Способ и устройство интенсификации газо- и жидкофазных процессов массообмена за счет акустических колебаний



Способ и устройство интенсификации газо- и жидкофазных процессов массообмена за счет акустических колебаний
Способ и устройство интенсификации газо- и жидкофазных процессов массообмена за счет акустических колебаний

 


Владельцы патента RU 2463104:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ангарская государственная техническая академия" (RU)

Изобретение относится к способам интенсификации процессов массообмена, в которых в качестве интенсифицирующего фактора используется звук. Способ заключается в воздействии на среды акустической энергией источника звука, который приводят в колебательное движение энергией нагнетаемых в аппарат и отводимых из аппарата сред. Амплитуду колебаний и расход нагнетаемого вещества через источник звука регулируют байпасной линией с регулирующей арматурой. Устройство включает источник звука, в качестве которого используют язычковый излучатель, приводимый в колебательное движение нагнетаемой в аппарат и отводимой из аппарата средой, с резонатором, погруженные в озвучиваемую среду. Технический результат состоит в интенсификации массообмена с наименьшими затратами энергии на производство звука, а также с простым аппаратурным оформлением источника звука. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к способам интенсификации процессов массообмена, в которых в качестве интенсифицирующего фактора используется звук.

Уровень техники.

Прототипом предлагаемых способа и устройства является изобретение (RU 2362617). Изобретение относится к устройствам для приготовления суспензий, эмульсий, растворов, разрушения взвешенных фаз, интенсификации химических реакций путем воздействия на жидкость энергией акустического излучения. Рабочая камера смесителя ограничена с одной стороны излучающей поверхностью, а с другой стороны - отражающей поверхностью, принадлежащей резонатору. Резонатор расположен во внутреннем объеме корпуса смесителя и укреплен на термоупругодеформируемом подвесе. Внутренняя полость подвеса заполнена рабочим веществом с температурным коэффициентом расширения. Размер этой полости в направлении деформирования при температуре, принятой за начальную, определяют из выражения Lo=/f, где - температурный коэффициент скорости звука в обрабатываемой жидкости, f - частота акустических колебаний.

Достоинство описанного способа состоит в повышении производительности аппарата.

Недостатком способа является то, что источник ультразвука является сложным техническим устройством требует питания от сложного дорогого источника. Вся система озвучивания обладает низким КПД. Описанный способ эффективен только лишь в жидкой среде.

Аналогом предложенных способа и устройства является изобретение (RU 94027025), представляющее собой гидродинамический излучатель, содержащий герметизированную емкость с входным и выходным патрубками, имеющими запорно-раздаточную арматуру, и размещенные внутри емкости ультразвуковой вибратор с концевым волноводом, подсоединенный к выходу генератора ультразвуковых колебаний, и сопло, установленное во входном патрубке, отличающийся тем, что герметизированная емкость снабжена резонирующими стержнями, расположенными параллельно концевому волноводу, имеющему углубление на торце и установленному соосно напротив сопла, а генератор ультразвуковых колебаний дополнительно снабжен амплитудно-модулирующим устройством.

Достоинство описанного способа состоит в повышении эффективности проводимых внутри аппарата процессов.

Недостатком способа является то, что источник ультразвука является сложным техническим устройством требует питания от сложного дорогого источника. Описанный способ эффективен только лишь в жидкой среде.

Раскрытие изобретения.

Задачей изобретения является разработка способа и устройства для озвучивания массообменных процессов с целью их интенсификации с наименьшими затратами энергии на производство звука, а также с простым аппаратурным оформлением источника звука. При этом необходимо предусмотреть возможность озвучивания процессов с участием газовых фаз.

В способах озвучивания, известных ранее в качестве источника звука, использовались ультразвуковые преобразователи, имеющие низкий акустический КПД, которые требовали питания от ультразвуковых генераторов, электрический КПД которых, также, редко превышает 50%. Ультразвуковое оборудование - это сложные и дорогие электротехнические устройства, в работе которых, к тому же, часто участвует опасное высокое электрическое напряжение. Ультразвуковое озвучивание применимо в жидких средах, однако озвучивание газофазных процессов также весьма перспективно.

Предлагаемый способ и устройство для озвучивания сред внутри массообменных аппаратов заключается в следующем. Нагнетаемые и (или) отводимые из аппарата среды необходимо пропускать через устройство, состоящее из коробчатого резонатора 1 (фиг.1), которое погружено в озвучиваемую среду 2. На стенке резонатора необходимо смонтировать язычковый излучатель 3. Язычковый излучатель (фиг.2) представляет собой пластину, в которой выполнен надрез по трапециевидному контуру 4. Круглые отверстия 5 служат для удаления концентраторов напряжений. Между корпусом излучателя 6 и язычком 7 имеется небольшой зазор 11 для прохода среды. Материал для изготовления излучателя должен обладать развитыми упругими свойствами. От трубопровода 8 (фиг.1) необходимо провести байпасную ветку 9 с регулирующей арматурой 10.

Работа излучателя осуществляется следующим образом. В период пуска аппарата по трубопроводам 8 начинается движение сред. Арматура 10 при этом должна быть открыта, движение среды в основном идет по байпасной линии 9 и немного через зазор 11. Для начала озвучивания необходимо прикрывать проход через байпас, направляя больше жидкости (газа) на излучатель. Под действием движущейся массы язычок совершает колебательные движения, излучая широкий спектр звуковых частот. Резонатор 1 также является источником звука. Расход вещества через излучатель необходимо регулировать арматурой 10, добиваясь максимальной амплитуды колебаний язычка для максимальной интенсивности озвучивания.

При реализации изобретения могут быть получены следующие результаты:

1. Озвучивающая аппаратура не требует подвода опасной электрической энергии. Звуковые колебания производятся за счет энергии (давления) нагнетаемой в аппарат среды - что весьма привлекательно при внедрении. КПД процесса озвучивания более высокий, чем в методах с применением ультразвука.

2. Аппаратурное оформление предлагаемого способа можно характеризовать как простое и позволяющее исключить размещение в аппарате сложных электрических и механических узлов.

3. Интенсификация процессов может осуществляться как в жидкой, так и в газовой фазе.

Краткое описание прилагаемых фигур

На фигуре 1 изображен схематичный разрез озвучиваемого аппарата.

На фигуре 2 схематично изображены две проекции излучателя.

1. Способ для озвучивания массообменных процессов, заключающийся в воздействии на среды акустической энергией источника звука, отличающийся тем, что звучащий орган приводят в колебательное движение энергией нагнетаемых в аппарат сред и энергией отводимых из аппарата сред, при этом амплитуду колебаний и расход нагнетаемого вещества через источник звука регулируют байпасной линией с регулирующей арматурой.

2. Устройство для озвучивания массообменных процессов, включающее источник звука, отличающееся тем, что в качестве источника звука используют язычковый излучатель, приводимый в колебательное движение нагнетаемой в аппарат средой и отводимой из аппарата средой, с резонатором, погруженные в озвучиваемую среду.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к акустическим способам воздействия на многокомпонентную и многофазовую смесь твердых, жидких и газовых продуктов и может использоваться для тепломассоэнергообмена, эмульгирования и термообработки в нефтяной и пищевой промышленности.

Изобретение относится к ультразвуковой обработке жидкости и может использоваться при производстве чернил, красок, фармацевтических композиций, проведения различных химических реакций и образования эмульсий.

Изобретение относится к устройствам для создания импульсных колебаний в проточной жидкой среде и может быть использовано для проведения процессов эмульгирования, абсорбции и др.

Изобретение относится к строительной технике, а именно к устройствам для механической активации суспензий с волокнистыми материалами. .

Смеситель // 2393914
Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для получения эмульсий и суспензий с однородным высокодисперсным составом. .

Изобретение относится к акустическим способам воздействия на смеси углеводородов. .

Изобретение относится к ультразвуковым устройствам для приготовления суспензий, смесей, гомогенизированных пищевых продуктов и может использоваться в пищевой промышленности.

Изобретение относится к устройству для обработки жидких сред и может быть использовано для диспергирования различных веществ, нерастворимых в воде, для эмульгирования и деэмульгирования эмульсий, для ускорения протекания химических реакций, проходящих в жидкой фазе и т.д.

Смеситель // 2362617
Изобретение относится к устройствам для приготовления суспензий, эмульсий, растворов, разрушения взвешенных фаз, интенсификации химических реакций путем воздействия на жидкость энергией акустического излучения.

Изобретение относится к устройствам для измельчения и смешивания фаз в водных дисперсных системах типа гидрозолей, прямых и обратных эмульсий, а также изменения физико-химического состояния воды, водных коллоидных и истинных растворов с использованием кавитации

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

Изобретение относится к получению обратных (олеофильных) эмульсий и может применяться в энергетике, на транспорте и в строительстве, а также для получения эмульсионных продуктов питания из растительных жиров

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 ультразвуковой технике и может быть использовано для кавитационной обработки тяжелых топлив или жидких пищевых продуктов, приготовления высококачественных водо-топливных эмульсий для дизелей, топок ТЭЦ и котельных; обеззараживания питьевой воды и жидких продуктов питания и напитков; приготовления высококачественных красок, смазок, пищевых, кормовых, фармацевтических и иных подобных эмульсий и суспензий; в химической промышленности для интенсификации химических реакций и получения новых соединений; в первичной нефтепереработке для увеличения выхода светлых нефтепродуктов; для приготовления стойких буровых растворов и других аналогичных технологий

Изобретение относится к технике диспергирования жидкостей и может быть использовано при приготовлении различных мелкодисперсных жидких сред, например топливо-воздушных смесей, гомогенных и мелкодисперсных эмульсий и суспензий. Устройство включает корпус 1, в котором выполнена вихревая камера 2 в виде усеченного конуса. Камера 2 имеет тангенциально расположенный вход 3 активного диспергирующего компонента-газа (АДК-г). Патрубок 4 подачи пассивного диспергируемого компонента-жидкости (ПДК-ж) расположен по оси камеры 2 и жестко укреплен в основании 5 корпуса 1. Свободный конец 6 патрубка 4 расположен снаружи камеры 2. На свободном конце 6 патрубка 4 укреплен акустический ультразвуковой излучатель 7 (АУЗИ). Сверху корпуса 1 расположен отражатель 8 АДК-г, который выполнен в виде эквидистантных проточек пилообразного профиля 9 верхней части корпуса 1. В выходном отверстии 10 корпуса 1 расположена направляющая трубка 11 для выхода АДК-г. Вихревая камера 2 имеет кольцеобразное выходное отверстие 12, образованное внутренней поверхностью направляющей трубки 11 АДК-г и наружной цилиндрической поверхностью патрубка 4 подачи ПДК-ж. АУЗИ 7 выполнен в виде насадки с конической 13 и цилиндрической 14 частями и с центральным сквозным отверстием 15. В цилиндрической части 14 АУЗИ 7 выполнен, по меньшей мере, один сквозной канал 16, расположенный по диаметру АУЗИ 7. На конической части 13 АУЗИ 7 расположена кольцевая проточка 17 пилообразного профиля. Сверху центрального сквозного отверстия 15 АУЗИ 7 расположен регулятор расхода ПДК-ж, выполненный в виде винта 18 с коническим окончанием резьбовой части 19. Объемная зона ультразвукового диспергирования компонентов (0З-УЗ-ДК) образована за счет возбуждения устойчивых ультразвуковых колебаний АДК-г между АУЗИ 7 и отражателем 8 АДК-г. Патрубок 4 в зоне кольцеобразного выходного отверстия 12 имеет, по меньшей мере, одно дополнительное крепление 20 к стенке направляющей трубки 11 АДК-г и к стенке корпуса 1. Дополнительное крепление 20 может быть выполнено, например, в виде четырех радиальных крестообразных цилиндрических вставок 21 с проточками, укрепленными в отверстиях 22 корпуса 1 с помощью винтов 23. Техническим результатом изобретения является повышение энергетики процесса создания ОЗ-УЗ-ДК при повышении устойчивости работы устройства. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области кавитационной обработки жидких сред, где удельное содержание воды или иной жидкой фазы превышает 30-35% от общей массы. Способ одновременной ультразвуковой кавитационной обработки объемов жидких сред включает их размещение в рабочей жидкости в ванне прямоугольной формы, при этом материал объемов с жидкими средами имеет удельное акустическое сопротивление, равное или близкое удельному акустическому сопротивлению рабочей жидкости. В рабочей жидкости создается стоячая акустическая волна от всех стенок и дна ванны, которые выполнены в виде упругих мембран, имеющих свою резонансную частоту, равную первой гармонике, причем противоположные стенки прямоугольной ванны имеют равные частоты первой гармоники, при этом длина a и ширина ванны b выбираются кратными четверти длины волны, возбуждаемой в рабочей жидкости боковыми стенками ванны: где c - скорость звука в рабочей жидкости, м/с; fi - частоты первых гармоник боковых стенок ванны, Гц; k=2,4… - целое число, высота уровня рабочей жидкости h выбирается кратной четверти длины волны, которая возбуждается дном ванны, при этом частоты fi колебаний кратны между собой с коэффициентом k. Способ позволяет эффективно обрабатывать одновременно несколько различных или одинаковых составов жидких сред и может применяться для приготовления индивидуальных кремов с субмикронным размером дисперсной фазы. 8 ил., 3 табл.

Изобретение относится к устройствам для перемешивания бетонной смеси и может быть использовано в промышленности строительных материалов для производства многокомпонентных смесей. Вибрационный смеситель содержит камеру смешивания с окнами загрузки и выгрузки материалов, ротор с приводом вращения, выполненный с лопастями. В нижней и верхней частях камеры смешивания по центру жестко закреплены два: нижний и верхний вибраторы, выполненные в корпусах с возбуждением колебаний посредством нижнего, среднего и верхнего кривошипно-шатунных механизмов и с функцией создания эффекта наложения вибрационных полей в центре камеры смешивания от нижнего и верхнего вибраторов. Корпусы вибраторов выполнены в виде металлических гофрированных оболочек, представляющих собой гофрированные тонкостенные тела вращения и выполненных с возможностью создания трех одинаковых по амплитуде и различных по частоте вибрационных полей, два из которых соответствуют в совокупности, а третье - в отдельности, по форме гофрированному контуру данных тел вращения с разнонаправленными колебаниями. Внутри металлической гофрированной оболочки нижнего вибратора, выполненного с функцией возбуждения двух одинаковых по амплитуде и различных по частоте вибрационных полей посредством нижнего и среднего кривошипно-шатунных механизмов, по центру в горизонтальной плоскости жестко закреплен диск с цилиндрическим выступом, выполненным с возможностью вставки и закрепления по внутреннему диаметру пружины, установленной с функцией свободного сжатия/разжатия в стакане. К центру верхней внутренней части стакана жестко закреплен шатун с приводом от среднего кривошипно-шатунного механизма, а к центру верхней внешней части - толкатель, жестко закрепленный другим концом к внутренней верхней части металлической гофрированной оболочки корпуса нижнего вибратора и выполненный с функцией возбуждения колебаний от верхней части корпуса нижнего вибратора через шатун посредством среднего кривошипно-шатунного механизма. Диск нижнего вибратора выполнен с возможностью возбуждения колебаний центральной части корпуса нижнего вибратора с помощью четырех толкателей, верхней частью симметрично закрепленных к нижней части диска, а нижней частью соединенных в узел подвижного шарнира шатуна нижнего кривошипно-шатунного механизма. Внутри металлической гофрированной оболочки верхнего вибратора по центру в горизонтальной плоскости жестко закреплен диск с направляющей стойкой. К центру внутренней части стакана жестко закреплен шток, а к центру внешней части - толкатель, жестко закрепленный другим концом к внутренней части, образующей наименьшую из гофр металлической гофрированной оболочки верхнего вибратора, и выполненный с функцией возбуждения колебаний от наименьшей из гофр корпуса верхнего вибратора. По внешней цилиндрической части стакана симметрично закреплены четыре выступа, функцией которых является передача возвратно-поступательного движения на диск верхнего вибратора, выполненных с возможностью однородного распределения вибрационного поля от наименьшей из гофр верхней металлической гофрированной оболочки к месту закрепления корпуса верхнего вибратора посредством создания однородных амплитудных значений перемещений каждой точки внешней образующей верхней металлической гофрированной оболочки в момент сжатия пружины до упора в резиновые прокладки. Между корпусами нижнего и верхнего вибраторов по диаметрам впадин, образованных наименьшими из гофр металлических гофрированных оболочек нижнего и верхнего корпусов вибраторов, по центру закреплена пружина, функцией которой является создание совокупного трехчастотного вибрационного поля, соответствующего спирально-винтовой форме пружины. Техническим результатом является расширение арсенала технических средств, повышение интенсивности процесса перемешивания компонентов смесей, а также повышение производительности вибрационного смесителя. 4 ил.

Изобретение относится к устройствам для перемешивания бетонной смеси и может быть использовано в промышленности строительных материалов для производства многокомпонентных смесей. Вибрационный смеситель содержит камеру смешивания с окнами загрузки и выгрузки материалов, ротор с приводом вращения, выполненный с лопастями. В нижней и верхней частях камеры смешивания по центру жестко закреплены два: нижний и верхний вибраторы, выполненные в корпусах с возбуждением колебаний посредством нижнего и верхнего кривошипно-шатунных механизмов и с функцией создания эффекта наложения вибрационных полей в центре камеры смешивания от нижнего и верхнего вибраторов. Корпуса вибраторов выполнены в виде одинаковых металлических гофрированных оболочек, представляющих собой гофрированные тонкостенные тела вращения и выполненных с возможностью создания двух одинаковых по амплитуде и различных по частоте вибрационных полей, каждое из которых соответствует по форме гофрированному контуру данных тел вращения, с разнонаправленными колебаниями. Внутри каждой из оболочек по центру в горизонтальной плоскости жестко закреплены диски с направляющими стойками, функцией которых является создание устойчивых направленных поступательных движений штоков от поступательной пары. Диски нижнего и верхнего вибраторов выполнены с цилиндрическими выступами, функцией которых является возможность вставки и закрепления по внутреннему диаметру пружин, установленных с функцией свободного сжатия/разжатия в стаканах. К центрам внутренних частей стаканов жестко закреплены штоки, к центру внешних частей - толкатели, жестко закрепленные другим концом к внутренним частям, образующим наименьшие из гофр металлических гофрированных оболочек, и выполненные с функцией возбуждения колебаний от наименьших из гофр корпусов вибраторов. По внешним цилиндрическим частям стаканов симметрично закреплены по четыре выступа, функцией которых является передача возвратно-поступательных движений на диски, выполненных с возможностью однородного распределения вибрационных полей от наименьших из гофр металлических гофрированных оболочек к местам закрепления корпусов посредством создания однородных амплитудных значений перемещений каждой точки внешних образующих металлических гофрированных оболочек в момент сжатия пружин до упора в резиновые прокладки, выполненные с функцией смягчения соударения выступов с дисками. Между корпусами нижнего и верхнего вибраторов по диаметрам впадин, образованных наименьшими из гофр металлических гофрированных оболочек нижнего и верхнего корпусов вибраторов, по центру закреплена пружина, функцией которой является создание совокупного двухчастотного вибрационного поля, соответствующего спирально-винтовой форме пружины. Техническим результатом является расширение арсенала технических средств, повышение интенсивности процесса перемешивания компонентов смесей, а также повышение производительности вибрационного смесителя. 4 ил.

Изобретение относится к устройствам для перемешивания бетонной смеси и может быть использовано в промышленности строительных материалов для производства многокомпонентных смесей. Вибрационный смеситель содержит камеру смешивания с окнами загрузки и выгрузки материалов, ротор с приводом вращения, выполненный с лопастями. В нижней и верхней частях камеры смешивания по центру жестко закреплены два: нижний и верхний вибраторы, выполненные в корпусах с возбуждением колебаний посредством нижнего и верхнего кривошипно-шатунных механизмов, соответственно, и с функцией создания эффекта наложения вибрационных полей в центре камеры смешивания от нижнего и верхнего вибраторов. Корпуса вибраторов выполнены в виде одинаковых металлических гофрированных оболочек, представляющих собой гофрированные тонкостенные тела вращения и выполненных с возможностью создания двух одинаковых по амплитуде и различных по частоте вибрационных полей, каждое из которых соответствует по форме гофрированному контуру данных тел вращения, с разнонаправленными колебаниями. Внутри каждой из оболочек по центру в горизонтальной плоскости жестко закреплены диски с направляющими стойками, функцией которых является создание устойчивых направленных поступательных движений штоков от поступательных пар. Диски нижнего и верхнего вибраторов выполнены с цилиндрическими выступами, функцией которых является возможность вставки и закрепления по внутреннему диаметру пружин, установленных с функцией свободного сжатия/разжатия в стаканах, к центрам внутренних частей которых жестко закреплены штоки, к центру внешних частей - толкатели, жестко закрепленные другим концом к внутренним частям, образующим наименьшие из гофр металлических гофрированных оболочек, и выполненные с функцией возбуждения колебаний от наименьших из гофр корпусов вибраторов. При этом по внешним цилиндрическим частям стаканов симметрично закреплены по четыре выступа, функцией которых является передача возвратно-поступательных движений на диски, выполненных с возможностью однородного распределения вибрационных полей от наименьших из гофр металлических гофрированных оболочек к местам закрепления корпусов посредством создания однородных амплитудных значений перемещений каждой точки внешних образующих металлических гофрированных оболочек в момент сжатия пружин до упора в резиновые прокладки, выполненные с функцией смягчения соударения выступов с дисками. Техническим результатом является расширение арсенала технических средств, повышение интенсивности процесса перемешивания компонентов смесей, а также повышение производительности вибрационного смесителя. 3 ил.
Наверх