Проточный ультразвуковой кавитационный реактор

Изобретение относится к аппаратам для обработки различных технологических сред. Проточный ультразвуковой кавитационный реактор содержит цилиндрическую рабочую камеру с внутренним технологическим объемом в виде сферы и сквозным каналом, впрессованную в цилиндрический канал волновода с соосным расположением каналов, и ультразвуковые преобразователи, закрепленные на гранях волновода и равноудаленные от центра сферы. Поверхность волновода выполнена в виде объемного многогранника, а нормали к его граням ориентированы в центр сферы реактора. Диаметр сферы внутреннего технологического объема реактора кратен четному количеству четвертей длины акустической волны, вызывающей кавитацию, и не превышает половины длины волны в материале обрабатываемой технологической среды, а расстояние от грани крепления ультразвуковых преобразователей до стенки сферы вдоль линии распространения плоской акустической волны кратно нечетному количеству четвертей длины акустической волны в материале волновода. Изобретение обеспечивает высокую производительность обработки технологических сред в режиме непрерывного потока, а также упрощение конструкции и технологии изготовления реактора. 6 ил.

 

Изобретение относится к аппаратам для обработки различных технологических сред в виде жидкости, смесей, суспензий, эмульсий и т.п. путем воздействия ультразвуковым полем и возбуждения кавитации внутри реактора в режиме непрерывного потока обрабатываемого продукта.

Известен ультразвуковой реактор проточного типа, выполненный в виде трубы, внутри которой протекают химические компоненты и происходит их взаимодействие. На наружной поверхности трубы закреплены и акустически связаны с ней ультразвуковые преобразователи. Ввод колебаний осуществляется через стенки трубы путем размещения большого числа ультразвуковых преобразователей по периметру и вдоль оси трубы, что предполагает увеличение времени воздействия на протекающий продукт [Horst С., Design of ultrasound reactors for technical scale organometallics and electrochemical synthesis / Horst C., Lindermeir A., Hoffmann U. // TU Hamburg-Harburg Reports of Sanitary Engineering 35, 2002, Neis U. (ed.). Ultrasound in Environmental Engineering // ISSN 0724-0783; ISBN 3-930400-47-2].

Ограничена интенсивность ультразвукового воздействия в рабочем объеме ввиду "одномерной" фокусировки и выполнения технологического объема нерезонансным, что сужает область применения известного реактора.

Наиболее близким изобретению является ультразвуковой реактор по патенту РФ 2323774. Внутренний технологический объем реактора выполнен в виде сферы, а внешняя многогранная поверхность реактора выполнена в виде усеченного икосаэдра и состоит из 20 шестиугольных граней и 12 пятиугольных. Каналы для подвода и отвода технологической среды проходят через центры пятиугольных граней внешней поверхности. Толщина реактора по месту установки ультразвуковых преобразователей рассчитана в зависимости от длины продольной акустической волны. С каждой шестиугольной гранью внешней поверхности акустически связана торцевая поверхность одного или нескольких пьезоэлектрических элементов с частотно-понижающими накладками ступенчато-переменной формы между ними. За счет подбора конструктивных параметров накладок формируют требуемую амплитудно-частотную характеристику для возможности обработки различных технологических сред.

Недостатками прототипа являются:

- конструкция по патенту 2323774 не предоставляет возможности осуществления поточной обработки; характеризуется малой производительностью обработки;

- изготовление реальной конструкции или трудно достижимо, или требует сложной технологии; это, в свою очередь, повышает себестоимость реактора.

Технической задачей изобретения является увеличение производительности обработки текучих технологических сред путем ультразвукового воздействия в режиме непрерывного потока без увеличения размеров участка ультразвукового воздействия, а также упрощение конструкции и технологии изготовления реактора.

Указанная задача решена заявляемым изобретением.

Проточный ультразвуковой кавитационный реактор с внутренним технологическим объемом в виде сферы, содержащий ультразвуковые преобразователи, средства крепления элементов, отличающийся тем, что реактор содержит цилиндрическую рабочую камеру с внутренним технологическим объемом в виде сферы и сквозным каналом, камера впрессована в цилиндрический канал волновода с соосным расположением каналов, поверхность волновода выполнена в виде объемного многогранника, нормали к граням которого ориентированы в центр сферы реактора, а закрепленные на гранях ультразвуковые преобразователи равноудалены от центра сферы, причем диаметр сферы внутреннего технологического объема реактора кратен четному количеству четвертей длины акустической волны, вызывающей кавитацию, и не превышает половины длины волны в материале обрабатываемой технологической среды, а расстояние от грани крепления ультразвуковых преобразователей до стенки сферы вдоль линии распространения плоской акустической волны кратно нечетному количеству четвертей длины акустической волны в материале волновода; при этом реактор и сквозной канал выполнены с возможностью обработки технологической среды в режиме потока.

Изобретение поясняется фигурами:

на фигурах 1, 2, 3 показаны вид реактора сбоку, вид реактора со стороны сквозного канала и аксонометрическое изображение реактора. На фигуре 4 изображен реактора до установки ультразвуковых преобразователей. На фигуре 5 показан реактор в разрезе, на фигуре 6 приведена технологическая схема работы реактора.

Проточный ультразвуковой кавитационный реактор 1 содержит внутреннюю цилиндрическую рабочую камеру 2, впрессованную в цилиндрический канал наружного цельного волновода 3. Технологический объем рабочей камеры выполнен в виде сферы 4. Все конструктивные элементы рабочей камеры 2 имеют образующие тел вращения и изготавливаются на токарном оборудовании с большой точностью, в том числе с большой точностью привязки к базовым поверхностям. Это позволяет изготовить простыми технологическими приемами правильную сферу внутреннего технологического объема реактора и правильно сориентировать и расположить на наружных гранях волновода ультразвуковые преобразователи.

Сквозной канал 5 для подвода и отвода обрабатываемой технологической среды расположен по одной оси с цилиндрическим каналом волновода 3. Показанная на фигурах конусная расточка 6 канала волновода выполнена так, что образующая конуса параллельна линии распространения акустической волны ближних ультразвуковых преобразователей. Посадка цилиндрической рабочей камеры горячим прессованием не нарушает волноводных свойств, а качество реактора в целом сравнимо с монолитным изделием.

Поверхность волновода 3 выполнена в виде объемного многогранника (см. фигуру 4). На его гранях закреплены ультразвуковые преобразователи 7 посредством шпилек 8 и гаек-отражателей 9. Нормали к граням, вдоль которых распространяется акустическая волна, ориентированы в центр сферы реактора. Изготовление многогранника также упрощено по сравнению с прототипом. Грани размещены по кольцевым линиям вокруг сквозного канала в необходимом количестве с обеспечением технологического промежутка для удобства сборки реактора. Монолитность и точность изготовления реактора позволяют (например, на фрезерном оборудовании) образовать грани равноудаленными от центра сферы, что способствует созданию расчетной интенсивности ультразвукового излучения.

Расстояние от грани крепления ультразвуковых преобразователей 7 до стенки внутреннего сферического объема и диаметр сферы 4 задаются технологически с обеспечением создания кавитационного режима в жидкой технологической среде в режиме потока. Диаметр сферы внутреннего объема реактора кратен четному количеству четвертей длины акустической волны, вызывающей кавитацию, и не превышает половины длины волны в материале обрабатываемой технологической среды. Расстояние от наружной грани волновода до стенки сферы вдоль линии распространения плоской акустической волны кратно нечетному количеству четвертей длины акустической волны в материале волновода.

Реактор 1 выполнен с возможностью обработки технологической среды в режиме потока, то есть сквозной канал 5 рабочей камеры имеет вентили, насос 10, смесительное оборудование 11 для подготовки технологической среды в виде жидкой смеси, емкости 12, контрольную аппаратуру, включающие датчики давления, объемного расхода и пр. (фигура 6).

При подаче напряжения на пьезоэлектрические элементы электрические колебания преобразуются в ультразвуковые колебания. На резонансной частоте колебаний, возникающих при соблюдении названных конструктивных параметров, осуществляется передача энергии колебаний с наибольшей интенсивностью по нормали к стенкам реактора. В кавитационном режиме жидкая технологическая среда, подаваемая с небольшим напором, подвергается активации и гомогенизации.

Был изготовлен опытный образец заявляемого реактора 300×300×300 мм. Питание осуществлялось от электрического генератора. Ультразвуковой кавитационный реактор был испытан для измельчения водной смеси предварительно размолотого природного диатомита, включающей твердые гранулы размером ≈1 мм. Избыточное давление в реакторе и напор в проточном канале создавались винтовым насосом. При небольшом размере реактора скорость потока обеспечивала производительность 1 куб.м/час. Дисперсность активированного диатомита около 5 мкм.

Заявляемый ультразвуковой кавитационный реактор обеспечивает высокую производительность обработки текучих технологических сред в режиме непрерывного потока и характеризуется простотой конструкции как с технологической точки зрения, а также по количеству простых деталей и экономной металлообработкой. Его преимуществом с технологической точки зрения является форма всех основных деталей в виде тел вращения, изготавливаемых по известным режимам механической обработки.

Проточный ультразвуковой кавитационный реактор с внутренним технологическим объемом в виде сферы, содержащий ультразвуковые преобразователи, средства крепления элементов, отличающийся тем, что реактор содержит цилиндрическую рабочую камеру с внутренним технологическим объемом в виде сферы и сквозным каналом, камера впрессована в цилиндрический канал волновода с соосным расположением каналов, поверхность волновода выполнена в виде объемного многогранника, нормали к граням которого ориентированы в центр сферы реактора, а закрепленные на гранях ультразвуковые преобразователи равноудалены от центра сферы, причем диаметр сферы внутреннего технологического объема реактора кратен четному количеству четвертей длины акустической волны, вызывающей кавитацию, и не превышает половины длины волны в материале обрабатываемой технологической среды, а расстояние от грани крепления ультразвуковых преобразователей до стенки сферы вдоль линии распространения плоской акустической волны кратно нечетному количеству четвертей длины акустической волны в материале волновода; при этом реактор и сквозной канал выполнены с возможностью обработки технологической среды в режиме потока.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к аппаратам для обработки различных технологических сред в виде жидкости, смесей, суспензий, эмульсий и т.п. .

Изобретение относится к перерабатывающей и пищевой промышленности, включая производство кормов для животных, птицы и рыб, и может использоваться также в фармацевтической и парфюмерной промышленности при производстве витаминных препаратов и биологически активных добавок.
Изобретение относится к ультразвуковой химической аппаратуре и может быть использовано в производстве йодированной соли. .

Изобретение относится к области сонохимической обработки жидких сред и может использоваться при обработке использующихся для гидратации биополимеров водных растворов, для безреагентного снижения временной жесткости, стерилизации воды при водоподготовке для бытовых и хозяйственных нужд, в медицине и фармакологии, а также в пищевой и перерабатывающей промышленности в отношении растворов, предназначенных стать компонентами лекарственных препаратов, пищевых продуктов, полуфабрикатов и сырья.

Изобретение относится к области ультразвуковой техники, предназначенной для кавитационной обработки жидкостей. .

Изобретение относится к технологиям и оборудованию по обработке жидких сред и по их разделению на составные компоненты и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, химической, медицинской и в других отраслях промышленности.

Изобретение относится к устройствам для сонохимической обработки водных истинных и коллоидных растворов, суспензий и эмульсий, в том числе содержащих растворы в качестве дисперсионной среды.

Изобретение относится к плазмотермической переработке и утилизации твердых и жидких промышленных и сельскохозяйственных отходов (биомассы), позволяющей преобразовать углеродсодержащие соединения и воду в плазмогаз, и может быть использовано в энергетике, на предприятиях химической промышленности, при переработке твердых бытовых отходов

Изобретение относится к устройствам для тепломассоэнергообмена жидких, газовых, газожидкостных смесей, взвесей и дисперсий в механо-физико-химических процессах превращения акустическим способом и позволяет увеличить мощность акустического вихревого взаимодействия, обеспечить управление режимом резонанса акустического воздействия на продукт.Технический результат достигается тем, что в устройстве для тепломассоэнергообмена, содержащем раздельные напорные камеры, сообщенные тангенциальными пазами с соответствующими вихревыми трубами, расположенными по окружности относительно осевой вихревой трубы и выполненными раздельными относительно друг друга, на выходе вихревые трубы сообщены между собой резонаторными отверстиями

Изобретение относится к технике физико-химических превращений текучих сред и может использоваться в химических, пищевых, фармацевтических технологиях, а также для получения эмульсий, состоящих из трудно смешиваемых компонентов

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при производстве изделий из ячеистого бетона
Изобретение относится к способу получения биопрепарата, который включает смешивание оксигидроксида железа с водорастворимым полимером с последующей обработкой суспензии ультразвуком, отличающийся тем, что используют гелеобразный оксигидроксид железа (ОГЖ-гель), выделенный на станциях обезжелезивания подземных вод, водорастворимый полимер и дополнительно вводят глицерин при соотношении компонентов, масс.%: ОГЖ-гель50-60 Водорастворимый полимер2,5-3 Глицерин 10-15 Водадо 100

Изобретение относится к области химии и теплоэнергетики

Изобретение относится к области гидродинамики и касается способа возбуждения акустических колебаний в текучей среде и устройства для его осуществления

Изобретение относится к области кавитационной обработки жидких сред, а также сред, где удельное содержание воды или иной жидкой фазы превышает 65-70% от общей массы

Изобретение относится к области кавитационной обработки жидких сред, а также сред, где удельное содержание воды или иной жидкой фазы превышает 65-70% от общей массы
Изобретение относится к технологии переработки минерального сырья и может быть использовано для получения из аморфного диоксида кремния рисовой шелухи

Изобретение относится к аппаратам для обработки различных технологических сред

Наверх