Способ приготовления дорожных эмульсий и устройство для его осуществления

(51) 01 3/08 (2006.01) 01 5/04 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ гентов. Режим кавитации осуществляют за счет создания двух разно скоростных соосных потоков, скорость одного из которых в два раза превышает скорость другого и составляет 40,0-50,0 м/сек. Устройство для получения дорожных эмульсий состоит из цилиндрического корпуса, внутренняя полость которого выполнена в виде конфузора и диффузора, соединенных между собой горловиной,с горизонтальным осевым штоком, переходящим в конус, и патрубков подачи органического вяжущего с эмульгатором и водного раствора химических реагентов. Горизонтальный осевой шток, переходящий в конус, выполнен полым и установлен неподвижно,причем боковая поверхность конуса выполнена под углом 45, на которой, под этим же углом, нарезаны винтовые каналы, внутри него расположен распылитель в виде усеченного конуса с канавками,направленными по ходу потока. Технический результат - повышение качества эмульсии за счет увеличения дисперсности органического вяжущего, упрощение конструкции и повышение ее надежности.(72) Сухова Тамара Николаевна Сухов Андрей Анатольевич(56) Предварительный патент РК 1402, кл. С 0895/00, 1994 А.с. СССР 1088771, кл.В 01 Р 5/04, 1984.(54) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ДОРОЖНЫХ ЭМУЛЬСИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к способам получения битумных дорожных эмульсий разных типов масло в воде и вода в масле и может быть использовано в дорожном строительстве и других видах строительных работ. Способ приготовления дорожных эмульсий включает нагрев и смешение в режиме кавитации компонентов эмульсии - органического вяжущего с эмульгатором и водного раствора химических реа 15931 Изобретение относится к способам получения битумных дорожных эмульсий разных типов - масло в воде и вода в масле и может быть использовано в дорожном строительстве и других видах строительных работ. Известны способ получения высокодисперсной эмульсии, в том числе и дорожной, и устройство для его осуществления (патент России 2136356, кл. В 01 3/08, 1999). Известный способ предназначен для эмульгирования путем совместной гидроакустической обработки двух взаимно несмешивающихся жидкостей, а именно жидкого углеводородного сырья и воды. Способ предусматривает совместную подачу подлежащих обработке жидкостей в полость вращающегося колеса. Выпуск смеси обрабатываемых жидкостей из полости рабочего колеса осуществляют прерывисто через ряд каналов, выполненных в его периферийной кольцевой стенке, непосредственно в секционированную резонансную полость статора,образованную отдельными резонансными камерами по числу каналов рабочего колеса. Отвод из резонансных камер осуществляют через сообщающееся с ним выпускное отверстие статора. Устройство для осуществления данного способа состоит из ротора, статора и средства для привода ротора с заданной частотой вращения. Ротор содержит опирающийся на подшипник вал и соединенное с ним рабочее колесо, выполненное в виде диска с периферийной кольцевой стенкой с рядом равномерно распределенных отверстий для прохождения обрабатываемой смеси жидкостей. Статор вмещает рабочее колесо с подводящим отверстием для подлежащих обработке жидкостей и концентрическую резонансную полость, которая примыкает к периферийной кольцевой стенке рабочего колеса и сообщается с выпускным отверстием для эмульсии. Резонансная полость статора секционирована в виде равномерно распределенных отдельных резонансных камер, сообщающихся с выпускным отверстием статора, количество которых равно количеству каналов рабочего колеса. Недостатком этих технических решений является получение эмульсии одного типа, а именно масло в воде. Кроме того, конструкция известного устройства позволяет получать эмульсию со степенью дисперсности эмульсии в пределах от 5 до 12 мкм, что отрицательно сказывается на ее устойчивости и качестве. Известен аппарат смеситель с мешалкой, используемый при приготовлении битумной дорожной эмульсии (патент РФ 2135272, кл. В 01 7/26,1999). Аппарат содержит корпус с патрубками для загрузки исходных компонентов и выгрузки готового продукта, и электропривод с валом, на нижней части которого установлена мешалка. Мешалка выполнена в виде горизонтального диска, верхняя поверхность которого выполнена гладкой. На нижней поверхности диска установлены зубцы - лопасти таким образом,что их входные кромки относительно продольной оси вала привода располагаются на разных радиусах своего вращения. 2 Однако данное решение рассчитано только на получение одного типа эмульсии - вода в масле, являющейся неустойчивой, низко дисперсной. Низкое качество получаемого продукта обусловлено конструктивными особенностями аппарата, не обеспечивающего возникновение в объеме смешиваемых компонентов внутренних напряжений, соизмеримых с энергией химической связи. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ приготовления обратной эмульсии (предварительный патент РК 1402, кл. 08 95/00, 1994). Известный способ включает смешивание в режиме кавитации двух компонентов эмульсии - органического вяжущего (гудрона) и водного раствора химических реагентов, причем подача водного раствора химических реагентов в смеситель осуществляется за счет эжекции. В известном способе получаемая эмульсия имеет достаточно высокую дисперсность, однако скорость водного раствора химических реагентов зависит от скорости потока вяжущего, что ограничивает регулирование процентного содержания компонентов, тип и область применения эмульсии. Известен также струйный смеситель, реализующий известный способ приготовления дорожных эмульсий в режиме кавитации (а. с. СССР 1088771,кл. В 01 5/04, 1984). Он содержит горизонтальный цилиндрический корпус в виде конфузора, соединенного с горловиной и диффузор - камеру смешения,вдоль которых установлен шток, переходящий в диффузоре в конус с углом при вершине не менее 90, направленным в сторону горловины. Вдоль штока расположен конический элемент с возможностью осевого перемещения. Конфузор выполнен в виде камеры высокого и низкого давления, которые соединены между собой посредством отверстий, расположенных в стенке горловины, а конический элемент размещен напротив этих отверстий и направлен большим основанием по ходу потока. Известная конструкция позволяет получить малоустойчивую эмульсию типа вода в масле с дисперсностью 10-25 мкм. Кроме того, конструктивные особенности обтекателя в виде конуса с вершиной,направленной в сторону горловины под углом 90,создает угол атаки, вызывающий образование пустот в виде парогазовых пузырьков при продавливании массы через пространство между горловиной и подвижным коническим элементом. Эти пустоты концентрируются и разрываются у рабочих поверхностей, создавая опасность кавитационного износа этих поверхностей. Задачей изобретения является создание способа получения дорожных эмульсий разных типов - масло в воде и вода в масле и универсального устройства (модуля) для его осуществления. Технический результат - повышение качества эмульсии за счет увеличения дисперсности органического вяжущего, упрощение конструкции устройства и повышение ее надежности. Технический результат достигается тем, что в способе приготовления дорожных эмульсий, включающем нагрев и смешение в режиме кавитации ком 15931 понентов эмульсии - органического вяжущего с эмульгатором и водным раствором химических реагентов, режим кавитации осуществляют за счет создания двух разноскоростных соосных потоков, скорость одного из которых в два раза превышает скорость другого и составляет 40,0-50,0 м/сек. Устройство для осуществления предлагаемого способа состоит из цилиндрического корпуса, внутренняя полость которого выполнена в виде конфузора и диффузора, соединенных между собой горловиной,с горизонтальным осевым штоком, переходящим в конус, и патрубков подачи органического вяжущего с эмульгатором и водного раствора химических реагентов. Горизонтальный осевой шток, переходящий в конус, выполнен полым и установлен неподвижно. Боковая поверхность конуса составляет угол 45(угол раскрытия конуса), на которой, под этим же углом, нарезаны винтовые каналы. Внутри конуса расположен распылитель в виде усеченного конуса с канавками, направленными по ходу потока. Угол раскрытия конуса 45 и винтовые каналы,нарезанные на конусе под углом 45, обеспечивают аксиально - тангенциальное движение жидкости. Вследствие высоких скоростей (40,0-50,0 м/сек) и закручивания потоков создается дополнительная центробежная сила, которая позволяет усилить эффект разряжения за донным пространством конуса(0,500 х 105-0,507 х 105 Па) и интенсивность гидравлического удара при схлопывании пузырьков. Гидродинамическая характеристика движения потока органического вяжущего с эмульгатором и водного раствора химических реагентов заключается в перераспределении скорости течения потока, давления и развитии турбулентного пограничного слоя. В области пониженного давления образуются и срываются симметричные и асимметричные вихри и парогазовые пузырьки, с частотой срыва 500-1 с. Под влиянием больших локальных градиентов давления,температуры и скорости происходит интенсивное возбуждение отдельных молекул органического вяжущего с эмульгатором и водного раствора химических реагентов. При этом имеет место образование свободных радикалов органического вяжущего с эмульгатором с высокой реакционной способностью,которые могут свободно вступать в различные химические реакции. Это позволяет повысить степень дисперсности до 1,2-2,4 мкм, что обеспечивает устойчивость и качество эмульсии. В зависимости от значений скоростей подачи компонентов эмульсии создаются условия для получения различных ее типов масло в воде или вода в масле с равномерным распределением капелек воды в вяжущем диаметром 1,2-2,4 мкм по всему объему. Упрощение конструкции и повышение ее надежности достигаются за счет отсутствия каких-либо вращающихся элементов в устройстве, вызывающих кавитационный износ рабочих поверхностей. Геометрические параметры рабочей части (конфузор - диффузор) рассчитаны таким образом, чтобы разрыв пузырьков происходил не на поверхности рабочих элементов, а в потоке жидкости. На фиг. 1 представлено устройство для получения дорожных эмульсий, разрез, фиг. 2 - конус, вид А на фиг. 1. Устройство состоит из цилиндрического корпуса 1, выполненного в виде конфузора 2, соединенного с горловиной 3 и диффузора 4, переходящего в камеру смешения 5. Корпус 1 оборудован патрубком подачи органического вяжущего с эмульгатором 6 и патрубком подачи водного раствора химических реагентов 7. Внутри корпуса 1 по горизонтальной оси неподвижно установлен шток 8, переходящий в конус 9. Боковая поверхность 10 конуса 9 выполнена под углом 45. На боковой поверхности 10 конуса 9 под углом 45 нарезаны винтовые каналы 11. Внутри конуса 9 расположен распылитель в виде усеченного конуса 12 с канавками 13, направленными по ходу потока. Устройство работает следующим образом. Предварительно нагретое до 126-130 С органическое вяжущее с эмульгатором под давлением, создаваемым насосом, через патрубок подачи 6 поступает в конфузор 2 корпуса 1. Вяжущее проходит через горловину 3, вдоль неподвижного штока 8, попадает на винтовые каналы 11 боковой поверхности 10 конуса 9 и под углом 45 со скоростью 20-25 м/сек распыляется в диффузоре 4 и камере смешения 5. Одновременно через патрубок 7 в корпус 1 подают другой компонент эмульсии - водный раствор химических реагентов, нагретый до 66-70 С. Поток водного раствора поступает по внутренней полости штока 8 через распылитель, выполненный в виде усеченного конуса 12, и через канавки 13 со скоростью 40-50 м/сек также распыляется в диффузоре 4 и камере смешения 5. За счет высоких скоростей потоков за донным пространством конуса 9 создается область пониженного давления, где образуются вихри и парогазовые пузырьки, которые разрываются в диффузоре 4 и камере смешения 5. Локальный градиент давления в начальный момент разрыва составляет 107-109 Па, что приводит к интенсивному перемешиванию, повышению дисперсности. Пример 1 Предварительно нагретое до 126 С органическое вяжущее с эмульгатором под давлением, создаваемым насосом, поступает в конфузор, проходит через горловину вдоль неподвижного штока и попадает на винтовую резьбу конуса, нарезанную под углом в 45 и со скоростью 20 м/сек распыляется в диффузоре и камере смешения. Одновременно подают другой компонент эмульсии - водный раствор химических реагентов, нагретый до 70 С. Поток водного раствора, создаваемый насосом, поступает по внутренней полости неподвижного штока и через канавки распылителя со скоростью 40 м/сек впрыскивается в диффузор и камеру смешения. Оба разноскоростных потока, в камере смешения,подвергаются интенсивному диспергированию, за счет разрывающихся парогазовых пузырьков, которые образуются в области пониженного давления. Локальный градиент давления в начальный момент 3 15931 разрыва составляет 10 Па, при этом образуется эмульсия типа масло в воде с равномерным распределением капелек вяжущего диаметром 2,4 мкм в воде по всему объему. Пример 2 Предварительно нагретое до 130 С органическое вяжущее с эмульгатором под давлением, создаваемым насосом, поступает в конфузор и вдоль неподвижного штока по винтовым канавкам конуса, нарезанной под углом 45, распыляется со скоростью 25 м/сек в диффузоре и камере смешения. Одновременно подают другой компонент эмульсии - водный раствор химических реагентов, нагретый до 66 С. Поток водного раствора, создаваемый насосом, поступает по внутренней полости неподвижного штока и через канавки распылителя со скоростью 50 м/сек впрыскивается в диффузор и камеру смешения. Оба потока в камере смешения подвергаются интенсивному диспергированию за счет разрывающихся парогазовых пузырьков, которые образуются в области пониженного давления. Локальный градиент давления в начальный момент разрыва составляет 109 Па. При этом образуется эмульсия типа вода в масле с равномерным распределением капелек воды диаметром 1,2 мкм в вяжущем по всему объему. Таким образом, предлагаемый способ приготовления дорожных эмульсий и устройство для его осуществления в зависимости от скоростей подачи компонентов позволяет получать эмульсию различных 7 типов - масло в воде и вода в масле, которые можно использовать в дорожном строительстве и других видах строительных работ. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1.Способ приготовления дорожных эмульсий,включающий нагрев и смешение в режиме кавитации компонентов эмульсии - органического вяжущего с эмульгатором и водного раствора химических реагентов, отличающийся тем, что режим кавитации осуществляют за счет создания двух разноскоростных соосных потоков, скорость одного из которых в два раза превышает скорость другого и составляет 40,0-50,0 м/сек. 2.Устройство для получения дорожных эмульсий,состоящее из цилиндрического корпуса, внутренняя полость которого выполнена в виде конфузора и диффузора, соединенных между собой горловиной, с горизонтальным осевым штоком, переходящим в конус, и патрубков подачи органического вяжущего с эмульгатором и водного раствора химических реагентов, отличающееся тем, что горизонтальный осевой шток, переходящий в конус выполнен полым и установлен неподвижно, боковая поверхность конуса имеет винтовые каналы, нарезанные под углом 45 к оси конуса, при этом в сечении боковые поверхности конуса составляют угол 45, а внутри конуса расположен распылитель в виде усеченного конуса с канавками, направленными по ходу потока.