способ приготовления эмульсии типа вода в масле для эмульсионного взрывчатого состава и устройство для ее приготовления

Формула изобретения

1. Способ приготовления эмульсии типа "вода в масле" для эмульсионного взрывчатого состава, включающий приготовление водного раствора солей окислителей и топливной фазы, состоящей из топлива и эмульгатора, и перемешивание полученного водного раствора солей окислителей и полученной топливной фазы в статическом смесителе, отличающийся тем, что водный раствор солей окислителей готовят при механическом перемешивании, воздействии ультразвуковых волн с частотой 18-150 кГц посредством погружных металлических волноводов и рециркуляции потока через ультразвуковой проточный диспергатор с частотой ультразвуковых волн 18-150 кГц, топливную фазу готовят при рециркуляции потока, полученную смесь водного раствора солей окислителей и топливной фазы диспергируют в ультразвуковом проточном диспергаторе с частотой ультразвуковых волн 18-150 кГц.

2. Устройство для приготовления эмульсии типа "вода в масле" для эмульсионного взрывчатого состава, содержащее статический смеситель для перемешивания водного раствора солей окислителей и топливной фазы, состоящей из топлива и эмульгатора, отличающееся тем, что оно содержит ветвь приготовления водного раствора солей окислителей, состоящую из емкости с механической мешалкой, излучателя ультразвуковых волн с частотой 18-150 кГц с погружными металлическими волноводами и насоса для рециркуляции потока, ультразвукового проточного диспергатора с частотой ультразвуковых волн 18-150 кГц и переключателя потока, и ветвь приготовления топливной фазы, состоящую из емкости и переключателя для рециркуляции потока, при этом входы статического смесителя подключены к переключателю для рециркуляции потока ветви приготовления водного раствора окислителя и переключателю для рециркуляции потока ветви приготовления топливной фазы, а на выходе статического смесителя установлен ультразвуковой проточный диспергатор с частотой ультразвуковых волн 18-150 кГц.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при производстве эмульсионных взрывчатых составов типа «вода в масле», на основе эмульсий водных растворов окислителей в жидких горючих, сенсибилизированных газовыми микропузырьками, микросферами, взрывчатыми веществами или порохами. Такого рода взрывчатые составы применяются для взрывных работ на открытых и подземных горных разработках, по породам любой крепости и любой обводненности, а также при взрывных работах в строительстве и других отраслях промышленности.

Известен способ приготовления эмульсионных взрывчатых составов, включающий приготовление водного раствора аммиачной селитры, раствора жидких углеводородов с эмульгатором, смешение и диспергирование растворов в статических и рециркуляционных смесителях [1].

Недостатком данного способа является то, что диспергирование водного раствора окислителей в жидких углеводородах с помощью статических смесителей, предусмотренных этим способом, не обеспечивает получение эмульсий с размером частиц менее 3-5 мкм, что обуславливает невысокую детонационную способность взрывчатых составов на их основе, требующих применения мощного промежуточного детонатора и зарядов большого диаметра и недостаточная физическая стабильность, обусловленная полидисперсностью и относительно большим размером частиц эмульсии.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ приготовления эмульсионных составов, включающий приготовление водного раствора окислителей, непрерывной фазы из жидких углеводородов и эмульгатора, приготовления эмульсии в рециркуляционном смесителе и гомогенизации эмульсии с помощью пьезоэлектрического преобразователя [2].

Недостатком этих способов и устройств является высокая энергоемкость процессов, связанная с большой теплотой растворения аммиачной селитры в воде, примерно 250 кг водяного пара (557000 кДж) на 1 т водного раствора окислителей, необходимостью длительного процесса ее растворения при перемешивании в воде при температурах 80-100°С и низкая производительность процессов гомогенизации эмульсии в замкнутом цикле, например при рециркуляции.

Целью изобретения является создание способа и технических устройств для приготовления эмульсий для эмульсионных взрывчатых составов с низкой энергоемкостью производства и высокой детонационной способностью получаемых взрывчатых составов.

Технический результат достигается тем, что в способе приготовления эмульсии типа вода в масле для эмульсионного взрывчатого состава, включающем приготовление водного раствора солей окислителей и топливной фазы, состоящей из топлива и эмульгатора, и перемешивание полученного водного раствора солей окислителей и полученной топливной фазой в статическом смесителе, водный раствор солей окислителей готовят при механическом перемешивании и воздействии ультразвуковых волн с частотой 18-150 кГц посредством погружных металлических волноводов и рециркуляции потока через ультразвуковой проточный диспергатор с частотой ультразвуковых волн 18-150 кГц, топливную фазу готовят при рециркуляции потока, полученную смесь водного раствора солей окислителей и топливной фазы диспергируют в ультразвуковом проточном диспергаторе с частотой ультразвуковых волн 18-150 кГц.

Ввод волн ультразвуковой частоты от излучателей ультразвука в смесь осуществляют через металлические волноводы в погружном диспергаторе или стенки трубопровода в проточном диспергаторе.

Скорость растворения определяется уравнением массопередачи dM/dt=DF(C_нac-C₀)/ , где D - коэффициент молекулярной диффузии, F - поверхность растворения твердого вещества в момент времени t, - толщина пограничного слоя (резкое изменение концентрации) у поверхности твердой частицы. Коэффициент массоотдачи D/ при растворении твердых частиц пропорционален скорости движения (обтекания) жидкости относительно твердой частицы. Поэтому увеличение поверхности растворения F твердых частиц окислителя за счет дробления и скорости перемешивания жидкости в ультразвуковом поле (происходит увеличение D), позволяющее уменьшить величину , дает возможность существенно ускорить процесс и снизить энергозатраты на растворение.

Использование ультразвуковой обработки суспензии аммиачной селитры в воде до полного растворения последней требует примерно 125000 кДж на 1 т водного раствора окислителей, что существенно меньше, чем при приготовлении водных растворов по традиционной технологии с обогревом оборудования водяным паром.

Уменьшение размеров частиц эмульсии определяется, в основном, скоростью сдвига частиц топливной фазы относительно водного раствора окислителей. Если механические перемешивающие устройства и гомогенизаторы обеспечивают скорость сдвига 5-15 м/с, то ультразвуковые смесители-гомогенизаторы дают величины, пропорциональные скорости звука в жидкости (сотни м/с). Такие высокие скорости обеспечивают получение эмульсий с размером частиц менее 1-2 мкм.

Устройство для приготовления эмульсии типа вода в масле для эмульсионного взрывчатого состава, содержащее статический смеситель для перемешивания водного раствора солей окислителей и топливной фазы, состоящей из топлива и эмульгатора, содержит ветвь приготовления водного раствора солей окислителей, состоящую из емкости с механической мешалкой, излучателя ультразвуковых волн с частотой 18-150 кГц с погружными металлическими волноводами и насоса для рециркуляции потока, ультразвукового проточного диспергатора с частотой ультразвуковых волн 18-150 кГц и переключателя потока, и ветвь приготовления топливной фазы, состоящую из емкости и переключателя для рециркуляции потока, при этом входы статического смесителя подключены к переключателю для рециркуляции потока ветви приготовления водного раствора окислителя и переключателю для рециркуляции потока ветви приготовления топливной фазы, а на выходе статического смесителя установлен ультразвуковой проточный диспергатор с частотой ультразвуковых волн 18-150 кГц.

Устройство содержит ультразвуковой излучатель 1 с ультразвуковыми погружными волноводами 2, емкость с механической мешалкой для растворения окислителей 3, насосы 4, ультразвуковой проточный диспергатор 5, трехходовые переключатели потоков 6, емкость для приготовления топливной фазы 7, смеситель 8 и диспергатор 9.

На фиг.1 приведена схема работы погружного ультразвукового излучателя (а) в аппарате и проточного ультразвукового излучателя на трубопроводе (б).

На фиг.2 приведена схема приготовления эмульсии с использованием ультразвуковых диспергаторов.

Способ реализуется следующим образом. Приготавливают водный раствор окислителей и топливной фазы в раздельных емкостях 3 и 7. Для ускорения растворения компонентов в емкости потоки подвергают рециркуляции, при этом в ветви подготовки водного раствора окислителей его подвергают воздействию механических волн ультразвуковой частоты в ультразвуковом проточном диспергаторе 5, далее потоки поступают в смеситель 8 для получения грубодисперсной эмульсии, после чего полученную эмульсию пропускают через другой ультразвуковой проточный диспергатор 9 и на выходе получают готовый продукт - мелкодисперсную эмульсию с размером частиц менее 1-2 мкм.

Литература

1. Патент RU 2110506, С06В 31/28.

2. Патент JP 2000-203973 A, 25.07.2000. С06В 47/14 (2006.01), B01F 11/02 (2006.01).