Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 7179
(13) U
(46) 2011.04.30
(51) МПК (2009)
B 02C 19/00
(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСПЕРГИРОВАНИЯ И ГОМОГЕНИЗАЦИИ
(21) Номер заявки: u 20100528
(22) 2010.06.07
(71) Заявители: Государственное научное
учреждение "Научно-исследователь-
ский центр проблем ресурсосбере-
жения Национальной академии наук
Беларуси"; Государственное науч-
ное учреждение "Институт техниче-
ской акустики Национальной ака-
демии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Свиридёнок Анатолий Ивано-
вич; Игнатовский Михаил Иванович;
Кравцевич Алексей Владимирович;
Бородуля Валентин Алексеевич; Руба-
ник Василий Васильевич; Махановская
Ольга Николаевна; Багрец Дмитрий
Александрович (BY)
(73) Патентообладатели: Государственное
научное учреждение "Научно-исследо-
вательский центр проблем ресурсосбе-
режения Национальной академии наук
Беларуси"; Государственное научное
учреждение "Институт технической
акустики Национальной академии наук
Беларуси" (BY)
(57)
1. Устройство для диспергирования и гомогенизации преимущественно низковязких
жидкостей, содержащих твердые микро- и наночастицы, состоящее из рабочей камеры в
виде цилиндрического корпуса с верхним фланцем, на котором крепится ультразвуковой
генератор, волновод которого введен внутрь рабочей камеры на заданном расстоянии от
Фиг. 1
BY7179U2011.04.30

2. BY 7179 U 2011.04.30
2
внутренней поверхности нижней крышки, и имеющее в верхней части рабочей камеры
ввод для подачи сжатого воздуха, на котором крепятся манометр и шаровой кран, отли-
чающееся тем, что в верхней части рабочей камеры имеется бобышка с отверстием и
резьбой, при помощи которой крепится распылитель.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нижняя часть рабочей камеры выпол-
нена в виде скользящего стакана, имеющего конусообразное дно, снабженное спусковым
краном.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что распылитель выполнен в виде трубча-
того корпуса, на одном конце которого имеются один и более жиклеров, на другом - шту-
цер для присоединения к компрессорному устройству.
4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что наружная часть цилиндрического кор-
пуса и внутренняя часть стакана соединены по скользящей посадке сильфоном и имеют
фиксирующий стопор.
5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что на наружной поверхности цилиндриче-
ского корпуса устанавливается уплотнитель в виде кольца с торцовым уплотнением и
стопорным винтом.
6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что в верхней части распылителя установ-
лена загрузочная камера, соединенная с распылителем при помощи муфты, содержащей
шаровой кран.
(56)
1. Маргулис М.А. Основы звукохимии (химические реакции в акустических полях) /
М.А. Маргулис : Учеб. пособие. - М.: Высш. шк., 1984. - С. 9-14.
2. Мачинский А.С. Кавитационные аппараты для очистки сточных вод /
А.С.Мачинский, Н.А.Яхова, Н.Н.Марутовская : Обзорная информация. - М.: ЦНИИТ-
Энефтехим, 1991. - Вып. 2. - С. 5-10.
3. RU 2029634 С1, МПК B 05B 1/02, 5.05.1991.
4. RU 43785 U1, MПK B 01F 11/02, 11.10.2004.
Полезная модель относится к области диспергирования, в частности к устройствам
для диспергирования и гомогенизации жидких суспензий, и может быть использована в
химической, фармацевтической, парфюмерной, топливной и др. отраслях промышленно-
сти для интенсификации процессов диспергирования, эмульгирования, гомогенизации,
растворения и т.д.
Известны устройства для диспергирования и гомогенизации жидких сред, содержа-
щих твердые частицы [1-3], основанные на современных процессах высокоэнергетическо-
го воздействия. В частности, для этих целей наиболее эффективно использование
ультразвуковых и струйных смесителей.
Недостатком таких устройств является необходимость применения уже готовых и до-
статочно однородных смесей, при этом расходуется значительное количество энергии и
времени, трудно обеспечить проточный режим. Недостаточна и равномерность распреде-
ления наноразмерных частиц дисперсной фазы в жидкой суспензии.
Наиболее близким по технической сути к заявляемой полезной модели является
устройство [4], принятое за прототип, которое состоит из генератора электрических коле-
баний, соединенного с блоком ультразвукового преобразователя и введенного в зону об-
работки посредством излучателя. При этом блок ультразвукового преобразователя
закреплен на стойке с возможностью перемещения вдоль нее.
Существенным недостатком прототипа является то, что он, в силу присущих ему кон-
структивных элементов, не позволяет получить достаточно равномерное распределение

3. BY 7179 U 2011.04.30
3
частиц в объеме обрабатываемой среды. Кроме того, производительность указанного
устройства невысока.
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является со-
здание устройства для диспергирования и гомогенизации жидких суспензий, позволяюще-
го получать однородные хорошо гомогенизированные высокодисперсные системы.
Поставленная задача обеспечивается тем, что предлагаемое устройство для дисперги-
рования и гомогенизации, как и прототип, состоит из рабочей камеры в виде цилиндриче-
ского корпуса с верхним фланцем, на котором крепится ультразвуковой генератор,
волновод которого введен внутрь рабочей камеры на заданном расстоянии от внутренней
поверхности нижней крышки, и имеет в верхней части рабочей камеры ввод для подачи
сжатого воздуха, на котором крепятся манометр и шаровой кран.
В отличие от известной в предлагаемой установке в верхней части рабочей камеры
имеется бобышка с отверстием и резьбой, при помощи которой крепится распылитель.
При этом нижняя часть рабочей камеры выполнена в виде скользящего стакана, имеюще-
го конусообразное дно, снабженное спусковым краном; распылитель выполнен в виде
трубчатого корпуса, на одном конце которого имеются один и более жиклеров, на другом
- штуцер для присоединения к компрессорному устройству; наружная часть цилиндриче-
ского корпуса и внутренняя часть стакана соединены по скользящей посадке сильфоном и
имеют фиксирующий стопор; на наружной поверхности цилиндрического корпуса уста-
навливается уплотнитель в виде кольца с торцовым уплотнением и стопорным винтом; в
верхней части распылителя установлена загрузочная камера, соединенная с распылителем
при помощи муфты, содержащей шаровой кран.
Такое совмещение ультразвукового воздействия и микроструйного распыления позво-
ляет эффективно решать задачи получения высокодисперсных хорошо гомогенизирован-
ных низковязких жидких систем.
Техническая сущность полезной модели поясняется прилагаемым чертежом, где на
фиг. 1 показана общая схема устройства для диспергирования и гомогенизации, на фиг. 2 -
схема соединения нижнего стакана с помощью резьбы, на фиг. 3 - схема соединения ниж-
него стакана по скользящей посадке.
Заявляемое устройство состоит из рабочей камеры 1 в виде цилиндрического корпуса
с фланцем 6, к которому крепится ультразвуковой генератор 5, волновод которого 13 вве-
ден внутрь рабочей камеры. К цилиндрическому корпусу при помощи бобышек с резьбой
и отверстиями крепятся:
контрольно-измерительный блок, включающий предохранительный клапан 2, кран 3 и
манометр 4;
блок подачи рабочей жидкости (суспензии), состоящий из патрубка 11, на котором
установлена загрузочная камера 7 с крышкой 9, имеющей кран 8 со штуцером. К патрубку
11 с одной стороны крепится входной штуцер 10, через который подается сжатый воздух,
с другой стороны - распылительное устройство 12, подающее воздушно-капельную вод-
ную дисперсию в зону ультразвуковой обработки 18.
В нижней части рабочей камеры при помощи фланца 14 и болтовых соединений кре-
пится сливной блок 15, имеющий внутреннюю воронкообразную форму и сливной кран
16 со штуцером 17.
При необходимости обеспечения циклической и непрерывной обработки наножидко-
стей с целью гомогенизации ее структуры осуществляется перекачка суспензии при по-
мощи гибкого трубопровода 27.
Для изменения объема рабочей камеры диспергатора, необходимого при замене име-
ющих разную длину излучателей, можно применить конструкцию (фиг. 2а), которая пред-
ставляет собой стакан 23, имеющий на внутренней цилиндрической поверхности резьбу
22, согласованную с резьбой наружной части цилиндрического корпуса рабочей камеры 1,
что позволяет оперативно изменять рабочий объем устройства. Необходимая высота пе-

4. BY 7179 U 2011.04.30
4
ремещения стакана 23 задается при помощи резьбовой шайбы 19, имеющей уплотнение 21
и стопорный винт 20.
Такую же функцию изменения объема рабочей камеры можно обеспечить, применяя
конструкцию, показанную на фиг. 2, где сливной стакан 26 имеет возможность скользить
по наружной поверхности цилиндрического корпуса рабочей камеры 1 (скользящая по-
садка). Ограничение выхода сжатого воздуха из зоны ультразвуковой обработки 18 осу-
ществляется при помощи сильфона 24, один конец которого крепится на корпусе
устройства, другой - на наружной поверхности стакана 26. Необходимая фиксация нужно-
го положения может быть осуществлена при помощи стопорного винта 25, имеющего
уплотнение.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. В загрузочную камеру 7 вво-
дится необходимое количество микро/наносуспензии, затем через патрубок 10 подается
сжатый воздух. После появления в патрубке 10 всасывающего эффекта открывается
впускной кран (на чертеже не показан), находящийся в нижней части загрузочной камеры,
и начинается струйно-капельное микрораспыление суспензии, наполненной твердыми на-
ночастицами. Таким образом, происходит первичное диспергирование жидкости, накоп-
ление ее в нижней части рабочей камеры 1 и заполнение ее до уровня, обеспечивающего
погружение в суспензию на 2/3 волновода 13. Затем подача обрабатываемой среды пре-
кращается, избыточное давление в рабочей камере доводится до необходимого значения и
включается ультразвуковой генератор 5.
При работе ультразвукового блока устройства в среде распространения ультразвука
развивается эффект акустической кавитации, в результате которой в воздушных пузырь-
ках жидкости развиваются давление до 100 МПа, температура до 25000 К, происходят
микровзрывы, возникают микропотоки, скорость которых достигает 150 м/с. Эти воздей-
ствия приводят к разрушению микроагломератов до наноразмерного уровня. Для усиле-
ния гомогенизации суспензии процесс целесообразно повторить, в т.ч. путем перекачки
жидкости в загрузочный бункер по гибкому трубопроводу 27.
Фиг. 2 Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.