Гомогенизацией называется такая обработка топлива, в результате которой повышается дисперсность находящихся в нем асфальто-смолистых веществ (асфальтены, смолы, карбены, карбоиды), воды и механических примесей неорганического происхождения.
Из методов гомогенизации топлив наиболее перспективными являются гидродинамический, вибро-механический и ультразвуковой.
Гидродинамический метод. Принцип действия гомогенизатора гидродинамического типа состоит в следующем. Топливо с помощью плунжерного насоса сжимается до давления 150—250 кгс/см2, а затем пропускается через специальный клапан, в котором давление редуцируется до атмосферного или немногим выше.
Разрушение сгущений, пленок и других асфальто-смолистых пластичных агломератов происходит в результате резкого изменения скорости истечения топлива в клапане.
Процесс разрушения можно представить следующим образом. Проходное сечение клапана является зоной изменения скорости истечения топлива. Скорость истечения в плоскости, поперечной истечению, не одинакова. У стенок она равна нулю и достигает максимального значения в центре проходного сечения клапана.
В результате таких значений скоростей в проходном сечении пластичный агломерат в виде шара приобретает сначала яйцеобразную форму с вытянутой передней частью. Затем под действием все увеличивающейся скорости истечения передняя часть отрывается от основной массы агломерата, и в результате этого агломерат распадается на две (и более) части. Основная масса топлива в канале истечения обтекает агломерат, который имеет меньшую скорость движения. Поскольку по мере движения разница в скоростях увеличивается, то и происходит сначала вытягивание агломерата, а затем и разрыв его; аналогично происходит диспергирование глобул воды. Что же касается твердых частиц карбенов, карбоидов и механических примесей неорганического происхождения, то для их разрушения используется эффект удара о преграду, установленную против истекающей через клапан струи топлива. Как видно из рис. 18,6, твердые частицы, обладающие значительной кинетической энергией, ударяются о преграду и дробятся в результате соударения с ней.
Рис. 1. Разрушение агломератов асфальто-смолистых веществ в гомогенизирующем клапане:
а — при истечении топлива в канале клапана; б — при взаимодействии с преградой; I — вход топлива; II — выход топлива
Разрушение сгущений пленок и других образований асфальто-смолистых веществ, а также твердых частиц карбенов и карбоидов происходит не только под действием описанных процессов в канале истечения и соударения с преградой. При редуцировании топлива в гомогенизирующей головке возникают кавитационные явления, которые в совокупности с упомянутыми процессами и дают необходимый эффект гомогенизации.
За рубежом метод гомогенизации жидкостей, в том числе топлив, нашел достаточно широкое распространение; применяются в основном гомогенизаторы гидродинамического принципа действия (табл. 9). Фирмами выпускаются гомогенизаторы указанного в таблице типа, но разной производительности. Так, фирма Астра (ФРГ) выпускает гомогенизаторы моделей НО-10, Н0-20, НО-ЗО и Н0-40 производительностью от 250 до 10 000 л/ч.
Для изготовления гомогенизатора необходимой производительности уменьшают или увеличивают количество плунжеров в насосе высокого давления. Например, фирма Мантон Гаулин (США) выпускает гомогенизаторы с насосами в трех-, пяти- и семвплун-жерном исполнении.
Отличительной особенностью некоторых иностранных гомогенизаторов является высокое рабочее давление (до 600×98066 Па), применение в гомогенизаторах систем автоматического регулирования и двухступенчатой гомогенизирующей головки.
Наряду с гомогенизаторами гидродинамического принципа действия с гомогенизирующими головками выпускаются гомогенизаторы данного принципа действия с ротационными устройствами, в которых гомогенизация производится с помощью щели, образуемой поверхностями вращающихся деталей. На таком принципе работают гомогенизаторы фирмы Сторк (Голландия).
Вибромеханический метод. Этот метод гомогенизации еще не получил широкого распространения. Суть его заключается в следующем. В топливной среде с помощью вибратора (пружинного типа) создают условия для возникновения кавитационных явлений. В результате вибрации пружины в топливной среде образуются местные разрежения, что вызывает образование пузырьковых пустот. Следующее, вслед за разрежением, локальное повышение давления вызывает «захлопывание» этих пустот, которое сопровождается локальным гидравлическим ударом. Образование пузырьковых пустот чаще всего происходит около частиц примесей (карбенов, карбоидов и др.), а также на поверхности пленок, сгущений. В момент «захлопывания» таких пустот происходит разрушение агломераторов асфальто-смолистых веществ.
Здесь в корпусе находится вибратор, выполненный в виде проволочной пружины с фигурным сечением витков. Предварительно пружина сжимается так, чтобы между витками образовался зазор 2—3 мм. С помощью толкателя, получающего движение от вращающегося кулачкового вала, пружина сжимается, в результате чего топливо, находящееся между витками, под давлением выталкивается наружу. Затем пружина разжимается и цикл повторяется снова.
Количество циклов зависит от частоты вращения кулачкового вала.
Под действием механического привода пружина начинает вибрировать с определенной частотой и амплитудой перемещения витков. Топливо к вибрирующей пружине подходит снаружи (/ — вход топлива) и, пройдя через зазоры внутрь, выходит из корпуса. В момент нахождения топлива между витками и осуществляется гомогенизация топлива.
Ультразвуковой метод. Этот метод основан на использовании ультразвуковых колебаний, создаваемых специальным генератором. Эффект гомогенизации достигается в результате кавитации, возникающей в топливной среде под влиянием ультразвуковых колебаний.
Такие генераторы в настоящее время используют в химической и фармацевтической промышленности для получения различных эмульсий, смесей и т. д.