Все эмульсионные BB состоят в основном из высококонцентрированного раствора аммония азотнокислого (иногда с добавками натрия азотнокислого или кальция азотнокислого) и жидкого нефтепродукта (дизельное топливо, индустриальное масло, мазут и т.п.). Раствор окислителей, нагретый до 60-90 о С, диспергируют и эмульгируют добавкой небольшого количества эмульгатора в нагретом жидком нефтепродукте так, чтобы каждая капелька раствора была покрыта тонкой пленкой нефтепродукта .

Примерный состав компонентов ЭВВ следующий, массовые доли, %

Селитра аммиачная 60-63

Селитра натриевая 16-19

Эмульгатор 1-1,5

Масло (нефтепродукты) 7

Кислота азотная до 0,3

Технологический процесс получения ЭВВ на модульной установке показан на рис.1.

Рисунок 1.

Модульная установка состоит из шести модулей:

1 - подготовка и подача окислителей, включающие технологические блоки приготовления водных растворов аммиачной или натриевой селитры, накопления и дозирования растворов;

2 - подготовка нефтепродукта, эмульгатора, приготовление и дозирование их смеси;

3 (вспомогательный) - включает блоки приема промышленных промывочных стоков и их очистку, а также блоки гидро-, электро- и пневмооборудования;

4 - подготовка нитрита натрия и приготовление раствора газогенерирующей добавки (ГГД);

5 - эмульгирование;

6 - смесительно-зарядная машина (СЗМ).

Подготовка и подача окислителя. Аппараты растворения представляют собой вертикальные цилиндрические емкости, снабженные змеевиком для обогрева паром и оборудованные мешалкой с электроприводом. В аппарат поочередно подаются: вода насосом до заполнения заданного уровня; окислитель (аммиачная и натриевая селитры) в соответствующих количествах при работающей мешалке. По окончании загрузки селитр при достижении температуры раствора окислителей в аппарате 80 °С и необходимой плотности раствора, готовый раствор перекачивается насосом в накопительные емкости. Для получения эмульсии необходимого качества раствор окислителей из накопительных емкостей специальными дозирующими насосами подается в модуль приготовления эмульсии.

Подготовка нефтепродукта и эмульгатора: нефтепродукт (например, индустриальное масло, ГОСТ 20799-88) из емкостей хранения насосом перекачивается в смесительную емкость, где подогревается до температуры 40-70 о С. Эмульгатор из бочки перекачивается в смеситель с нефтепродуктом с помощью устройства всасывания, которое состоит из приемника и всасывающей трубы. При температуре окружающей среды менее 10 о С бочки с эмульгатором нагреваются в обогреваемой камере.

В смесительный аппарат нефтепродукт и эмульгатор подаются насосами в заданном соотношении; после его заполнения смесь подогревается до температуры 65-75 о С и перемешивается в течение 3-5 мин. Из аппарата смесь нефтепродукта с эмульгатором насосом дозируется в модуль приготовления эмульсии.

Приготовление раствора и газогенерирующих добавок (ГГД) : нитрит натрия из мешков по 40 кг шнековым транспортером через загрузочную воронку загружается в аппарат растворения, в который предварительно подается вода до заданного уровня; раствор готовится при температуре 75-80 о С. Приготовленный раствор ГГД насосом по мере необходимости перекачивается в емкость СЗМ.

Эмульгирование: в аппарат эмульгирования (миксер) непрерывно дозируется раствор окислителей, смесь нефтепродуктов с эмульгатором, где при температуре 80-85 о С производятся их диспергирование и образование эмульсии типа «вода в масле». Полученная эмульсия из миксера специальным героторным насосом перекачивается в накопительную емкость эмульсии или в СЗМ.

Загрузка СЗМ: в смесительно-зарядной машине установлены емкости для последовательного заполнения горячей водой, раствором ГГД и эмульсией. Загрузка СЗМ эмульсией обеспечивается насосами, установленными в модулях эмульгирования или самотеком из накопительной емкости. Заправка СЗМ раствором ГГД разрешается и после загрузки СЗМ эмульсией. При низких температурах окружающей среды (менее - 10 о С) перед загрузкой СЗМ ее емкости подогревают острым паром.

Оборудование для эмульгирования

Для эмульгирования жиров применяется установка (рис. 13), состоящая из четырех аппаратов: автоводомерного бачка 6, смесителя 5, аппарата для приготовления эмульсии (эмульсатора) 3 и пневмоперекачивателя 9.

Автоводомерный бачок служит для дозирования и подготовки воды требуемой температуры. Смеситель предназначен для смешиваний составляющих эмульсию компонентов. Жир, расплавленный в бачках 2, подается в смеситель насосом 4. Смеситель представляет собой бачок с рубашкой и мешалкой. Дозирование расплавленного жира и лецитина производится в бачке смесителя.

Эмульсатор представляет собой цилиндрический бачок с рубашкой и двумя гидродинамическими вибраторами 8, расположенными в центре бачка. Для перекачки смеси жира, лецитина и воды предусмотрен вихревой насос 7.

Гидродинамический вибратор состоит из корпуса, в котором прорезаны щели. Против щелей на стержнях укреплены пластинки с острым лезвием, обращенным к корпусу. Расстояние между щелью и лезвием регулируется Вибратор при помощи патрубка присоединен к нагнетательному трубопроводу насоса.

Пневмоперекачиватель служит для перекачки готовой эмульсии в расходные баки производства. Он состоит из горизонтально расположенного металлического бака и компрессорной установки 1.

Для поддержания в бачках смесителя и эмульгатора требуемой температуры в рубашки подается горячая вода.

Заварочная машина.

Для приготовления заварки применяется машина (рис. 14), состоящая из горизонтального бака 7, имеющего водяную рубашку и установленного на стойках 14. Охлаждающая вода подается в рубашку по трубе 16, а выходит по трубе 8. Выпуск воды из рубашки производится через вентиль 15. Сверху бак закрыт крышкой 9 с патрубком 10 для подачи муки и солода. Внутри бака расположен горизонтальный вал 4 с винтовыми вращающимися лопастями 17. Вал опирается на подшипники 5 и приводится во вращение от электродвигателя 1 через червячный редуктор 2 и цепную или ременную передачу 3. Внутрь бака введены труба 11, через которую подается горячая вода для образования питательной смеси, и четыре барботера 6 для подачи пара при нагревании смеси.

В начале процесса по трубе 11 подают в бак горячую воду, затем включают электродвигатель и при непрерывном вращении лопастей через патрубок 10 засыпают муку. После образования питательной смеси, через барботеры 6 выпускают пар. В результате происходит клейстеризация крахмала. Затем через трубу 16 в рубашку бака подается холодная вода. После охлаждения заварки подача холодной воды прекращается и выключается электродвигатель. Готовая заварка выпускается через патрубок 12, который имеет затвор с винтовым зажимом 13.

Эмульгирование — это технологический процесс, позволяющий смешивать две и более несмешивающиеся или трудно смешивающиеся жидкости, например, растительное масло и воду. Целью является получение однородной эмульсии, не расслаивающейся с течением времени. Для этого, во-первых, производится диспергирование жидкостей до состояний мельчайших капель. Во-вторых, в одну из смешиваемых жидкостей вводят эмульгаторы, которые стабилизируют смесь, не давая ей расслоиться.

Кроме механического смешивания применяют метод конденсации, то есть выделения жидкой фазы (в виде капель) из пересыщенных паров, расплавов, растворов.

Эмульгирование применяется, в основном при изготовлении:

• пищевых продуктов (соусы, йогурты, шоколад и т. д.);
• лекарственных препаратов (мазей, эмульсий, кремов и т. д.) и БАДов;
• косметических средств;
• красок;
• полировочных составов;
• очищающих средств;
• полимеров, пеноматериалов и резин.

Устройства для производства эмульсий

Основная задача эмульгирования, и самая сложная — диспергирование жидкой среды на мелкие капли. Обычно для этого применяются высокоскоростные мешалки, смесители, гомогенизаторы; роторно-статорные машины и турбинные мешалки в производствах. В этих типах устройств сочетаются большие сдвиговые и растягивающие силы, что приводит к получению капель очень малых размеров. Степень дисперсности капель зависит от скорости вращения насадки мешалки и ее можно регулировать. На скорость приготовления равномерной эмульсии влияет также температура смешивающихся жидкостей.

Твин-80	Hei-TORQUE Precision 400 Heidolph
Один из самых популярных эмульгаторов	Верхнеприводная мешалка, развивающая скорость до 2000 об./мин.	Одновременно перемешивает и подогревает жидкости, ускоряя приготовление эмульсии

Существует еще ультразвуковое эмульгирование, при котором превращение в эмульсию трудно смешивающихся жидкостей происходит под действием ультразвуковых акустических колебаний. Оно применяется для смешивания нефтепродуктов, жиров, масел с водой — они плохо поддаются эмульгированию другими способами.

Эмульгаторы выполняют в процессах эмульгирования двойную роль. Они стабилизируют эмульсию и способствуют быстрейшему раздроблению жидкостей на мелкие капельки.

В качестве эмульгаторов используются:

• ПАВ (поверхностно-активные вещества);
• соли высших жирных кислот (мыла);
• производные глицерина, фосфатиды, спирты, простые эфиры и др.;
• твердые гидрофильные порошкообразные реагенты;
• некоторые синтетические полимеры, например, метилцеллюлоза;
• натуральные белковые коллоиды, такие как лецитин, ланолин, агар, желатин, хитозан, пектин, отвар мыльного корня, желток и белок сырого яйца.

Особенно популярны в промышленности различные ПАВ. Их молекулы содержат гидрофильные и гидрофобные компоненты (водоотталкивающие и притягивающие воду), выполняющие роль «посредника» между каплями несмешивающихся жидкостей. При этом они снижают поверхностное натяжение на границе раздела сред, уменьшая усилия, необходимые для приготовления эмульсии и сохраняя эмульсию в этом состоянии долгое время.

К эмульгаторам, в какой-то мере, можно отнести и пенообразователи, и пеностабилизаторы. Эти вещества позволяют смешивать и сохранять смеси газообразных, жидких и твердых сред.

В магазине «ПраймКемикалсГрупп» продается множество реактивов, использующихся в качестве эмульгаторов и ПАВ в промышленности, косметологии и пищепроме: Твин 80, канифоль, желтая кровяная соль, аммоний углекислый, хлористый аммоний, натрия полифосфат, полиэтиленгликоли, поливиниловый спирт, масляная кислота, маннит и другие. Цены и сервис вас приятно удивят.

Некоторые жидкости трудно или вообще невозможно смешать . К ним относятся вода и жиры, вода и эфирные масла, вода и нефтепродукты. Смеси таких веществ называются эмульсиями и потребность в них очень велика. Барьер несмешиваемости удается преодолеть благодаря кавитационным процессам в ультразвуковом поле и получить эмульсии с размерами частиц менее 1..5 мкм. Эмульсии с такими размерами частиц являются устойчивыми длительное время и не расслаиваются в течении нескольких суток и даже месяцев.

Более подробную информацию по ультразвуковому эмульгированию можно посмотреть в монографиях «Многофункциональные ультразвуковые аппараты и их применение в условиях малых производств, сельском и домашнем хозяйстве» и «Применение ультразвука в промышленности» .

Наиболее часто ультразвуковое эмульгирование применяется для:

• Приготовление ароматических эмульсий.
• Приготовление пищевых эмульсий.
• Обработка молока.
• Приготовление технологических эмульсий.
• Приготовление топливных эмульсий.

3.4.2 Процессы эмульгирования пищевых продуктов

(Хмелёв В.Н., Попова О.В. Многофункциональные ультразвуковые аппараты и их применение в условиях малых производств, сельском и домашнем хозяйстве: научная монография/ Алт. гос. Техн. Ун-т. им. И.И. Ползунова. — Барнаул: изд. АлтГТУ, 1997. — 160 с.)

Многие вещества в домашнем хозяйстве используются в виде эмульсий , например, различные майонезы, маргарины, кетчупы и т.п. Дробление жировых частиц молока до микроскопических размеров, т.е. получение мелкодисперсной жировой эмульсии, почти на треть повышает питательную ценность молока. Введение в тесто жировых эмульсий вместо жира улучшает качество хлебобулочных изделий. Жировые эмульсии могут использоваться для смазки форм и листов в хлебопечении, сохраняя до 90 % используемого в настоящее время жира . В парфюмерном производстве очень эффективным является использование ароматических эмульсий эфирных масел. Получение лечебных эмульсий, заключающееся в равномерном распределении лекарственного жидкого препарата в воде, является в обычных условиях сложной задачей.

Устойчивость эмульсий, полученных с применением ультразвука, много выше, чем полученных обычным способом. Ещё одним важнейшим достоинством является сверхтонкое дробление лекарственного препарата (до 0,1-0,05 мкм), изменяющее его свойства настолько, что становится возможным неспецифический путь введения в организм. Например, камфорная эмульсия пригодна для внутривенного введения, а кукурузное масло для парентерального питания. Приготовленная с помощью ультразвука эмульсия оливкового масла в воде (в качестве эмульгатора использован лицитин) оказывается лишенной токсических свойств и способности вызывать жировую эмболию. При приготовлении лекарственных эмульсий с помощью фитомиксера необходимо учитывать, что для каждого вещества существует предельная концентрация получаемой эмульсии.

Максимальная концентрация эмульсий, получаемых с помощью ультразвука без применения стабилизирующих веществ, обычно не превышает 15 % (максимальная концентрация эмульсий, получаемых механическим взбиванием, меньше 15 %). Применение стабилизаторов (эмульгаторов) позволяет получать эмульсии с концентрацией более 50 %. Эта зависимость характерна в основном для эмульсий типа вода — масло, которые менее устойчивы. Полученные с помощью ультразвука эмульсии масел в воде сохраняют свою стабильность в течение нескольких месяцев и без эмульгаторов. При получении эмульсий эфирных масел (розового, укропного, мятного, пихтового, бархатцев и т.п.) эмульгаторы не используются, так как в составе масляной фазы имеется достаточное количество эмульгирующих природных компонентов — спиртов.

При получении лечебных масел (касторового, рыбьего жира, персикового, абрикосового, вазелинового, шиповникового и других) применение стабилизирующего вещества (например, поливинилового спирта в количествах, менее 1 %) позволяет получать более устойчивые эмульсии, чем без стабилизаторов. При использовании касторового масла за 1 мин обработки удается получить устойчивые эмульсии с концентрацией до 10 % без применения стабилизаторов. Эмульсия с концентрацией более 10 % получается грубодисперсной и расслаивается в течение нескольких часов.

Эмульсия касторового масла приготавливается с целью корригирования вкусовых качеств масла для внутреннего применения в педиатрической практике. Полученная в результате УЗ обработки эмульсия приятна на вкус, по виду напоминает молоко и устойчива в течение нескольких часов. Аналогичные результаты получаются при приготовлении эмульсии рыбьего жира. Эмульсия полностью утрачивает неприятный вкус и запах рыбьего жира. Приготовление эмульсий облепихового и шиповникового масел для внутреннего и наружного потребления в объемах 200-300 мл осуществляется в течение 1-2 мин.

В домашних условиях и аптеках можно приготавливать также:

— жидкость Шинкаренко (4,5 части рыбьего жира, 4,5 части воды, 1 часть поли-винилового спирта) для наружного применения, хорошо распределяющуюся по поверхности мокнущих ожоговых ран;

— водновазелиновую эмульсию , стабилизированную поливиниловым спиртом (4:4:2), используемую как наружное защитное средство;

— для внутреннего и наружного потребления можно получать эмульсии мугроля, альбихтола, сульфиднострептоцидовую, стрептоцидовую, синтомициновую, нафталанской нефти, лечебных грязей и др.

При приготовлении эмульсий лечебных масел необходимо учитывать следующее .

1. Устойчивость эмульсий убывает в следующей последовательности: эфирные масла — рыбий жир — касторовое масло — вазелиновое масло.

2. Эмульсии эфирных и лечебных масел наиболее устойчивы при их получении при 40-45 о С.

3. С помощью ультразвука трудно получить эмульсии высокой концентрации из очень вязких жидкостей: ланолина, глицерина и т.п.

4. При приготовлении эмульсий инструмент колебательной системы рекомендуется располагать ближе к границе раздела масло — вода.

5. Во избежание загрязнений трудноудаляемыми маслами рекомендуется приготавливать эмульсии в стеклянной посуде (например, стандартных стеклянных банках, стаканах и т.п.).

Эмульгирование с помощью ультразвука является наиболее эффективным способом получения эмульсий, и в том числе эмульсий из животных и растительных жиров . Анализ возможностей получения и применения эмульсий позволяет рекомендовать их для производства колбасных изделий, вводя жировые эмульсии в фарш колбасных изделий вместо жира-сырца. Добавление в фарш эмульсии свиного жира позволяет увеличить его водосвязывающую способность, а, следовательно, повысить выход продукции и улучшить её качество. Используемые в этом случае эмульсии являются высококонцентрированными и поэтому при их получении необходимо использовать мощные стабилизирующие вещества с длинными молекулами, придающими эмульсиям высокую устойчивость. Наиболее доступным и эффективным эмульгирующим и стабилизирующим веществом является желатин. Разрушение в результате УЗ воздействия структуры раствора желатина способствует эффективной стабилизации эмульсии, т.к. отдельные капельки жира попадают внутрь ячеек сплошной сетки. Благодаря способности обломков структуры желатина к быстрому сращиванию, мельчайшие капельки жира остаются внутри ячеек восстановленной сетки и после снятия ультразвукового воздействия.

Технология получения жировых эмульсий заключается в последовательном получении с помощью УЗ аппарата раствора желатина и постепенном введении в раствор эмульгируемого расплавленного жира . Максимальная эмульгирующая эффективность наблюдается при содержании желатина от 0,25 % до 1,0 %. Дальнейшее увеличение концентрации желатина не дает существенного эффекта, поэтому применение желатина в концентрациях более 0,75-1,0 нецелесообразно. При отсутствии желатинового раствора можно использовать в качестве стабилизатора эмульсий бульоны, получаемые при выварке кости или варке ветчинных изделий. Еще одним из самых доступных стабилизаторов является обезжиренное порошковое молоко. В этом случае для приготовления эмульсии свиного жира с концентрацией до 30 % необходима концентрация порошкового молока до 10 %. Получаемая при этом эмульсия является однородной и устойчивой в течение длительного времени.

Известно, что введение жировых эмульсий при производстве сосисок позволяет резко сократить выдержку мяса в рассоле, снизить затраты труда и использовать в производстве сборный и костный жиры. По данным, приведенным в той же работе, питание больных колбасными изделиями, содержащими жировые эмульсии, дает положительные результаты при лечении заболеваний печени и желчного пузыря. Кроме того, при введении в фарш высокодисперсной жировой эмульсии можно получать высококачественный готовый продукт из дефростированного мяса без предварительной выдержки в посоле.

Эмульгирующее действие ультразвука используется также для получения ароматических эмульсий в пищевой промышленности. В настоящее время широко используются маслянистые экстракты пряностей вместо порошкообразных специй. Высокая ароматичность экстрактов позволяет вводить их в количестве, в 20-30 раз меньшем, чем при использовании натуральных пряностей. Водные эмульсии получают из экстракта (например, душистого перца) при требующихся соотношениях воды и экстракта. Получаемые эмульсии сохраняют стабильность в течение неcкольких недель и даже месяцев.

При приготовлении эмульсий из экстрактов специй не следует предпринимать специальных мер охлаждения обрабатываемой жидкости, т.к. интенсивность запаха душистого перца не уменьшается при нагревании эмульсии до 100 o С и даже при её кипячении.

Введение жировых эмульсий вместо жира в хлебобулочные изделия (5 % подсолнечного масла) повышает их качество. Так, удельный объем хлеба увеличивается в этом случае в 1,3 раза, пористость в 1,1 раза, сжимаемость в 1,11 раза.

Во всех перечисленных случаях применение эмульсий, полученных с помощью ультразвука, дает положительные результаты.