способ приготовления эмульсии типа "вода в масле" и система его реализующая

Формула изобретения

1. Способ приготовления эмульсии типа "вода в масле", включающий смешение аммиачной селитры с маслом и придание смеси состояния эмульсии, отличающийся тем, что в качестве аммиачной селитры используют ее жидкий концентрат, а для смешения его с маслом жидкий концентрат аммиачной селитры, а также масло подают сжатым воздухом под давлением, причем их смешение ведут под упомянутым давлением путем воздействия на непрерывно подающуюся смесь в последовательно расположенных зонах, образующих прямоточное протекание смеси из одной зоны в другую, при этом в первой зоне ведут статическое перемешивание компонентов, во второй - кинематическое, а в третьей - динамическое в роторно-пульсационном поле путем механического перетирания молекул компонентов смеси.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что управление потоков подачи смешиваемых компонентов ведут путем регулирования давления сжатого воздуха, энергию которого преобразуют с помощью мембранных насосов.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что перед подачей жидкого концентрата аммиачной селитры на смешение с маслом от него отводят тепло, которое используют для поддержания соответствующей температуры масла.

4. Система приготовления эмульсии типа "вода в масле", содержащая узлы подачи аммиачной селитры и масла для их смешения в аппарат смешения, имеющий секцию с роторно-пульсационным аппаратом для смешения в динамическом поле, отличающаяся тем, что аппарат смешения снабжен двумя дополнительными секциями, первая из которых выполнена с возможностью смешения в статическом поле, а вторая - с возможностью смешения в кинематическом поле, при этом аппарат смешения выполнен в виде трубы с возможностью прямоточного непрерывного перетекания смеси из первой секции во вторую и далее в секцию с роторно-пульсационным аппаратом.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к технологии промышленного производства взрывчатых веществ, в частности к производству водоустойчивых взрывчатых веществ на основе эмульсий типа «вода в масле», а конкретно - к безотходной технологии получения невзрывоопасного эмульсионного компонента типа «вода в масле» для приготовления взрывчатого вещества.

Известно, что за последние годы в горнорудной промышленности резко возрос спрос на дешевые промышленные взрывчатые вещества на основе аммиачной селитры и нефтепродуктов. Причем спрос возрос на взрывчатые вещества бинарного типа, у которых, по крайней мере, один компонент эмульсионного типа «вода в масле», представляющий собой капли насыщенного раствора аммиачной селитры, покрытые тонкой масленой пленкой. Однако, как считает заявитель, такой компонент еще не нашел широкого применения в России. Причина - в отсутствии эффективной безотходной технологии получения этого компонента.

Известен способ приготовления эмульсионного компонента типа «вода в масле» для приготовления взрывчатого вещества (см. описание к патенту РФ №1790152, выданного на изобретение «Установка для получения эмульсионных взрывчатых веществ типа «вода в масле»). Он включает непрерывное приготовление эвтектики окислителя аммиачной, натриевой или кальциевой селитр с водой (дисперсная фаза эмульсии) в соответствующих аппаратах при нагреве до температуры 75-95°С и одновременное приготовление смеси горючего - мазута (масла или парафина) с эмульгатором - эфиром пентаэритрита и жирных кислот в другом аппарате при нагреве до упомянутой ранее температуры, а затем эти смеси фильтруют и подают на смешивание, которое ведут в гидродинамическом режиме с образованием крупнодисперсной эмульсии с частично неэмульгированной фазой, при этом эту фазу отделяют, а оставшуюся самотеком направляют на дополнительное смешивание, которое ведут при кинематическом режиме смешивания до образования мелкодисперсной эмульсии, в начале собираемую в соответствующем месте, а затем из него выгружаемую с помощью насоса в соответствующую цистерну.

Это известное техническое решение выбирается в качестве прототипа, так как оно направлено на решение аналогичной задачи, что и заявляемое техническое решение, имеет с ним наибольшее число общих существенных признаков, является последней разработкой по данной теме и рассматривается в качестве объекта для внедрения.

Однако прототип имеет существенные недостатки, а именно:

- в качестве исходного сырья используются сухая аммиачная или натриевая селитра, что требует увеличения технологических операций и оборудования, больших энергозатрат для приготовления соответствующего водного раствора;

- имеет место образование отходов, так как получаемые растворы в начале фильтруют, т.е. отделяют из них крупные фракции, а затем дополнительно перемешивают и вновь отделяют от них крупные фракции, подлежащие утилизации и уничтожению путем сжигания;

- процесс реализуется при затратах большого количества тепла, в частности, на нагрев приготовляемого раствора аммиачной или кальциевой либо натриевой селитр, а также мазута.

- для реализации необходима многотрубная система подачи, промывки и возврата смешиваемых компонентов и их обработка, что ведет к созданию сложной конструкции всей системы и к сложности управления ею.

Известна система приготовления эмульсионного компонента типа «вода в масле» для приготовления взрывчатого вещества (см. Патент Р.Ф. №1790152, МКИ С 06 В 21/00, опубл. 06.02.89). Эта известная система содержит узлы приготовления дисперсной фазы и дисперсной среды с дозирующими устройствами и обогреваемыми аппаратами с мешалками и аппарат смешивания, представляющий собой узел эмульгирования, выполненный в виде предварительного смесителя и, по крайней мере, одного устройства эмульгирования в виде емкости, снабженной роторно-пульсационным аппаратом и перемешивающим устройством, содержащим вращающиеся лопасти, причем аппарат смешивания образован с криволинейными протоками для перетекания смешиваемых компонентов смеси и имеет один вывод для сбора крупнодисперсной фазы, а другой - для сбора эмульсии, которую направляет в соответствующую емкость, снабженную насосом для перегрузки эмульсии. Кроме того, в данной известной системе используется многотрубная система подачи на смешение компонентов смеси.

Это известное техническое решение выбирается в качестве прототипа, так как оно направлено на решение аналогичной задачи, что и заявляемое техническое решение, имеет с ним наибольшее число общих существенных признаков, является последней разработкой по данной теме и рассматривается в качестве объекта для внедрения.

Однако прототип имеет существенные недостатки, а именно:

- его нельзя использовать для получения только одного эмульсионного компонента типа «вода в масле» для приготовления взрывчатого вещества, так как в этом случае часть узлов известной системы окажется незагруженной, а на отдельных операциях будет мешать технологическому процессу;

- известная из прототипа система имеет сложную конструкцию и предназначена для реализации сложного низкотехнологического процесса, в частности, исходным сырьем должно быть сухое вещество, которое необходимо подогревать и растворять, что требует иметь отдельные узлы (устройства) приготовления дисперсной массы с обогревательными аппаратами;

- используются, по меньшей мере, две-три трубы по перекачке аммиачной селитры и перекачке окислителя на устройства эмульгирования, что требует сложной организации промывки этих труб и соответствующих узлов системы, а также соответствующей организации утилизации отходов от этой промывки системы.

Первой задачей настоящего изобретения является создание нового высокотехнологичного способа приготовления эмульсионного компонента типа «вода в масле» для приготовления взрывчатого вещества, который бы был еще и безотходным, а на выходе позволял бы получать невзрывоопасный компонент типа «вода в масле» с одновременной экономией энергозатрат.

Эта задача решена таким образом, что в известном способе приготовления эмульсии типа «вода в масле», включающем смешение аммиачной селитры с маслом и придание смеси состояния эмульсии, согласно настоящему изобретению в качестве аммиачной селитры используют ее жидкий концентрат, а для смешения его с маслом - жидкий концентрат аммиачной селитры, а также масло подают сжатым воздухом под давлением, причем их смешение ведут под упомянутым давлением путем воздействия на непрерывно подающуюся смесь в последовательно расположенных зонах, образующих прямоточное протекание смеси из одной зоны в другую, при этом в первой зоне ведут статическое перемешивание компонентов, во второй - кинематическое, а в третьей - динамическое в роторно-пульсационном поле путем механического перетирания молекул компонентов смеси.

Есть вариант, который уточняет развитие основного технического решения, а именно, что управление потоков подачи смешиваемых компонентов ведут путем регулирования давления сжатого воздуха, энергию которого преобразуют с помощью мембранных насосов.

Имеется также вариант, по которому перед подачей жидкого концентрата аммиачной селитры на смешение с маслом от него отводят тепло, которое используют для поддержания соответствующей температуры масла.

Такое новое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет получить новый способ приготовления эмульсионного компонента типа «вода в масле» для приготовления взрывчатого вещества. Причем новый способ позволяет как упростить производство водоустойчивых взрывчатых веществ на основе эмульсий типа «вода в масле», так и увеличить эффективность этого производства, а конкретно удалось получить безотходную технологию получения невзрывоопасного эмульсионного компонента типа «вода в масле» для приготовления взрывчатого вещества. Это достигается за счет применения в качестве аммиачной селитры ее жидкого концентрата, а так же и за счет его подачи для смешивания с маслом сжатым воздухом под давлением. Кроме того, эффективным оказалось использование смешения под упомянутым давлением путем воздействия на смесь в последовательно расположенных соответствующих зонах, которые образуют прямоточный канал протекания смешиваемой смеси.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ приготовления эмульсионного компонента типа «вода в масле» для приготовления взрывчатого вещества имеет существенные отличия, заключающиеся в подаче для смешения компонентов сжатым воздухом под давлением и управлении процессом с помощью изменения давления сжатого воздуха. Кроме того, отличие заключается и в том, что процесс смешения компонентов смеси ведут в последовательно расположенных соответствующих зонах, которые образуют прямоточный канал протекания смешиваемой смеси.

Кроме того, впервые удалось использовать остаточные продукты от предыдущего цикла получения упомянутого компонента для изготовления новой его партии без использования специального дополнительного оборудования. Более того, предлагаемый способ отличается от прототипа еще и тем, что в нем нет необходимости использовать обогревательные аппараты для получения концентрата аммиачной селитры, а скорее, наоборот, есть необходимость аккумулировать тепло на этой операции и использовать его, например, для поддержания в соответствующем состоянии масла.

Проведенный заявителем патентно-информационный поиск показал, что заявляемая совокупность существенных отличительных признаков не обнаружена. Поэтому предлагаемый способ приготовления эмульсионного компонента типа «вода в масле» для приготовления взрывчатого вещества можно признать «Новым».

Предлагаемый способ приготовления эмульсионного компонента типа «вода в масле» для приготовления взрывчатого вещества отвечает критерию «изобретательский уровень», так как создание такого способа для специалиста средней квалификации логически не следует из известного уровня техники. Так, например, известны способ получения промышленных взрывчатых веществ и установка для его осуществления (см. Патент РФ №2201913). В нем указано, что для приготовления взрывчатых веществ используют гранулированную аммиачную селитру. Как мы уже отмечали, в нашем случае используется водный концентрат аммиачной селитры, благодаря которому не требуется использование нагревательных аппаратов для получения жидкого раствора аммиачной селитры. Кроме того, удалось использовать сжатый воздух под давлением для перемещения по всему технологическому процессу смешиваемых компонентов. Более того, впервые резко изменен способ смешения компонентов, причем изменен таким образом, что он представляет собой безотходное производство и процесс протекает непрерывно и в прямоточном канале, образуемом последовательно расположенными зонами смешения, при этом в первой зоне ведут статическое перемешивание компонентов, во второй - кинематическое, а в третьей - динамическое, используя роторно-пульсационное полевое воздействие на молекулярные компоненты смеси путем их механического перетирания.

Второй изобретательской задачей, решаемой настоящим изобретением, является задача создания системы, способной реализовать упомянутый предлагаемый способ приготовления эмульсионного компонента типа «вода в масле» для приготовления взрывчатого вещества.

Эта задача решена следующим образом. В известной системе приготовления эмульсии типа «вода в масле», содержащей узлы подачи аммиачной селитры и масла для их смешения в аппарат смешения, имеющий секцию с роторно-пульсационным аппаратом для смешения в динамическом поле, СОГЛАСНО настоящему изобретению, аппарат смешения снабжен двумя дополнительными секциями, первая из которых выполнена с возможностью смешения в статическом поле, а вторая - с возможностью смешения в кинематическом поле, при этом аппарат смешения выполнен в виде трубы с возможностью прямоточного непрерывного перетекания смеси из первой секции во вторую и далее в секцию с роторно-пульсационным аппаратом.

Такое новое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет создать систему приготовления эмульсии типа «вода в масле». Причем создание системы, которая имеет более простую конструкцию, позволяет получать эмульсионный компонент типа «вода в масле» для приготовления взрывчатого вещества. Данная система не имеет лишних элементов, а имеющиеся несут максимальную функциональную нагрузку.

По сравнению с прототипом эта заявляемая система имеет существенные отличия, которые заключаются в ином конструктивном исполнении как всей конструкции системы, так и основных ее узлов, например аппарата смешения.

Приведенный заявителем патентно-информационный поиск показал, что заявляемая совокупность существенных признаков системы приготовления эмульсионного компонента типа «вода в масле» для приготовления взрывчатого вещества не известна. Поэтому это техническое решение можно признать «Новым».

Предлагаемая система приготовления эмульсионного компонента типа «вода в масле» для приготовления взрывчатого вещества отвечает критерию «изобретательский уровень», так как создание такой системы для специалиста средней квалификации логически не следует из известного уровня техники. Так, в прототипе или, например, в известной установке получения промышленных взрывчатых веществ (см. Патент РФ №2201913) указано, что для приготовления взрывчатых веществ используют гранулированную аммиачную селитру, а следовательно, имеют в установке или в соответствующей системе не менее двух труб подачи смешиваемых компонентов в аппарат смешивания, а также отдельные аппараты предварительной обработки смеси перед ее подачей в роторно-пульсационный аппарат. Кроме того, для обеспечения получения однородной эмульсионной смеси традиционно используют кривоточные каналы подачи смеси на перемешивание. В нашем случае имеет место смешение в прямоточном канале, но с увеличенным числом зон и иным их расположением, в которых используются соответствующие полевые воздействия на непрерывно поступающую по ним на смешивание смесь.

Практическая применимость заявляемых способа приготовления эмульсионного компонента типа «вода в масле» для приготовления взрывчатого вещества и системы его реализующей поясняется чертежом, где:

Фиг.1 - схема системы реализации упомянутого способа;

Фиг.2 - разрез аппарата смешения.

Для описания практического варианта реализации предлагаемого способа целесообразно воспользоваться схемой системы его реализующей (фиг.1).

Эта система приготовления эмульсионного компонента типа «вода в масле» для приготовления взрывчатого вещества содержит узел 1 подачи аммиачной селитры, а конкретно жидкого ее концентрата, и узел 2 подачи масла для смешения их в аппарате 3 смешения до эмульсионного состояния, причем узел 1 подачи жидкого концентрата аммиачной селитры и узел 2 подачи масла имеют традиционное исполнение и в настоящее время используются в существующих аналогичных производствах. Однако имеется и особенность в их оснащении. Эта особенность заключается в применении вместо электронасосов мембранных насосов (на чертеже не показаны), которые с помощью сжатого воздуха под давлением обеспечивают подачу жидкого концентрата аммиачной селитры и масла на их смешение в аппарат смешения 3 и свободное изменение скоростей подачи смешиваемых компонентов. Аппарат смешения 3 представляет собой секционный узел эмульгирования, в котором все секции, а их в данном случае три: 4, 5, 6, выполнены в одном корпусе 7 и расположены в нем последовательно, образуя прямоточный канал (фиг.1 и 2). Каждый из упомянутых узлов 1 и 2 соединен с помощью трубопровода 8, 9 соответственно с аппаратом смешения 3 в единую трубу прямоточного действия. Причем аппарат смешения 3 выполнен с возможностью непрерывного перетекания смешиваемой смеси из первой секции 4, выполненной для смешения в статичном поле, во вторую секцию 5, выполненную для смешения в кинематическом поле, а из нее - в третью секцию 6, выполненную для смешения в динамическом поле и представляющую из себя роторно-пульсационный аппарат 10, который выполнен с возможностью осуществления процесса высокоэнергетического воздействия на обрабатываемый материал при низких энергозатратах на осуществление самого процесса.

Причем каждая из упомянутых его секций 4, 5, 6 представляет собой соответствующую зону обработки смеси. Кроме того, каждый узел 1 и 2 подачи соответственно жидкого концентрата аммиачной селитры и масла имеет дополнительный трубопровод 11 и 12, обеспечивающий при промывке основного трубопровода 8, 9 соответственно возвращение удаляемых отходов от предыдущего цикла приготовления эмульсионного компонента типа «вода в масле» в начало очередной подачи смешиваемых компонентов для приготовления новой партии упомянутого эмульсионного компонента.

Необходимо отметить, что в данной системе для подачи жидкого концентрата аммиачной селитры и масла используют сжатый воздух под давлением до 8 атм.

Данная система работает следующим образом. Из автоцистерны (на чертеже не показана) сжатым воздухом в узел 1 передавливают жидкий аммиачный концентрат при температуре 150°С с концентрацией 93%, плотность 1,46. В автоматическом режиме в узле 1 разбавляют водой до 83% и плотности 1,4 и снижают температуру до 90°С, например, путем отбора тепла змеевиком и водяной рубашкой (на чертеже не показано).

В узле 3 с помощью мембранных насосов (на чертеже не показано) закачиваются индустриальное масло и эмульгатор. Они смешиваются и нагреваются, в частности, отобранным теплом при охлаждении узла 1. По достижении заданных условий в узлах 1 и 2 контролируемые аппараты (на чертеже не показаны) дают команду на перекачивание компонентов в аппарат смешения 3. Перед их поступлением в аппарат смешения 3 потоки дозируются в автоматическом режиме. При их поступлении в аппарат смешения 3 в дозированном объеме в аппарате смешения 3 вначале в зоне 4 производят обработку смеси при статическом поле, т.е. когда поток смеси встречает статическое препятствие, например, в виде наклонных под углом перегородок, которые организуют поток в необходимое вращательное движение, требуемое для его последующего кинематического перемешивания в зоне 5. В зоне 5 продолжается усиление вращения потока не только за счет скорости подачи потока, но и вращающихся лопастей, являющихся неотъемлемой частью роторно-пульсационного аппарата (фиг.1 и 2). В сущности, таким образом поток смеси захватывается в зоне 5 вращающимися лопастями и направляется ими в зазор вращающегося ротора относительно статора. В результате происходит динамическое воздействие на смесь, у которой на молекулярном уровне происходит истирание компонентов и образование эмульсии типа «вода в масле».