по трубопроводному контуру. При этом происходит тонкое перемешивание и измельчение – гомогенизация продукта. По окончании процесса готовая смесь может выгружаться из емкости через разгрузочное устройство УРГ-2 с помощью этого же насоса-гомогенизатора.

Читайте также:  Установка концевых муфт на кабель вббшв

В зависимости от требуемой производительности и технологии приготовления смеси выбираются оптимальные параметры установки — объем и оснащение емкости, тип насоса-гомогенизатора, состав щита управления.

Установки приготовления изготавливаются как в обычном, так и во взрывозащищенном исполнении, а также в герметичном исполнении (с плотными крышками).

Установки приготовления УПЭСм, имеет ряд преимуществ по сравнению с аналогами:

  • Пониженное паровыделение из рубашки при нагреве продукта в емкости свыше 90˚С.
  • Простота технического обслуживания и ремонта, за счет широкого использования серийно выпускаемых ТЭНов и других комплектующих.
  • Простота эксплуатации и надежность работы щита управления.
  • Возможность изготовления в герметичном и взрывозащищенном исполнении.
  • Обеспечение индивидуальных требований заказчика при заказе оборудования.
  • Наличие гарантийного, послегарантийного и сервисного обслуживания.
  • Сравнительно невысокие цены за счет применения оригинальных технических решений.

Все детали установки приготовления, контактирующие с приготавливаемым продуктом, выполнены из нержавеющей стали 12Х18Н10Т или ее аналогов и фторопласта Ф-4.

Установки приготовления УПЭСм разрешены к применению в пищевой промышленности органами Госсанэпиднадзора — имеется гигиеническое заключение и сертификат соответствия.

Установка приготовления УПЭСм изготавливается под заказ.

Для изготовления оборудования, с заказчиком согласуется техническое задание и заключается договор. Средний срок изготовления установки приготовления после заключения договора и оплаты аванса — 40 — 45 рабочих дней.

источник

Приготовление битумных эмульсий: технологии и установки от GlobeCore

Приготовление битумных эмульсий различного типа обеспечивается за счет применения специальных эмульсионных установок, которые могут функционировать или как отдельные структурные единицы, или же в составе определенного предприятия в качестве цеха или отделения.

Для приготовления эмульсий чаще всего используется коллоидная мельница, хотя возможно также применение и другого устройства, способного работать как гомогенизатор-диспергатор. Принцип приготовления эмульсии в коллоидной мельнице состоит в пропускании смеси горячего битума и водной фазы между вращающимся диском и статором. Для того, чтобы создать дополнительный турбулентный поток, поверхность ротора может иметь пазы или зубья, образуя таким образом уникальную рельефную поверхность.

Технология приготовления битумной эмульсии

При переработке жирового сырья на эмульгатор технологический процесс производства битумной эмульсии включает следующие обязательные стадии:

  • хранение исходных компонентов (щелочь, кислота, битум, жировое сырье);
  • доведение исходных компонентов до необходимого состояния;
  • дозировка компонентов и их подача в эмульсионную машину;
  • получение битумной эмульсии;
  • слив готовой битумной эмульсии и ее хранение до отправки потребителю.

Непосредственно при приготовлении битумной эмульсии необходим контроль качества ее компонентов, а также температуры процесса. Полученный продукт должен иметь светло- или темно-коричневый цвет, быть однородным и не растворяться водой. Также при погружении стеклянной палочки в разбавленную эмульсию на ее поверхности не должно наблюдаться крупных частиц битума.

Хранение битумных эмульсий допускается при температуре не ниже 0ºС. Свежеизготовленный продукт может храниться только в чистых цистернах, не содержащих остатков каких-либо органических вяжущих. Чтобы предотвратить испарение воды в процессе хранения необходимо обеспечить циркуляцию эмульсии по принципу цистерна-насос-цистерна.

Перед транспортировкой битумную эмульсию нужно пропустить через специальный фильтр с размером отверстий не более 3 мм, и только после этого материал позволяется загружать в автогудронаторы и автобитумовозы.

В зависимости от типа битумной эмульсии средний гарантийный срок ее хранения составляет от одного до нескольких месяцев.

Концентрированные битумные эмульсии

Битум при нормальной температуре находится в твердом состоянии и обладает большой вязкостью. Для эмульгирования необходимо снизить вязкость битума нагреванием его до температуры 120-150 ºС. Нагревание до такой температуры возможно при полном обезвоживании битума. Таким образом, прежде чем битум поступит в эмульсионную машину, он должен быть обезвожен и нагрет до рабочей температуры. Этот процесс трудоемкий и обычно длится 10-12 часов.

Кроме того, битум в процессе эмульгирования, соприкасаясь с водным раствором эмульгатора, вновь обводняется, и благодаря большой разности температур битума и водного раствора эмульгатора (70-80 ºС) происходит вспенивание смеси, что нередко сопровождается ее выбрасыванием из воронки машины. В процессе эмульгирования температура битума резко падает и вязкость соответственно возрастает.

При 50% концентрации эмульсии масса битума равна массе водного раствора эмульгатора, так как удельный вес их приблизительно одинаков и равен единице.

Читайте также:  Установка гаражных подъемных секционных ворот

Температура эмульсии, выходящей из машины, снижается вследствие отдачи части тепла гомогенизатору. В процессе эмульгирования для соблюдения температурного режима необходимо поддерживать температуру гомогенизатора в интервале 60-80 ºС.

Подготовка эмульгаторов

Эмульгаторы, используемые для приготовления битумной эмульсии, так же как и битум, требуют предварительной подготовки. Некоторое эмульгаторы, как сульфатное мыло, бардяной концентрат, щелочные вытравки и др. легко растворяются в воде и не требуют специальной предварительной обработки. Из этих эмульгаторов смешиванием с водой готовят раствор, который перед применением нагревается до рабочей температуры (70-80 ºС).

Эмульгаторы – древесный уголь и др., чтобы растворить в воде необходимо предварительно омылить водным раствором щелочей (едкий натр, едкий калий). Омыление (варка мыла) осуществляется в специальных котлах и длится 3-4 часа. При применении в качестве эмульгатора древесного дегтя в котел загружают его вместе с едким натром и добавляют в 2,5 раза больше по весу по отношению к дегтю количество воды. Приготовленное мыло разбавляется водой в пропорции 1:9, и полученный раствор перед применением также нагревается до температуры 70-80 ºС.

При приготовлении водного раствора эмульгатора рекомендуется применять мягкую воду с жесткостью не более 3 мг×экв/л.

Технология приготовления высококонцентрированных эмульсий

Выглядит следующим образом. Битум, разогретый до температуры 80-90 ºС, из битумохранилища подается насосом в битумоварочные котлы. В одном из котлов производится обезвоживание битума, а в другом (расходном) – подогрев его до рабочей температуры. Из котла битум самотеком поступает в гомогенизатор.

Водный раствор едкого натра приготавливается в резервуаре, откуда насосом перекачивается в котлы или мешалку, в случае, если применяемый эмульгатор не требует предварительного омыления.

Омыление эмульгатора – варка мыла – производится в котле. Эмульгатор подается насосом через дозатор. Приготовленное мыло определенными дозами поступает в дозатор и оттуда в мешалку.

В мешалке готовится водный раствор эмульгатора из омягченной воды, поступающей из установки. Приготовленный водный раствор эмульгатора перекачивается насосом в резервуары для подогрева до рабочей температуры. Из этих резервуаров раствор эмульгатора поступает самотеком в гомогенизатор.

Приготовленная в гомогенизаторе эмульсия самотеком поступает в гомогенизатор.

В начальный пусковой период, приготовленная в гомогенизаторе эмульсия поступает в специальный приямок, откуда берутся пробы эмульсий для определения качества.

В полевых условиях качество эмульсии определяется визуально, путем взятия проб стеклянной палочкой. Эмульсия должна быть коричневого цвета и не содержать комочком битума. Кроме производственного контроля должен периодически проводиться лабораторный контроль качества эмульсии.

Виды установок для приготовления битумных эмульсий

По типу действия оборудование, предназначенное для получения битумной эмульсии, делиться на установки периодического и непрерывного действия.

При периодическом процессе

Приходится проходить как минимум два этапы: получение водной фазы и собственно производство эмульсии. Водная фаза готовится в специальном баке, куда подается теплая вода, эмульгатор и прочие необходимые компоненты. После этого осуществляется перемешивание полученного вещества. Собственно производство эмульсии включает в себя дозировку приготовленной ранее водной фазы и битума в коллоидную мельницу или другое устройство, обладающее способностью к диспергированию и гомогенизации. При необходимости в битум добавляется растворитель (предварительно в дозаторную емкость или же проточным способом).

Основное отличие установок периодического действия состоит в том, что в них процесс непосредственного получения битумной эмульсии включает несколько потоков материалов, что открывает возможность ручного управления.

Непрерывный процесс

Предусматривает непрерывное нагревание воды и дозировку всех материалов с помощью отдельных дозирующих насосов. Преимуществом такого подхода является отсутствие необходимости использования дозировочных емкостей. Это требует особого проектирования системы водной фазы, которое должно обеспечить достаточное время реакции для химикатов. Процессы нейтрализации и растворения должны завершиться до момента соединения водной фазы с битумом.

При производстве установок для получения битумной эмульсии можно предусмотреть возможность введения латекса, блок-сополимера стирола и бутадиена, а также других веществ, но для этого потребуется реализация новых конструкторских решений.

Приготовление битумных эмульсий с помощью установок GlobeCore

Компания GlobeCore предлагает широкий спектр оборудования для производства и хранения битумных материалов. Установки типа УCБ-1 предназначены для получения битумных эмульсий абсолютно любых типов и назначений. Полученный продукт полностью соответствует международным стандартам и может использоваться при проведении ремонта и строительства автомобильных дорог.

Установка для приготовления битумных эмульсий УCБ-1М, 2м3/час

Для хранения битумной эмульсии GlobeCore поставляет емкости различного исполнения и производительности. По желанию заказчика возможно видоизменение стандартных моделей под конкретные производственные условия.

источник

Добавить комментарий

Adblock
detector