PL212764B1 - Sposób wytwarzania mikro-zawiesiny i mikronizator do wytwarzania mikro-zawiesiny - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania mikro-zawiesiny i mikronizator do wytwarzania mikro-zawiesiny, zwłaszcza ciała stałego w cieczy, w szczególności przydatny do uzyskiwania homogenicznych zawiesin paliwowych.

Z polskiego opisu patentowego nr PL192546 znane jest urządzenie do rozdrabniania materiału i sposób rozdrabniania materiału z postaci mokrych lub suchych odrębnych kawałków na stosunkowo mniejsze cząstki. Urządzenie ma obudowę posiadającą górną i dolną płytę, w górnej płycie jest umieszczony wlot przystosowany do wprowadzania materiału, a w dolnej płycie jest umieszczony wylot przystosowany do usuwania mniejszych cząstek. Wewnątrz obudowy są umieszczone podłużne wewnętrzne ściany tworzące na przecięciu podłużne wewnętrzne naroża. Zespół wirnika umieszczony pomiędzy płytami górną i dolną obudowy, zawiera obrotowy wał wzdłużnie przechodzący poprzez obudowę oraz liczne wirniki z łopatkami połączone z wałem w celu obracania. Płyty z otworami umieszczone są pomiędzy sąsiednimi wirnikami par, a każda płyta z otworem przechodzi od wewnętrznych ścian obudowy do środkowego otworu, który tworzy przelot wokół wału. Każdy wirnik zawiera płytę o wielobocznej krawędzi obwodowej kształtującej liczne naroża. Sposób polega na tym, że obraca się zespołem wirnika, powodującego przepływ powietrza przez obudowę dostarczającego materiał do wlotu, przy czym przemieszcza się zasadniczą część materiału w strumieniu powietrza przechodzącego przez obudowę. Ponadto wytwarza się gwałtowne wzrosty i spadki ciśnienia w materiale i powietrzu przepływającym wewnątrz obudowy poprzez obracanie zespołem wirnika, zaś przepływający materiał rozdrabnia się gwałtownymi wzrostami i spadkami ciśnienia.

Sposób wprowadzania strumieni rozdrabnianego materiału stałego, zwłaszcza węgla i czynnika susząco-transportującego w młynie wentylatorowym i młyn wentylatorowy znane są z opisu polskiego zgłoszenia patentowego nr PL353943 A1. Zgodnie z którym strugę rozdrabnianego materiału stałego, zwłaszcza węgla kieruje się kierownicami po pochyłej powierzchni drzwi młyna w stronę pierścienia kierującego. Następnie zmienia się kierunek strugi materiału stałego wyrównanym strumieniem czynnika susząco-transportującego w stronę środkowej części wewnętrznych krawędzi bijaków wewnętrznych. Młyn wentylatorowy posiada zabudowane na pochyłej powierzchni drzwi młyna, kierownice oraz wewnątrz koła bijakowego w osi bijaków od strony napływu czynnika susząco-transportującego, pierścień kierujący mocowany do poziomego cylindrycznego króćca wlotowego drzwi młyna.

Sposób rozdrabniania materiałów stałych, zwłaszcza węgla w młynie wentylatorowym i młyn wentylatorowy do rozdrabniania materiałów stałych, zwłaszcza węgla według patentu nr PL179791, charakteryzują się tym, że struga surowego węgla wraz z czynnikiem suszącym w drzwiach młyna zmienia kierunek przepływu z pionowego w skośny, a następnie w gardzieli wlotowej na poziomy, skąd poprzez dyszę przyspieszającą z większą prędkością wprowadzana jest promieniowo między bijaki wewnętrzne, od strony odsłoniętych powierzchni czołowych bijaków. Następnie struga wyrzucana z dużą prędkością do spirali poddawana jest ruchowi obrotowemu z tarciem o powierzchnię zębatą wykładziny pancernej z przekładkami dystansowymi i separacji za spiralą. Młyn wentylatorowy posiada cylindryczną gardziel wlotową do koła bijakowego, stożkowo rozszerzoną od strony koła bijakowego, kierownicę, zabudowaną w drzwiach, umieszczoną wewnątrz wlotu do koła bijakowego, tworzącą wspólnie z pochyłą blachą zsypową i stożkowym zakończeniem gardzieli wlotowej dyszę przyspieszającą, koło bijakowe z odsłoniętą powierzchnią czołową bijaków oraz wykładziny pancerne spirali, osadzone na całym obwodzie spirali z przekładkami dystansowymi w postaci zębatki z początkiem spirali przedłużonym do gardzieli wylotowej, poprzez zabudowę wykładzin pancernych, oddzielonych od siebie przekładkami dystansowymi.

Z polskiego opisu patentowego nr PL165579 znane jest urządzenie do rozdrabniania strumieniowego, w którym klasyfikator jest połączony ze strumienicami za pośrednictwem króćców osadzonych w rurach rozpędowych strumienic. Króćce są usytuowane w określonej odległości od wlotów rur rozpędowych strumienic, nie mniejszej niż jedna i nie większej niż cztery średnice wewnętrzne rury rozpędowej.

Z amerykańskiego opisu patentowego nr US5205500 znane jest urządzenie do rozdrabniania materiału z postaci mokrych lub suchych kawałków do stosunkowo mniejszych cząstek. Urządzenie to zawiera obudowę posiadającą podłużną oś symetrii. Obudowa ma pierwszy koniec z wlotem, przez który doprowadza się materiał do obudowy oraz drugi koniec z wylotem, przez który odprowadza się mniejsze cząstki z obudowy. Pomiędzy pierwszym i drugim końcem rozpościera się wzdłużna wewnętrzna powierzchnia. W obudowie jest umieszczony zespół wirnika posiadający obrotowy wał ułoPL 212 764 B1 żony wzdłuż podłużnej osi symetrii oraz co najmniej jeden wirnik. Wirnik zaś jest wyposażony w płytę wirnika oraz piastę, poprzez którą jest połączony z obrotowym wałem. Ponadto zespół wirnika posiada obwodowo rozstawione elementy usytuowane obok co najmniej jednego z wirników i cofnięte do środka od wewnętrznej powierzchni obudowy w kierunku wirnika.

Znane ze stosowania sposoby wytwarzania mikro-zawiesiny, zwłaszcza ciała stałego w cieczy sprowadzają się do degradacji wymiarów cząstek poddanych procesowi mikronizacji poprzez wywieranie na nie naprężeń ściskających. Materiał jest zgniatany i rozcierany na coraz mniejsze cząsteczki. Ma to miejsce w popularnych młynach kulowych, prętowych czy perełkowych jak również w młynach opartych na rozcieraniu cząsteczek materiału. Młyny takie mają niską sprawność, ponieważ większa cześć doprowadzonej do młyna energii jest tracona na ocieranie się kul w młynie kulowym bez materiału roboczego pomiędzy nimi.

Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że pompą wysokociśnieniową zasilającą dyszę pierwotną generuje się ultra szybki strumień cieczy procesowej, którym w komorze mikronizacyjnej zasilanej rozdrabnianym materiałem, kształtuje się szybki strumień zawiesiny cząstek stałych w cieczy procesowej i wstrzeliwuje się go dyszą wtórną do komory homogenizacyjnej, gdzie rozdrabniany materiał poddaje się dalszemu procesowi mikronizacji oraz homogenizacji, a gotowy produkt gromadzi się w zbiorniku.

Korzystnie, strumień zawiesiny cząstek stałych kieruje się rurą wewnętrzną na płytkę kolizyjną, z którą zderza się, a po odbiciu zmienia kierunek przepływu o 180°. Odbity strumień zawiesiny cząstek stałych poddaje się dalszej mikronizacji i homogenizacji w przestrzeni utworzonej pomiędzy rurami wewnętrzną i pośrednią osadzonymi w obudowie rurowej komory homogenizacyjnej.

Korzystnie proces mikronizacji i homogenizacji cząstek stałych intensyfikuje się w meandrycznej przestrzeni, ukształtowanej pomiędzy grodziami osadzonymi na ściankach rur.

Korzystnie, dyszą wtórną do rury wewnętrznej wstrzeliwuje się strumień zawiesiny cząstek stałych o znacznie większej prędkości od strumienia wypływającego z rury pośredniej do rurowej obudowy komory homogenizacyjnej, przy czym wstrzeliwanym strumieniem zasysa się większe cząsteczki stałe, zaś ciśnienie zasysania jest funkcją energii strumienia zawiesiny wypływającego z dyszy wtórnej oraz odległości czoła rury wewnętrznej od dyszy wtórnej.

Korzystnie, ciągłość przepływu strumienia zawiesiny cząstek stałych reguluje się restryktorem przepływu zainstalowanym na wyjściu z komory homogenizacyjnej.

W wariancie wynalazku, strumień zawiesiny cząstek stałych uformowany przez dyszę wtórną wstrzeliwuje się do zbiornika wewnętrznego z falą stojącą poprzez płytkę z dyszą, przy czym strumień zawiesiny cząstek stałych po opuszczeniu zbiornika wewnętrznego wypływa z mikronizatora szczeliną pomiędzy zbiornikiem wewnętrznym i obudową komory homogenizacyjnej, przy czym połowa szerokości tej szczeliny jest równa różnicy pomiędzy zewnętrzną średnicą d2 zbiornika wewnętrznego i średnicą wewnętrzną D2 obudowy komory homogenizacyjnej.

W innym wariancie sposobu, strumień zawiesiny cząstek stałych uformowany przez dyszę wtórną wstrzeliwuje się do komory stabilizującej ciśnienie, w której częściowo odbija się od płytki z co najmniej trzema dyszami a częściowo tymi dyszami przedostaje się do komory kawitacyjnej, gdzie generuje się pęcherzyki kawitacyjne pogłębiające stopień mikronizacji i homogenizacji rozdrabnianego materiału.

Korzystnie, ilość wygenerowanych pęcherzyków kawitacyjnych reguluje się zaworem sterowanym procesorem, przy czym stopień otwarcia zaworu zależy od różnicy pomiędzy ciśnieniem panującym w komorze stabilizującej i ciśnieniem w komorze kawitacyjnej.

Korzystnie, ilość powietrza wprowadzanego do komory mikronizacyjnej reguluje się restryktorem dopływu powietrza.

Korzystnym jest również to, że strumień zawiesiny cząstek stałych formuje się w zamkniętej komorze mikronizacyjnej w obecności gazu aktywnego i/lub neutralnego, przy czym reguluje się ilość gazu doprowadzanego do komory mikronizacyjnej.

Korzystnym jest, gdy rozdrabniany materiał podawany do komory mikronizacyjnej poddaje się działaniu fal ultradźwiękowych na wlocie do komory mikronizacyjnej.

Mikronizator według wynalazku ma pompę wysokociśnieniową zasilającą dyszę pierwotną generującą strumień cieczy o wysokiej prędkości, osadzoną w obudowie komory mikronizacyjnej, która zasilana jest rozdrabnianym materiałem z podajnika. W obudowie komory mikronizacyjnej po przeciwnej stronie dyszy pierwotnej, osadzona jest dysza wtórna zorientowana współosiowo z dyszą pierwot4

PL 212 764 B1 ną. Za obudową komory mikronizacyjnej jest umieszczona komora homogenizacyjna zakończona króćcem wyjściowym, do której poprzez dyszę wtórną wstrzeliwany jest strumień zawiesiny.

Korzystnie, komora homogenizacyjna ma obudowę rurową, wewnątrz której umieszczona jest rura pośrednia zamknięta od strony króćca wyjściowego, ścianką kolizyjną.

Korzystnie, wewnątrz rury pośredniej umieszczona jest rura wewnętrzna otwarta na obu jej końcach.

Korzystnie, na wewnętrznych ściankach rury pośredniej osadzone są grodzie umieszczone na przemian z grodziami osadzonymi na zewnętrznych ściankach rury wewnętrznej, przy czym pomiędzy grodziami ukształtowana jest meandryczna przestrzeń.

Korzystnie, komora homogenizacyjna jest połączona kanałem dodatkowym z króćcem wyjściowym.

Korzystnie, króciec wyjściowy komory homogenizacyjnej jest wyposażony w restryktor przepływu.

Korzystnie, króciec wyjściowy rurowej obudowy jest wyposażony w zawór sterowany procesorem, do którego podłączony jest czujnik ciśnienia osadzony w rurowej obudowie.

Korzystnym jest, gdy na wlocie do komory mikronizacyjnej zainstalowany jest układ ultradźwiękowy.

Korzystnie, komora mikronizacyjna jest połączona króćcem zaopatrzonym w zawór gazowy, z zasilaczem gazu.

Korzystnie, komora mikronizacyjna ma kształt odwróconego stożka, zamkniętego od góry restryktorem dopływu powietrza, przy czym wzdłuż osi komory mikronizacyjnej usytuowane są dysza pierwotna zasilana od góry cieczą i dysza wtórna osadzona w wierzchołku tego stożka.

Korzystnie, komora mikronizacyjna, zasilana jest rozdrabnianym materiałem z silosu przez podajnik śrubowy i rynnę.

Korzystnie, komora homogenizacyjna ma obudowę rurową, wewnątrz której umieszczony jest zbiornik wewnętrzny zamknięty od strony dyszy wtórnej płytką z dyszą.

Korzystnie, komorę homogenizacyjną stanowi komora stabilizująca ciśnienie oddzielona drugą płytką kolizyjną z dyszami, od komory kawitacyjnej.

Mikronizator do wytwarzania mikro-zawiesiny jest urządzeniem wysokiej energii, działającym w oparciu o właściwości wysoko-energetycznych strumieni cieczy, które w strefie zderzenia z materiałem poddanym procesowi mikronizacji, generują niezwykle wysoką energię. Pod wpływem wysoko energetycznego strumienia cieczy powstają pęknięcia i mikropęknięcia materiału, które rozprzestrzeniają się w głąb materiału. Zjawiska te wywołują w komorze mikronizacyjnej niezwykle wysokie turbulencje, przy których cząsteczki materiału z bardzo dużą prędkością zderzają się z wysoko-energetycznym strumieniem cieczy, z innymi cząsteczkami oraz z obudową komory mikronizacyjnej. W wyniku tych zjawisk rozdrabniany materiał podlega intensywnej penetracji cieczy roboczej w głąb mikropęknięć i nieciągłości strukturalnych, jak również ulega podziałowi na mniejsze cząsteczki, gdy strumienie penetrują granice ziaren. Proces dezintegracji materiału odbywa się zwykle w asyście bardzo agresywnej kawitacji. Wspomagającą funkcję pełnią fale akustyczne generowane przez generator ultradźwiękowy na wlocie materiału do komory mikronizacyjnej. Proces mikronizacji materiałów strumieniami cieczy o dużej energii sprzyja generowaniu cząsteczek materiału o niespotykanej reologii, nieosiągalnej w innych konwencjonalnych urządzeniach.

Mikronizator według wynalazku charakteryzuje się wysoką sprawnością i wydajnością procesu i wysokim stopniem mikronizacji cząstek w jednym procesie. Otrzymana mikro-zawiesina ciała stałego w cieczy charakteryzuje się bardzo dobrymi właściwościami reologicznymi. Dodatkową zaletą jest możliwość mikronizacji cząstek na sucho lub w cieczy, mieszanin wieloskładnikowych z zastosowaniem różnych płynów procesowych, zwłaszcza wody, rozpuszczalników, płynów kriogenicznych lub cieczami o odpowiednio dobranym składzie chemicznym z możliwością stosowania chemicznych stymulatorów procesu. Proces mikronizacji jest jednocześnie procesem densyfikacji i homogenizacji, jak również może być stosowany do dezintegracji. Nowy sposób szczególnie nadaje się do homogenizacji kombinacji cieczy oraz materiałów stałych i może pracować w systemie otwartym lub w systemie zamkniętym.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1a przedstawia mikronizator do wytwarzania mikro-zawiesiny w konfiguracji poziomej z rurą wewnętrzną i pośrednią w ujęciu schematycznym, fig. 1b - mikronizator z rurą wewnętrzną i pośrednią z grodziami, fig. 2 - mikronizator w konfiguracji pionowej ze zbiornikiem wewnętrznym, a fig. 3 - mikronizator w konfiguracji pionowej z komorą stabilizującą ciśnienie i komorą kawitacyjną.

PL 212 764 B1

P r z y k ł a d 1

Sposób wytwarzania mikro-zawiesiny, zwłaszcza ciała stałego w cieczy, polega na tym, że pompą wysokociśnieniową 1 zasila się dyszę pierwotną 2 i generuje się ultra szybki strumień cieczy procesowej, którym w komorze mikronizacyjnej 3 zasilanej rozdrabnianym materiałem kształtuje się szybki strumień zawiesiny cząstek stałych w cieczy procesowej. Komorę mikronizacyjną 3 zasila się materiałem z silosa 5 poprzez dozownik 6 i rynnę 7. Zawiesinę otrzymaną w komorze mikronizacyjnej 3 wstrzeliwuje się dyszą wtórną 4 do rurowej obudowy 9 komory homogenizacyjnej, gdzie rozdrabniany materiał poddaje się dalszemu procesowi mikronizacji oraz homogenizacji. Strumień zawiesiny kieruje się rurą wewnętrzną 10, który po odbiciu się od ścianki kolizyjnej 14 zmienia kierunek przepływu o 180° i ulega dalszemu procesowi mikronizacji oraz homogenizacji w przestrzeni utworzonej pomiędzy rurą wewnętrzną 10 i rurą pośrednią 11. Strumień wstrzeliwany dyszą wtórną 4 do rury wewnętrznej 10 ma znacznie większą prędkość od strumienia wypływającego z rury pośredniej 11 do rurowej obudowy 9 i zasysa się nim większe cząsteczki stałe, przy czym ciśnienie zasysania jest funkcją energii strumienia zawiesiny wypływającej z dyszy wtórnej 4 oraz odległości czoła rury wewnętrznej 10 od dyszy wtórnej 4. Ciągłość przepływu strumienia zawiesiny cząstek stałych reguluje się restryktorem przepływu 16 zainstalowanym na wyjściu rurowej obudowy 9. Gotowy produkt gromadzi się w zbiorniku 17.

P r z y k ł a d 2

Sposób wytwarzania mikro-zawiesiny, zwłaszcza ciała stałego w cieczy, przebiega jak w przykładzie pierwszym, z tą różnicą, że proces mikronizacji i homogenizacji cząstek stałych intensyfikuje się w meandrycznej przestrzeni, ukształtowanej pomiędzy grodziami 12, 13 osadzonymi na ściankach rur 10, 11, a strumień zawiesiny cząstek stałych formuje się w zamkniętej komorze mikronizacyjnej 3 w obecności gazu aktywnego, przy czym ilość gazu doprowadzanego do komory mikronizacyjnej 3 reguluje się zaworem króćca gazowego 27, ponadto rozdrabniany materiał na wlocie do komory mikronizacyjnej 3 poddaje się działaniu fal ultradźwiękowych.

P r z y k ł a d 3

Sposób wytwarzania mikro-zawiesiny, zwłaszcza ciała stałego w cieczy, przebiega jak w przykładzie pierwszym albo drugim z tą różnicą, że strumień zawiesiny cząstek stałych uformowany przez dyszę wtórną 4 wstrzeliwuje się poprzez płytkę z dyszą 18 do zbiornika wewnętrznego 20 z falą stojącą. Strumień zawiesiny cząstek stałych po opuszczeniu zbiornika wewnętrznego 20 wypływa z mikronizatora szczeliną pomiędzy zbiornikiem wewnętrznym 20 i obudową rurową 9 komory homogenizacyjnej, przy czym szerokość tej szczeliny jest równa połowie różnicy pomiędzy zewnętrzną średnicą d2 zbiornika wewnętrznego 20 i średnicą wewnętrzną D2 obudowy rurowej 9.

P r z y k ł a d 4

Sposób wytwarzania mikro-zawiesiny, zwłaszcza ciała stałego w cieczy, przebiega jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że strumień zawiesiny cząstek stałych uformowany przez dyszę wtórną 4 wstrzeliwuje się do komory stabilizującej ciśnienie 21, w której częściowo odbija się od płytki z czterema dyszami 18, a częściowo tymi dyszami 18 przedostaje się do komory kawitacyjnej 23, gdzie generuje się pęcherzyki kawitacyjne pogłębiające stopień mikronizacji i homogenizacji rozdrabnianego materiału, przy czym ilość wygenerowanych pęcherzyków kawitacyjnych reguluje się zaworem 25 sterowanym procesorem 26. Stopień otwarcia zaworu 25 zależy od różnicy ciśnień, pomiędzy ciśnieniem p1 panującym w komorze stabilizującej 21 i ciśnieniem p2 w komorze kawitacyjnej 23. W wariancie tym ilość powietrza w komorze mikronizacyjnej 3 reguluje się restryktorem dopływu powietrza 19. Ponadto rozdrabniany materiał podawany do komory mikronizacyjnej 3 poddaje się działaniu układu ultradźwiękowego 8 zainstalowanego na wlocie do komory mikronizacyjnej 3.

Sposób według wynalazku, charakteryzuje wysoki stopień wykorzystania energii użytej w procesie poprzez koncentrowanie materiału podlegającemu procesowi mikronizacji. Umożliwia to skuteczną mikronizację materiałów bardzo odpornych na rozdrabnianie przez co proces jest bardzo skuteczny nie tylko w mikronizacji materiału ale również w jego homogenizacji i densyfikacji.

P r z y k ł a d 5

Mikronizator do wytwarzania mikro-zawiesiny przedstawiony na fig. 1a, jest mikronizatorem wysokiej energii w konfiguracji poziomej. Mikronizator ma pompę wysokociśnieniową 1 zasilającą dyszę pierwotną 2 generującą strumień cieczy o wysokiej prędkości osadzoną w obudowie komory mikronizacyjnej 3. W obudowie komory mikronizacyjnej 3 po przeciwnej stronie dyszy pierwotnej 2, osadzona jest dysza wtórna 4 zorientowana współosiowo z dyszą pierwotną 2, a komora 3 zasilana jest rozdrabnianym materiałem z silosu 5 przez podajnik 6 śrubowy i rynnę 7. Za obudową komory mikroniza6

PL 212 764 B1 cyjnej 3 jest umieszczona komora homogenizacyjna zakończona króćcem wyjściowym 16, do której poprzez dyszę wtórną 4 wstrzeliwany jest strumień zawiesiny. Komora homogenizacyjna ma obudowę rurową 9, wewnątrz której umieszczona jest rura pośrednia 11 zamknięta od strony króćca wyjściowego 17, ścianką kolizyjną 14. Wewnątrz rury pośredniej 11 umieszczona jest rura wewnętrzna 10 otwarta na obu jej końcach. Rurowa obudowa 9 jest połączona z króćcem wyjściowym kanałem dodatkowym 15 wyposażonym w restryktor przepływu 16. Ponadto komora mikronizacyjna 3 jest połączona króćcem z zaworem gazowym 27 z zasilaczem gazu, a na wlocie do komory mikronizacyjnej 3 zainstalowany jest układ ultradźwiękowy 8. Przepływ materiału poprzez układ ultradźwiękowy 8 powoduje wstępne rozluźnienie materiału przed jego wejściem do komory mikronizacyjnej 3. Materiał w komorze mikronizacyjnej 3 pod wpływem wysoko energetycznego strumienia cieczy pęka, a pęknięcia i mikropęknięcia materiału, rozprzestrzeniają się w głąb materiału. Zjawiska te wywołują w komorze mikronizacyjnej niezwykle wysokie turbulencje, przy których cząsteczki materiału z bardzo dużą prędkością zderzają się z wysoko-energetycznym strumieniem cieczy, z innymi cząsteczkami oraz z obudową komory mikronizacyjnej 3. W wyniku czego rozdrabniany materiał podlega intensywnej penetracji cieczy roboczej w głąb mikropęknięć i nieciągłości strukturalnych, jak również ulega podziałowi na mniejsze cząsteczki, gdy strumienie penetrują granice ziaren. Zjawiskom tym towarzyszy silny efekt inżektorowy i tylko odpowiednio małe cząsteczki przedostają się poprzez dyszę wtórną 4 do rury wewnętrznej 10 o średnicy wewnętrznej d1. Energia cieczy procesowej z zawiesiną cząstek po przejściu przez dyszę wtórną 4 jest znaczna i jej częściowe wyhamowanie ma miejsce w czasie zderzenia ze ścianką kolizyjną 14. W czasie transportu cząsteczek pomiędzy dyszą wtórną 4 a ścianką kolizyjną 14 zachodzi dalszy proces degradacji cząstek, który zależy od średnicy rury wewnętrznej 10. Zderzenie ze ścianką kolizyjną 14 proces ten zdecydowanie intensyfikuje. Po zderzeniu ze ścianką kolizyjną 14, przepływ zmienia kierunek o 180 stopni i zawiesina przemieszcza się kanałem pomiędzy zewnętrzną ścianką rury wewnętrznej 10 a wewnętrzną ścianką rurki pośredniej 11 o średnicy D1. Kolejna zmiana kierunku przepływu następuje na lewym krańcu rury pośredniej 11. Zmianie kierunku przepływu towarzyszy znaczne spowolnienie przepływu. Jako, że lewy kraniec rury pośredniej 11 położony jest blisko dyszy wtórnej 4, zatem inżektorowy efekt może porywać większe cząsteczki do ponownego przejścia przez rurę wewnętrzną 10. Dostatecznie małe cząsteczki są porywane przez strumień, który wpływa do przestrzeni pomiędzy rurę pośrednią 11 a rurę wewnętrzną 10. Cząsteczki te poprzez dodatkowe kanały 15 i restryktor przepływu 16 wydostają się do zbiornika 17 z gotowym produktem. Restryktor przepływu 16 służy do regulacji przepływu w mikronizatorze oraz do zasilania komory mikronizacyjnej 3 poprzez króciec 27 w gaz potrzebny w procesie.

Konstrukcja nowego mikronizatora wysokiej energii spełnia warunek wysokiej sprawności. Oznacza to, że energia wprowadzona do mikronizatora jest w najwyższym stopniu zużytkowana do procesu mikronizacji materiału, co wymaga takiej długości rury pośredniej 11, aby energia zawiesiny wypływającej z urządzenia była jak najmniejsza. Również odległość l1 pomiędzy dyszą wtórną 4 i lewym skrajem rury wewnętrznej 10 jest tak dobrana, aby zapewnić ponowne przejście lub wielokrotne przejście większych cząsteczek przez rurę wewnętrzną 10 i rurę pośrednią 11.

P r z y k ł a d 6

Mikronizator do wytwarzania mikro-zawiesiny przedstawiony na fig. 1b, wykonany jest jak w przykładzie pierwszym z ta różnicą, że pomiędzy rurą wewnętrzną 10 i rurą pośrednią 11 są wbudowane grodzie 12, 13 wymuszające przepływ meandrowy. Grodzie 12 umocowane na rurze pośredniej 11 mają średnicę wewnętrzną mniejszą od zewnętrznej średnicy rury wewnętrznej 10 a grodzie 13 umocowane na rurze wewnętrznej 10 mają średnice zewnętrzne mniejsze niż średnica wewnętrzna rury pośredniej 11. Przekrój powstałych szczelin zabezpiecza ciągłość przepływu, a wielokrotne zmiany kierunku przepływu o 180 stopni powodują dalszą mikronizację materiału.

P r z y k ł a d 7

Mikronizator wysokiej energii w konfiguracji pionowej do wytwarzania mikro-zawiesiny, przedstawiony na fig. 2, wykonany jest jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że komora mikronizacyjna 3 ma kształt odwróconego stożka, zamkniętego od góry restryktorem dopływu powietrza 19, przy czym wzdłuż osi komory mikronizacyjnej 3 usytuowane są dysza pierwotna 2 zasilana od góry cieczą i dysza wtórna 4 osadzona w wierzchołku stożka. Przepływ materiału poprzez komorę mikronizacyjną 3 z zainstalowanym współśrodkowo układem ultradźwiękowym 8 powoduje intensyfikację procesu mikronizacji. Materiał w komorze mikronizacyjnej 3 kiedy osiągnie odpowiedni stan rozdrobnienia, jako zawiesina jest zasysany przez dyszę wtórną 4, przez którą zawiesina wstrzeliwana jest z dużą prędkością poprzez płytkę z dyszą 18 do zbiornika wewnętrznego 20. Średnica d2 i długość L2 zbiornika

PL 212 764 B1 wewnętrznego 20 są tak dobrane aby generować w nim falę stojącą. Odległość I2 pomiędzy dyszą wtórną 4 a płytką z dyszą 18 stanowi parametr konstrukcji mikronizatora, od którego w znacznej mierze zależy dalszy stopień mikronizacji cząstek stałych. Ciągle wpompowywanie zawiesiny cząstek stałych do zbiornika wewnętrznego 20 zachodzi wówczas gdy średnica dyszy 18 w płytce zapewni warunki przepływu medium do i ze zbiornika wewnętrznego 20, zatem dysza 18 ta jest dodatkowym dezintegratorem cząsteczek stałych niesionych w strumieniu zawiesiny w przeciwnych kierunkach. Wypływająca ze zbiornika wewnętrznego 20 zawiesina szczeliną pomiędzy zbiornikiem wewnętrznym 20 o średnicy zewnętrznej d2 i rurową obudową 9 o średnicy wewnętrznej D2, wydostaje się do zbiornika 17 gotowego produktu. W przypadku ograniczenia swobodnego dostępu powietrza do komory mikronizatora 3 stosuje się restryktor dopływu powietrza 19. W rozwiązaniu tym komorę homogenizacyjną stanowi obudowa rurowa 9 wyposażona w zbiornik wewnętrzny 20.

P r z y k ł a d 8

Mikronizator wysokiej energii w konfiguracji pionowej przedstawiony na fig. 3, wykonany jest jak przykładzie siódmym z tą, z tą różnicą, że ma komorę stabilizującą ciśnienie 21 i komorę kawitacyjną 23. Materiał w postaci zawiesiny z komory mikronizacyjnej 3 dyszą wtórną 4 jest wstrzeliwany z dużą prędkością do komory stabilizującej ciśnienie 21 i wyhamowywany na drugiej płytce kolizyjnej 22 wyposażonej w cztery otwory 18, które łączą komorę stabilizującą ciśnienie 21 z komorą kawitacyjną 23. W komorze kawitacyjnej 23 stymulowany jest proces kawitacji, przy czym kontroluje się ciśnienie p1 panujące w komorze stabilizującej ciśnienie 21 i ciśnienie p2 panujące w komorze kawitacyjnej 23, od których zależy samoistny proces tworzenia się pęcherzyków kawitacyjnych. Do kontrolowania ciśnień p1 i p2 stosuje się procesor 26, który steruje otwieraniem zaworu 25. Poprzez dobór najbardziej agresywnej kawitacji następuje wzrost pęcherzyków kawitacyjnych i ich implozja w ostatnim stadium procesu mikronizacji materiału, która w zdecydowanie większym stopniu degraduje cząstki stałe zawieszonych w cieczy procesowej. W rozwiązaniu tym komorę homogenizacyjną stanowi komora stabilizująca ciśnienie 21 oddzielona od komory kawitacyjnej 23, drugą płytką kolizyjną 22 z dyszami 18.

Mikronizator wysokiej energii jest tak skonstruowany, aby rozdrabniany materiał w procesie mikronizacji w czasie jednego przejścia przez urządzenie był poddany wszystkim zjawiskom towarzyszącym kolizji z wysoko-energetycznym strumieniem cieczy. Dynamika procesu jest wyznaczona wysokością ciśnienia pompy 1 generującą szybko przemieszczające się masy strumienia cieczy, nierzadko odpowiadającą kilku wartościom prędkości dźwięku w powietrzu. Konstrukcja mikronizatora zapewnia wykorzystanie całej energii doprowadzonej w czasie jednego przejścia przez nie materiału poddanego procesowi mikronizacji.

Wykaz oznaczeń na rysunku:

1. pompa wysokociśnieniowa,

2. dysza pierwotna,

3. komora mikronizacyjna,

4. dysza wtórna,

5. silos,

6. podajnik,

7. rynna,

8. układ ultradźwiękowy,

9. rurowa obudowa komory homogenizacyjnej,

10. rura wewnętrzna,

11. rura pośrednia,

12. przegroda, gródź

13. przegroda, gródź

14. ścianka kolizyjna,

15. dodatkowy kanał,

16. restryktor przepływu,

17. zbiornik,

18. dysza płytki,

19. restryktor dopływu powietrza,

20. zbiornik wewnętrzny,

21. komora stabilizująca ciśnienie,

22. druga płytka kolizyjna,

PL 212 764 B1

23. komora kawitacyjna,

24. czujnik ciśnienia,

25. zawór,

26. procesor,

27. króciec, d1- średnica wewnętrzna,

D1 - średnica wewnętrzna, d2 - średnica zewnętrzna,

D2 - średnica wewnętrzna,

L2 - długość,

P1 - ciśnienie, p2 - ciśnienie.

Claims (25)

1. Sposób wytwarzania mikro-zawiesiny, zwłaszcza ciała stałego w cieczy, znamienny tym, że pompą wysokociśnieniową (1) zasilającą dyszę pierwotną (2) generuje się ultra szybki strumień cieczy procesowej, którym w komorze mikronizacyjnej (3) zasilanej rozdrabnianym materiałem kształtuje się szybki strumień zawiesiny cząstek stałych w cieczy procesowej i wstrzeliwuje się go dyszą wtórną (4) do rurowej obudowy komory homogenizacyjnej (9), gdzie rozdrabniany materiał poddaje się dalszemu procesowi mikronizacji oraz homogenizacji, a gotowy produkt gromadzi się w zbiorniku (17).

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumień zawiesiny cząstek stałych kieruje się rurą wewnętrzną (10) na płytkę kolizyjną (14), po zderzeniu z którą i po odbiciu zmienia się jego kierunek przepływu o 180°.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że strumień zawiesiny cząstek, po zmianie kierunku przepływu o 180°, poddaje się dalszemu procesowi mikronizacji oraz homogenizacji w przestrzeni utworzonej pomiędzy rurą wewnętrzną (10) i rurą pośrednią (11).

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że stopień mikronizacji oraz homogenizacji zwiększa się w meandrycznej przestrzeni ukształtowanej pomiędzy grodziami (12, 13) osadzonymi na ściankach rur (10, 11).

5. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że dyszą wtórną (4) do rury wewnętrznej (10) wstrzeliwuje się strumień zawiesiny cząstek stałych, o znacznie większej prędkości od strumienia wypływającego z rury pośredniej (11) do rurowej obudowy komory homogenizacyjnej (9), przy czym wstrzeliwanym strumieniem zasysa się większe cząsteczki stałe, zaś ciśnienie zasysania jest funkcją energii strumienia zawiesiny wypływającego z dyszy wtórnej (4) oraz odległości czoła rury wewnętrznej (10) od dyszy wtórnej (4).

6. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że ciągłość przepływu strumienia zawiesiny cząstek stałych reguluje się restryktorem przepływu (16) zainstalowanym na wyjściu rurowej obudowy komory homogenizacyjnej (9).

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumień zawiesiny cząstek stałych uformowany przez dyszę wtórną (4) wstrzeliwuje się do zbiornika wewnętrznego (20) z falą stojącą poprzez płytkę z dyszą (18), przy czym strumień zawiesiny cząstek stałych po opuszczeniu zbiornika wewnętrznego (20), wyprowadza się z mikronizatora szczeliną pomiędzy zbiornikiem wewnętrznym (20) i obudową rurową (9) komory homogenizacyjnej.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumień zawiesiny cząstek stałych uformowany przez dyszę wtórną (4) wstrzeliwuje się do komory stabilizującej ciśnienie (21), w które częściowo odbija się od płytki z co najmniej trzema dyszami (18) a częściowo dyszami (18) przedostaje się do komory kawitacyjnej (23), gdzie generuje się pęcherzyki kawitacyjne pogłębiające stopień mikronizacji i homogenizacji rozdrabnianego materiału.

9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że ilość wygenerowanych pęcherzyków kawitacyjnych reguluje się zaworem (25) sterowanym procesorem (26), przy czym stopień otwarcia zaworu (25) zależy od różnicy pomiędzy ciśnieniem (p1) panującym w komorze stabilizującej (21) i ciśnieniem (p2) w komorze kawitacyjnej (23).

10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ilość powietrza w komorze mikronizacyjnej (3) reguluje się restryktorem dopływu powietrza (19).

PL 212 764 B1

11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumień zawiesiny cząstek stałych uformuje się w zamkniętej komorze mikronizacyjnej (3) w obecności gazu aktywnego i/lub neutralnego, przy czym reguluje się ilość gazu doprowadzanego do komory mikronizacyjnej (3) króćcem gazowym (27).

12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że rozdrabniany materiał na wlocie do komory mikronizacyjnej (3) poddaje się działaniu fal ultradźwiękowych.

13. Mikronizator do wytwarzania mikro-zawiesiny, znamienny tym, że ma pompę wysokociśnieniową (1) zasilającą dyszę pierwotną (2) generującą strumień cieczy o wysokiej prędkości, osadzoną w obudowie komory mikronizacyjnej (3) zasilanej rozdrabnianym materiałem z podajnika (6), przy czym w komorze mikronizacyjnej (3) po przeciwnej stronie dyszy pierwotnej (2), osadzona jest dysza wtórna (4) zorientowana współosiowo z dyszą pierwotną (2), a za obudową komory mikronizacyjnej (3) umieszczona jest zakończona króćcem wyjściowym, komora homogenizacyjna, do której wstrzeliwany jest strumień zawiesiny.

14. Mikronizator według zastrz. 13, znamienny tym, że komora homogenizacyjna ma obudowę rurową (9), wewnątrz której umieszczona jest rura pośrednia (11) zamknięta od strony króćca wyjściowego, ścianką kolizyjną (14).

15. Mikronizator według zastrz. 14, znamienny tym, że wewnątrz rury pośredniej (11) umieszczona jest rura wewnętrzna (10) otwarta na obu jej końcach.

16. Mikronizator według zastrz. 15, znamienny tym, że na wewnętrznych ściankach rury pośredniej (11) osadzone są grodzie (12) umieszczone na przemian z grodziami (13) osadzonymi na zewnętrznych ściankach rury wewnętrznej (10), przy czym pomiędzy grodziami (12, 13) ukształtowana jest meandryczna przestrzeń.

17. Mikronizator według zastrz. 14, znamienny tym, że obudowa rurowa (9) jest połączona z króćcem wyjściowym kanałem dodatkowym (15).

18. Mikronizator według zastrz. 13, znamienny tym, że króciec wyjściowy obudowy rurowej (9) jest wyposażony w restryktor przepływu (16).

19. Mikronizator według zastrz. 18, znamienny tym, że króciec wyjściowy rurowej obudowy (9) jest wyposażony w zawór (25) sterowany procesorem (26), do którego podłączony jest czujnik ciśnienia (24) osadzony w obudowie rurowej (9).

20. Mikronizator według zastrz. 13, znamienny tym, że na wlocie do komory mikronizacyjnej (3) zainstalowany ma układ ultradźwiękowy (8).

21. Mikronizator według zastrz. 13, znamienny tym, że komora mikronizacyjna (3) jest połączona króćcem z zaworem gazowym (27) z zasilaczem gazu.

22. Mikronizator według zastrz. 13, znamienny tym, że komora mikronizacyjna (3) ma kształt odwróconego stożka, zamkniętego od góry restryktorem dopływu powietrza (19), przy czym wzdłuż osi komory mikronizacyjnej (3) usytuowane są dysza pierwotna (2) zasilana od góry cieczą i dysza wtórna (4) osadzona w wierzchołku stożka.

23. Mikronizator według zastrz. 13, znamienny tym, że komora mikronizacyjna (3) zasilana jest rozdrabnianym materiałem z silosu (5) przez podajnik śrubowy (6) i rynnę (7).

24. Mikronizator według zastrz. 13, znamienny tym, że komora homogenizacyjna ma obudowę rurową (9), wewnątrz której umieszczony jest zbiornik wewnętrzny (20) zamknięty od strony dyszy wtórnej (4) płytką z dyszą (18), przy czym pomiędzy zbiornikiem wewnętrznym (20) i obudową rurową (9) komory homogenizacyjnej jest szczelina o szerokości równej połowie różnicy pomiędzy zewnętrzną średnicą d2 zbiornika wewnętrznego (20) i średnicą wewnętrzną D2 obudowy rurowej (9).

25. Mikronizator według zastrz. 13, znamienny tym, że komorę homogenizacyjną stanowi komora stabilizująca ciśnienie (21) oddzielona drugą płytką kolizyjną (22) z dyszami (18) od komory kawitacyjnej (23).