Проточный ультразвуковой кавитационный реактор



Проточный ультразвуковой кавитационный реактор
Проточный ультразвуковой кавитационный реактор
Проточный ультразвуковой кавитационный реактор
Проточный ультразвуковой кавитационный реактор
Проточный ультразвуковой кавитационный реактор
Проточный ультразвуковой кавитационный реактор

 


Владельцы патента RU 2446874:

Молоствов Валерий Николаевич (RU)

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
Наверх