Наиболее часто для приготовления ВТЭ предлагаются смесители роторного типа. Но при их использовании выясняется, что приготавливаемые смеси топлив, эмульсии не обладают достаточной однородностью размерного ряда частиц, смешиваемые компоненты не равномерно распределены в объеме конечного продукта, что оказывает непосредственное влияние на эффективность их применения в энергетических установках. Для того чтобы выяснить причины неэффективной работы роторных смесителей, необходимо произвести анализ реализуемых в оборудовании гидродинамических процессов, исследовать параметры состояния взаимодействующих потоков.

Процесс диспергирования частиц водной фазы, остаточных фракций нефтепереработки в смесителях роторного типа, осуществляется в каналах между вращающимся ротором и статором. Обычно, между поверхностями ротора и статора устанавливается зазор, в пределах 1 мм. Для обеспечения работы роторного смесителя, в режиме приготовления эмульгированного топлива, в его объем отдельным насосом подают, мазут, воду. Объединенный поток, смешиваемых компонентов от насоса, через радиальные каналы ротора, поступает в кольцевой канал между статором и ротором. На входе в каналы поток изменяет направление движения на 90°, при этом возрастает гидродинамическое сопротивление, что ведет к значительной потере давления и соответственно скорости потока.

Поэтому в пристеночном слое жидкости, примыкающего к неподвижной стенке канала, сосредотачиваются наиболее плотные, имеющие повышенную вязкость, остаточные фракции нефтепереработки, а возле поверхности, вращающегося ротора, концентрируются более легкие фракции. Недостаточное сопротивление движению потока, в пристеночных областях канала, приводит к ослаблению взаимодействия между молекулами жидкости. Следовательно, при недостаточном напряжении в слоях, переход потока смешиваемых жидкостей, в турбулентный режим течения, не произойдет.

Гидродинамические процессы в двухроторном смесителе.

В смесителях, снабженных двумя вращающимися в противоположных направлениях роторами, гидродинамические процессы, дезинтегрированы еще в большей степени.

Перемещение, смешивание водной фазы с топливом, в канале между роторами, осуществляется за счет энергии потока, поступающего от стороннего насоса.

Находящаяся в пристеночных слоях жидкость, на молекулярном уровне взаимодействует с поверхностью роторов, под воздействием центростремительной силы уплотняется на внутренней поверхности внешнего ротора. Молекулы, взаимодействующие с поверхностью противоположно вращающегося ротора, под воздействием центробежной силы, подвергаются растягивающим усилиям. Энергия, переданная от роторов, пристеночным слоям жидкости, сохраняется в виде кинетической энергии, противоположно вращающихся, масс жидкости. Поступающий в пространство между роторами двухкомпонентный поток, смешиваемых жидкостей, для повышения степени дисперсности водной фазы, остаточных фракций нефтепереработки, необходимо перевести в турбулентный режим. При этом длина канала, время и энергия потока, должны быть достаточными для преодоления сил инерционного сопротивления пристеночных слоев. Принцип осуществления гидродинамических процессов, в коаксиальном канале смесителя с одним ротором, характерен и для двухроторного смесителя. Но с увеличением относительной скорости перемещения роторов, время подачи и отвода смешиваемых жидкостей, из коаксиальных каналов, по сравнению с однороторными смесителями, сокращается в два раза. Следовательно, преобразование потока в турбулентный режим движения в канале, между роторами, вследствие отсутствия для этого условий, не происходит.

В ламинарном же потоке измельчение водной фазы, можно осуществить только в пристеночных слоях потока, где градиент изменения скорости имеет максимальное значение.
За счет сдвига слоев водная фаза вытягивается в нити, которые при соответствующем значении сил, поверхностного натяжения, преобразуются в сферические глобулы. В центральной области потока, где скорость потока постоянная, водная фаза не измельчается, и в слоевом виде или в виде крупных капель, поступает в отводящий трубопровод.

Таким образом, в оборудовании данного типа, недостаточно организованные, неразвитые гидродинамические процессы, оказывают непосредственное влияние на однородность размеров частиц, распределение водной фазы в объеме приготавливаемой водно-топливной эмульсии. Преобразование качественных характеристик остаточных фракций топлива, на молекулярном уровне, в таких условиях оказывается просто невозможным. К основным недостаткам оборудования данного типа, кроме повышенной энергоемкости, следует отнести трудоемкость их изготовления, повышенную скорость износа рабочих органов, значительные пусковые моменты, высокую нагрузку на подшипниковые узлы, возникновение повышенной вибрации, резко усиливающуюся по мере износа деталей.

Для подачи топлива в рабочие органы роторных смесителей требуется установка дополнительных насосов. Для повышения эффективности роторных смесителей реализуется совместный Российско-Американский проект, задачей проекта является разработка конструкции смесителя, в котором основные процессы по обработке жидкостей будут осуществляться в вихревых потоках.

Изготовители роторных смесителей рекламируют в сети Интернет оборудование, но при этом почти никогда не приводят данных, о методике определения экономической эффективности, о качественных характеристиках готового продукта после обработки в смесителе, об изменении параметров работы энергетических установок на ВТЭ, по сравнению с работой на обезвоженном топливе. Отсутствует информация о степени дисперсности частиц водной фазы, нет и фотографий капель эмульсии на фоне шкалы микроскопа, заявляемые изменения качественных характеристик высоковязкого топлива не содержат ссылок на документы лабораторных анализов. Часто можно встретить информацию, получено «синтетическое, совершенно новое не имеющее аналогов топливо». Несомненно, заявленная изготовителями оборудования технико-экономическая эффективность, от его применения в энергетических установках, должна быть подтверждена во время проведения сдаточных испытаний в топливных системах.

Для того чтобы приготовить высокодисперсную однородную с размером частиц 1-5 мкм ВТЭ совершенно не обязательно вращать роторы, диски, преодолевать сопротивление сдвигаемых слоев жидкости, затрачивая в больших количествах электроэнергию, для этого достаточно, простейшего, хорошо рассчитанного инжектора.

Сложнее измельчить конгломераты асфальтенов, смол, карбенов, карбоидов, изменить физико-химическую структуру углеводородных молекул, с выделением свободных радикалов, активно взаимодействующих в процессе термохимических, окислительных реакций с осколками разрушенных молекул.

Борис Завгородний.