[1]Изобретение относится к композициям на основе гликоля или глицерина, предназначенным для устранения или предотвращения обледенения самолетов, в частности изобретение относится к технологии получения противообледенительных жидкостей (ПОЖ), предназначенных для борьбы с наземным обледенением воздушных судов.
[2]Обледенение ведет к ухудшению аэродинамических и летных характеристик воздушного судна. Основная опасность заключается в развитии на обледеневших поверхностях крыла и оперения самолета преждевременных, на меньших углах атаки, срывных явлений, что грозит на этапе взлета и набора высоты нарушением характеристик устойчивости, управляемости и сваливанием самолета. Отложения толщиной даже 0,5 мм льда, ледяного налета или снега на передней кромке и верхней поверхности крыла уменьшают подъемную силу крыла до 30% и увеличивают лобовое сопротивление до 40%. По мере удаления от передней кромки влияние шероховатости поверхности крыла на его аэродинамические свойства уменьшается и для некоторых профилей на расстоянии более 25% длины хорды не ощущается совсем. Удаление льда с носка крыла на участке всего лишь 5% значительно улучшает характеристику профиля.
[3]Известен способ получения противогололедной жидкости для взлетно-посадочных полос аэродромов в зимний период, включающий получение раствора ацетата калия с последующим введением загустителей и ингибиторов коррозии, при этом нейтрализацию уксусной кислоты поташем ведут до точки полного перехода К2СО3 в СН3СООК при pH 6,0-6,5 и последующее повышение pH до 10-11 и плотности раствора до 1,29-1,30 г/см3 обеспечивают добавлением КОН, после чего осуществляют введение загустителей, в качестве которых используют гидроксиэтилцеллюлозу и соли фосфорной кислоты, выбранные из ряда динатрийфосфат и тринатрийфосфат (см. патент RU №2205854, кл. С09К 3/18, 10.06.2003).
[4]Данный способ позволяет приготовить противообледенительную жидкость, стабильную до температур -40°C и способную при одном нанесении обеспечить проплавление льда или снежно-ледяных образований. Однако сравнительно сложный способ приготовления данной жидкости приводит к снижению ее привлекательности для использования.
[5]Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ приготовления противообледенительной жидкости, заключающийся в том, что приготовляют концентрат путем добавления при перемешивании поверхностно-активного вещества и загустителя к водно-гликолевой или водно-глицериновой смеси, используемой в качестве растворителя, взятой в количестве 1-20 вес.% от ее общего требуемого количества, добавляют при перемешивании полученный концентрат к оставшейся части растворителя с последующим перемешиванием, достаточным для получения гомогенной суспензии, а затем добавляют при перемешивании к полученной гомогенной суспензии нейтрализующий агент с последующим перемешиванием, достаточным для получения гомогенного раствора (см. патент RU №2183216, кл. С09К 3/18, 10.06.2002).
[6]Однако данный способ приготовления не обеспечивает требуемую его воспроизводимость и стабильность эксплуатационных характеристик, что сужает область его использования.
[7]Задачей изобретения является устранение указанных выше недостатков.
[8]Технический результат заключается в том, что достигается повышение стабильности эксплуатационных характеристик противообледенительной жидкости при ее хранении до начала эксплуатации.
[9]Указанная задача решается, а технический результат достигается тем, что способ приготовления противообледенительной жидкости заключается в том, что приготовляют концентрат путем добавления при перемешивании поверхностно-активного вещества на основании спиртов жирного ряда и загустителя на основе полиакриловой кислоты к водно-гликолевой или водно-глицериновой смеси, используемой в качестве растворителя, взятой в количестве 1-20 вес.% от ее общего требуемого количества, добавляют при перемешивании полученный концентрат к оставшейся части растворителя с последующим перемешиванием, достаточным для получения гомогенной суспензии, а затем добавляют при перемешивании к полученной гомогенной суспензии нейтрализующий агент - гидрооксид калия с последующим перемешиванием, достаточным для получения гомогенного раствора, при этом перемешивание осуществляют в смесителе с мешалкой, к которой подключают выносной циркуляционный контур с ультразвуковым проточным диспергатором, при этом одновременно с перемешиванием в смесителе компонентов приготовляемой противообледенительной жидкости обеспечивают их прокачку через циркуляционный контур, в котором в ультразвуковом проточном в диспергаторе воздействуют на них частотой колебаний ультразвукового излучателя диспергатора 10-30 кГц с интенсивностью ультразвукового воздействия 50-250 Вт/см2, при этом обеспечивают кратность циркуляции находящихся в смесителе перемешивающихся компонентов приготовляемой противобледенительной жидкости через ультразвуковой диспергатор от 2 до 5 при температуре жидкости 20-50°C, а после завершения перемешивания полученную противообледенительную жидкость обезгаживают путем ее выгрузки из смесителя через ультразвуковой проточный диспергатор.
[10]В ходе проведенного исследования было выявлено, что вязкость противообледенительной жидкости (ПОЖ) определяется взаимодействием между макромолекулами гидрофобизированного полимерного загустителя и мицеллами поверхностно-активного вещества (ПАВ), их строением и количеством. Равновесие в высоковязкой системе при заданном количестве компонентов ПОЖ устанавливается медленно, что связано с диффузионными ограничениями. Перемешивание приготавливаемой жидкости в больших аппаратах при помощи тихоходных мешалок не приводит к быстрому и полному достижению равновесия в системе. Перемешивание в таких средах происходит только на макроуровне. Следовательно, параметры жидкости нестабильны и могут изменяться при хранении.
[11]Было установлено, что представляется возможным интенсифицировать процесс перемешивания высоковязких ПОЖ на микроуровне, используя воздействие подобранными акустическими колебаниями. Ультразвуковые колебания заданной интенсивности ускоряют процессы достижения равновесного состояния между мицеллами ПАВ и молекулами полимерного загустителя в ПОЖ, так как в зоне воздействия акустических волн снимаются диффузионные ограничения. Для этого проводят описанную выше последовательность смешения компонентов, причем перемешивание осуществляют в смесителе с мешалкой, к которой подключают выносной циркуляционный контур с ультразвуковым проточным диспергатором, при этом одновременно с перемешиванием в смесителе компонентов приготовляемой противообледенительной жидкости обеспечивают их прокачку через циркуляционный контур, в котором в ультразвуковом проточном в диспергаторе воздействуют на них частотой колебаний ультразвукового излучателя диспергатора 10-30 кГц с интенсивностью ультразвукового воздействия 50-250 Вт/см2, при этом обеспечивают кратность циркуляции находящихся в смесителе перемешивающихся компонентов приготовляемой противобледенительной жидкости через ультразвуковой диспергатор от 2 до 5 при температуре жидкости 20-50°C, а после завершения перемешивания полученную противообледенительную жидкость обезгаживают путем ее выгрузки из смесителя через ультразвуковой проточный диспергатор.
[12]Таким образом, удалость создать технологически простой способ приготовления с низким энергопотреблением, при более высоких по сравнению с прототипом производительности способа приготовления и качестве готового продукта.
[13]На чертеже представлена установка для осуществления способа приготовления противообледенительной жидкости.
[14]Установка содержит смеситель 1 с мешалкой 2 и подключенный к смесителю 1 циркуляционный контур 3, содержащий ультразвуковой проточный диспергатор 4, центробежный насос 5 и теплообменник 6.
[15]Способ приготовления противообледенительной жидкости реализуется следующим образом.
[16]Вначале приготовляют концентрат путем добавления при перемешивании в смесителе 1 поверхностно-активного вещества и загустителя к водно-гликолевой или водно-глицериновой смеси, используемой в качестве растворителя, взятой в количестве 1-20 вес.% от ее общего требуемого количества. Затем добавляют при перемешивании в смесителе 1 полученный концентрат к оставшейся части растворителя с последующим перемешиванием, достаточным для получения гомогенной суспензии, а затем добавляют при перемешивании к полученной гомогенной суспензии нейтрализующий агент с последующим перемешиванием, достаточным для получения гомогенного раствора. Перемешивание осуществляют, как указано выше, в смесителе 1 с мешалкой 2, к которой подключен выносной циркуляционный контур 3 с ультразвуковым проточным диспергатором 4. Одновременно с перемешиванием в смесителе 1 компонентов приготовляемой противообледенительной жидкости обеспечивают центробежным насосом 5 прокачку части приготовляемой ПОЖ через циркуляционный контур 3, в котором в ультразвуковом проточном в диспергаторе 4 воздействуют на приготовляемую ПОЖ частотой колебаний ультразвукового излучателя диспергатора 4 от 10 до 30 кГц с интенсивностью ультразвукового воздействия 50-250 Вт/см2. Посредством прокачки приготовляемой ПОЖ обеспечивают кратность циркуляции находящихся в смесителе 1 перемешивающихся компонентов приготовляемой противобледенительной жидкости через ультразвуковой диспергатор 4 от 2 до 5 при температуре жидкости 20-50°C, которую поддерживают с помощью теплообменника 6. После завершения перемешивания полученную противообледенительную жидкость обезгаживают (удаляют пузырьки воздуха, образовавшиеся при работе смесителя 1) путем ее выгрузки из смесителя 1 через ультразвуковой проточный диспергатор 4.
[17]Ниже приведены примеры, показывающие оптимальность приведенных параметров приготовления ПОЖ.
[19]Сравниваются два образца ПОЖ, приготовленные по одной рецептуре двумя способами: 1 - при помощи простого интенсивного перемешивания в аппарате с мешалкой при температуре 20°C в течение 1 часа и 2 с использованием дополнительного акустического воздействия в выносном ультразвуковом диспергаторе при той же температуре 20°C. Частота колебаний ультразвукового излучателя 30 кГц, интенсивность ультразвукового воздействия 250 Вт/см2, кратность циркуляции через ультразвуковой диспергатор 4.
[21]52 вес.% 1,2-пропиленгликоля,
[22]0,3 вес.% загустителя на основе структурированной полиакриловой кислоты, содержащей гидрофобные фрагменты,
[23]0,13 вес.% спирта жирного ряда с 12-16 атомами углерода, этоксилированного 7 молями этиленоксида,
[24]гидроксид калия в количестве, необходимом для достижения величины рН образца 7,5,
[26]Измерение вязкости полученных образцов проводили на вискозиметре Брукфильда при скорости вращения шпинделя 0,3 об/мин при 20°C.
[27]Исследовалась термическая стабильность образцов, приготовленных разными способами, при 70°C при выдержке в течение 30 дней.
[28]Результаты измерений приведены в таблице 1.
[29]
[30]Образец 2, подвергнутый акустическому воздействию, изначально имеет более высокое значение вязкости раствора и обладает большей термостабильностью. Это обусловлено тем, что равновесие в системе загуститель-ПАВ при озвучивании раствора устанавливается быстрее, чем при простом перемешивании образца.
[32]Сравниваются два образца ПОЖ, приготовленные по одной рецептуре двумя способами: 1 - при помощи простого интенсивного перемешивания в аппарате с мешалкой при температуре 40°C в течение 1 часа и 2 с использованием дополнительного акустического воздействия в выносном ультразвуковом диспергаторе при той же температуре 40°C. Частота колебаний ультразвукового излучателя 30 кГц, интенсивность ультразвукового воздействия 100 Вт/см2, кратность циркуляции через ультразвуковой диспергатор 5.
[33]Состав образца ПОЖ-4:
[34]52 вес.% 1,2-пропиленгликоля,
[35]0,3 вес.% загустителя на основе структурированной полиакриловой кислоты, содержащей гидрофобные фрагменты,
[36]0,13 вес.% спирта жирного ряда с 12-16 атомами углерода, этоксилированного 7 молями этиленоксида,
[37]гидроксид калия в количестве, необходимом для достижения величины pH образца 7,5,
[39]Измерение вязкости полученных образцов проводили на вискозиметре Брукфильда при скорости вращения шпинделя 0,3 об/мин при 20°C.
[40]Исследовалась термическая стабильность образцов, приготовленных разными способами, при 70°C при выдержке в течение 30 дней. Результаты измерений приведены в таблице 2.
[41]
[42]Образец 2, подвергнутый акустическому воздействию, имеет более высокое значение вязкости раствора и обладает большей термостабильностью, чем образец 1, полученный при простом механическом перемешивании.
[44]Сравниваются два образца ПОЖ, приготовленные по одной рецептуре двумя способами: 1 - при помощи простого интенсивного перемешивания в аппарате с мешалкой при температуре 50°C в течение 1 часа и 2 с использованием дополнительного акустического воздействия в выносном ультразвуковом диспергаторе при той же температуре 50°C. Частота колебаний ультразвукового излучателя 30 кГц, интенсивность ультразвукового воздействия 100 Вт/см2, кратность циркуляции через ультразвуковой диспергатор 5.
[45]Состав образца ПОЖ-4:
[46]52 вес.% 1,2-пропиленгликоля,
[47]0,3 вес.% загустителя на основе структурированной полиакриловой кислоты, содержащей гидрофобные фрагменты,
[48]0,13 вес.% спирта жирного ряда с 12-16 атомами углерода, этоксилированного 7 молями этиленоксида,
[49]гидроксид калия в количестве, необходимом для достижения величины рН образца 7,5,
[51]Измерение вязкости полученных образцов проводили на вискозиметре Брукфильда при скорости вращения шпинделя 0,3 об/мин при 20°C.
[52]Исследовалась термическая стабильность образцов, приготовленных разными способами, при 70°C при выдержке в течение 30 дней. Результаты измерений приведены в таблице 3.
[53]
[54]Образец 2, подвергнутый акустическому воздействию, имеет более высокое значение вязкости раствора и обладает большей термостабильностью, чем образец 1, полученный при простом механическом перемешивании.
[55]Приведенный выше ряд примеров показывает возможность достижения указанного выше технического результата при ускорении и упрощении процесса приготовления ПОЖ, обладающей требуемыми стабильными эксплуатационными параметрами.
