RU2145255C1 - Acoustic method for treatment of fluid media in rotor-pulsation acoustic apparatus - Google Patents
Acoustic method for treatment of fluid media in rotor-pulsation acoustic apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- RU2145255C1 RU2145255C1 RU98116661A RU98116661A RU2145255C1 RU 2145255 C1 RU2145255 C1 RU 2145255C1 RU 98116661 A RU98116661 A RU 98116661A RU 98116661 A RU98116661 A RU 98116661A RU 2145255 C1 RU2145255 C1 RU 2145255C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- acoustic
- rotor
- stator
- processing
- mass
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Physical Water Treatments (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам обработки различных жидкотекучих сред в роторно-пульсационном акустическом аппарате и может быть использовано в химической, нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, пищевой, микробиологической, фармацевтической, парфюмерной и других отраслях промышленности, дорожном строительстве и т.д. The invention relates to methods for processing various fluid media in a rotary pulsating acoustic apparatus and can be used in chemical, oil, oil refining, food, microbiological, pharmaceutical, perfumery and other industries, road construction, etc.
Известен способ обработки жидкотекучих сред [1] (Патент РФ N 2090253, кл. В 01 F 7/00, Бл. N 26, 20.09.97) в роторно-пульсационном аппарате, заключающийся в том, что обработку ведут в условиях дополнительного акустического воздействия статора на среду колебания различной частоты и амплитуды, частоту при этом регулируют числом оборотов ротора, а амплитуду - моментом инерции массы диска вращающегося ротора. По этому способу удается получить дисперсии гидрофобных защищаемых компонент цветного проявления с размерами частиц 0,1 мкм, а также проводить пастеризацию и стерилизацию в молочных продуктах. Недостатком этого способа является то, что в нем используются дополнительные акустические колебания (воздействия) статора на обрабатываемую среду. Эти колебания имеют значительно меньшую интенсивность и частоту по сравнению с акустическими излучениями колеблющегося ротора, более того, иногда технически более выгодно вести обработку, когда статор выполняет роль акустического зеркала, т.е. он максимально отражает падающие на него акустические волны, создаваемые вращающимся ротором в обрабатываемой среде. Интенсивность акустического излучения по этому способу составляет 100-150 Вт/см2, а частота излучения находится в пределах 100 Гц - 16 кГц. Этот способ не позволяет получать стабильные во времени результаты (воспроизводимость и повторяемость результатов) при обработке различных сред, например, при пастеризации молока, при обеззараживании сточных вод, содержащих микроорганизмы, и т.д., что сдерживает его широкое практическое применение в различных областях народного хозяйства.A known method of processing a fluid medium [1] (RF Patent N 2090253, class B 01
Известен способ обработки жидкотекучих сред [2] (авторское свидетельство СССР N 1479088, кл. B 01 F 7/28, 15.05.89), наиболее близкий по сущности к предлагаемому изобретению, взятый нами за прототип, заключающийся в том, что обработку жидкотекучей среды ведут в условиях гидроакустического воздействия, например, на суспензию минеральных удобрений акустическими колебаниями с определенной интенсивностью и частотой, которые возникают в радиальном зазоре между ротором и статором с наложением на них вибраций статора, обусловленных его периодическим отжатием от ротора. Используя этот способ, можно получать, например, водотопливные эмульсии с размерами частиц по диаметру 0,6 - 0,8 мкм. Такие эмульсии обладают невысокой устойчивостью во времени - порядка 0,5 года. Кроме того, обработка по этому способу гидрофобных защищаемых компонент цветного проявления не позволяет получать приемлемые результаты, т. к. средний диаметр частиц дисперсной фазы имеет значение порядка 0,5 - 1,0 мкм. Этот способ в целом характеризуется низкими частотами до 4 кГц акустического излучения с низкой интенсивностью 50 - 60 Вт/см2, что делает его неприемлемым, например, для проведения звукохимических реакций, для получения высококачественных битумов, пастеризации и стерилизации в жидкотекучих средах и т.д.A known method of processing a fluid medium [2] (USSR author's certificate N 1479088, class B 01 F 7/28, 05/15/89), the closest in essence to the proposed invention, taken by us as a prototype, which consists in the fact that the processing of a fluid medium lead under conditions of hydroacoustic impact, for example, on a suspension of mineral fertilizers by acoustic vibrations with a certain intensity and frequency that occur in the radial clearance between the rotor and the stator with imposing stator vibrations on them, due to its periodic squeezing I eat from the rotor. Using this method, it is possible to obtain, for example, water-fuel emulsions with particle sizes in diameter of 0.6 - 0.8 microns. Such emulsions have low stability over time - about 0.5 years. In addition, the processing by this method of hydrophobic protected components of color development does not allow to obtain acceptable results, because the average particle diameter of the dispersed phase has a value of the order of 0.5 - 1.0 microns. This method is generally characterized by low frequencies of up to 4 kHz of acoustic radiation with a low intensity of 50-60 W / cm 2 , which makes it unacceptable, for example, for conducting sound-chemical reactions, for producing high-quality bitumen, pasteurization and sterilization in fluid media, etc. .
Техническим эффектом изобретения является повышение эффективности процесса обработки жидкотекучих сред (диспергирования, эмульгирования, смешения, гомогенизации, пастеризации, стерилизации, экстракции, растворения, проведения звукохимических реакций и т.д.) путем создания в аппарате высокочастотных, высокоинтенсивных колебаний диска ротора, воздействующих на обрабатываемую среду. The technical effect of the invention is to increase the efficiency of the processing of fluid media (dispersion, emulsification, mixing, homogenization, pasteurization, sterilization, extraction, dissolution, soundchemical reactions, etc.) by creating high-frequency, high-intensity oscillations of the rotor disk in the apparatus, affecting the machined Wednesday
Сущность изобретения характеризуется следующей совокупностью существенных признаков, обеспечивающих достижение указанного эффекта тем, что акустическую обработку жидкотекучих сред ведут в роторно-пульсационном акустическом аппарате, согласно изобретению, в условиях веерных колебаний плоскости диска вращающегося ротора различной формы, частоты, интенсивности относительно статора. The invention is characterized by the following set of essential features that ensure the achievement of this effect by the fact that the acoustic treatment of fluid is carried out in a rotary-pulsating acoustic apparatus according to the invention, in the conditions of fan vibrations of the plane of the disk of a rotating rotor of various shapes, frequencies, intensities relative to the stator.
Формы веерных колебаний, их частоту и интенсивность изменяют подбором акустической добротности материала диска ротора и его геометрических размеров. The forms of fan vibrations, their frequency and intensity are changed by the selection of the acoustic quality factor of the rotor disk material and its geometric dimensions.
Кроме того, форму веерных колебаний, их частоту и интенсивность регулируют изменением мощности, затрачиваемой на вращение диска ротора. In addition, the shape of the fan vibrations, their frequency and intensity are controlled by changing the power spent on the rotation of the rotor disk.
Кроме того, обработку ведут в аппарате со статором, отношение массы которого к массе диска ротора, а также отношение акустической добротности материала диска ротора к акустической добротности материала статора больше двух. In addition, the processing is carried out in an apparatus with a stator, the ratio of the mass of which to the mass of the rotor disk, as well as the ratio of the acoustic quality factor of the material of the rotor disk to the acoustic quality factor of the stator material is more than two.
Для усиления эффекта обработку ведут в аппарате со статором, имеющим отношение массы и акустической добротности материала к соответствующей массе и акустической добротности ротора в пределах 0,6 - 1,5. To enhance the effect, the processing is carried out in an apparatus with a stator having a ratio of mass and acoustic quality factor of the material to the corresponding mass and acoustic quality factor of the rotor in the range of 0.6 - 1.5.
Акустическая добротность - это количественная характеристика резонансных свойств, указывающая, во сколько раз амплитуда вынужденных колебаний при резонансе превышает амплитуду вынужденных колебаний на частоте много ниже резонансной при одинаковой амплитуде вынуждающей силы. Acoustic Q-factor is a quantitative characteristic of resonance properties, indicating how many times the amplitude of the forced vibrations at resonance exceeds the amplitude of the forced vibrations at a frequency much lower than the resonant at the same amplitude of the driving force.
Ведение акустической обработки жидкотекучих сред в роторно-пульсационном акустическом аппарате в условиях веерных колебаний плоскости диска вращающегося ротора различной формы, частоты, интенсивности относительно статора, как показано на фиг. 1-6, приводит к тому, что, по предлагаемому способу, удается использовать аппарат в широком диапазоне возможностей (см. приведенные ниже примеры). Это объясняется тем, что на обрабатываемую среду воздействует диск ротора всей своей плоскостью, при этом интенсивности акустических излучений достигают 350 Вт/см2, частоты достигают значений 63 кГц и выше. На фиг. 1-6 приведены примеры веерных колебаний различной формы и частоты (мы представляем только часть этих колебаний), диапазон частот лежит в пределах от 100 Гц до 63 кГц, при этом частоты могут быть дробными, некратными числами.Conducting acoustic processing of fluid media in a rotary-pulsating acoustic apparatus in the conditions of fan vibrations of the plane of the disk of a rotating rotor of various shapes, frequencies, intensities relative to the stator, as shown in FIG. 1-6, leads to the fact that, by the proposed method, it is possible to use the device in a wide range of possibilities (see the examples below). This is explained by the fact that the rotor disk acts on the medium being treated with its entire plane, while the acoustic radiation intensities reach 350 W / cm 2 , the frequencies reach 63 kHz and higher. In FIG. Figures 1-6 show examples of fan oscillations of various shapes and frequencies (we present only a part of these oscillations), the frequency range lies in the range from 100 Hz to 63 kHz, while the frequencies can be fractional, non-multiple numbers.
Форму веерных колебаний и их частоту (сочетание того и другого) можно заранее подобрать путем подбора акустической добротности материала ротора, его геометрических размеров (диаметра, толщины полотна диска ротора и высоты установленных на нем лопаток отношением длины проточного канала в радиальном направлении к длине участка, где лопатки не установлены). Некоторые данные по акустической добротности материалов приведены в табл. N 1 фиг. 7. Такой подбор осуществляется для каждого класса сред с учетом их индивидуальных особенностей и того результата, который ожидают получить в результате такой обработки. The shape of the fan vibrations and their frequency (a combination of both) can be pre-selected by selecting the acoustic quality factor of the rotor material, its geometric dimensions (diameter, thickness of the blade of the rotor disk and the height of the blades mounted on it by the ratio of the length of the flow channel in the radial direction to the length of the section where blades are not installed). Some data on the acoustic quality factor of materials are given in table.
Форму веерных колебаний, их частоту и интенсивность можно регулировать для каждого конкретного ротора, выполненного из определенного материала, определенной геометрии, изменением мощности, затрачиваемой на вращение диска ротора. Такое регулирование позволяет плавно, не останавливая вращение ротора менять частоту колебаний ротора, его формы и интенсивности. Этот параметр регулируется изменением частоты вращения ротора. С увеличением частоты вращения возрастает мощность, потребляемая ротором как на его вращение, так и на создание им акустического поля. В проведенных нами работах было установлено, что при определенных условиях (материал диска ротора, титановый сплав с добротностью, равной 22000, отношение диаметра к толщине полотна диска ротора в пределах от 30 до 90, отношение высоты лопатки к толщине диска в пределах 1,25-3,3 и частотах вращения в пределах от 3200 до 12000 об/мин), интенсивность акустического излучения диска ротора достигала пределов 250 - 350 Вт/см2, что подтверждается косвенно теми результатами, которые получены и приведены в примерах. Затрачиваемая на вращение ротора мощность контролируется и определяется по ваттметру, а излучаемая частота - по анализатору спектра частного излучения.The shape of the fan vibrations, their frequency and intensity can be adjusted for each specific rotor made of a certain material, a certain geometry, a change in the power spent on the rotation of the rotor disk. This regulation allows you to smoothly, without stopping the rotation of the rotor to change the frequency of oscillation of the rotor, its shape and intensity. This parameter is controlled by changing the rotor speed. With an increase in the rotation frequency, the power consumed by the rotor both for its rotation and the creation of an acoustic field increases. In our work, it was found that under certain conditions (the material of the rotor disk, titanium alloy with a quality factor of 22,000, the ratio of the diameter to the thickness of the blade web of the rotor in the range from 30 to 90, the ratio of the height of the blade to the thickness of the disk in the range 1.25 3.3 and rotation frequencies ranging from 3200 to 12000 rpm), the intensity of the acoustic radiation of the rotor disk reached the limits of 250 - 350 W / cm 2 , which is confirmed indirectly by the results obtained and shown in the examples. The power spent on the rotation of the rotor is monitored and determined by a wattmeter, and the emitted frequency is determined by a private radiation spectrum analyzer.
Введение акустической обработки в роторно-пульсационном акустическом аппарате со статором, отношение массы которого к массе диска ротора, а также отношение акустической добротности материала диска ротора к акустической добротности материала статора больше двух приводит к тому, что статор, в данном случае, является акустическим зеркалом для акустических волн, создаваемых колеблющимся веерообразно ротором. В этом случае падающие на статор акустические волны отражаются от него и возвращаются в обрабатываемую среду. Ведение обработки в условиях, когда статор аппарата является акустическим зеркалом для колеблющегося ротора с максимальным отражением падающей на него акустической энергии, приводит к тому, что отраженные акустические волны, накладываясь на основные излучаемые ротором волны, создают в обрабатываемой жидкотекучей среде интерференцию этих волн, при этом увеличивается частота и амплитуда пульсаций скорости, давления в последней, что положительно сказывается на процессах диспергирования, эмульгирования, пастеризации, стерилизации, повышает скорости протекания звукохимических процессов и т.д. Выполнение статора как акустического зеркала возможно в том случае, когда акустическая добротность материала статора ниже акустической добротности материала ротора в два и более раз. Например, если ротор выполнен из титана и титановых сплавов с добротностью 22000, то статор может быть выполнен из стали 45 с акустической добротностью 8000 или меди с акустической добротностью 6000. Превышение массы статора в два и более раз массы ротора также делают его невосприимчивым к высоким частотам, излучаемым ротором. Например, полученные нами таким способом водомазутные эмульсии в пропорциях содержания воды от 5 до 95% имели агрегативную устойчивость до 2,5 лет без следов развала эмульсии. The introduction of acoustic processing in a rotary-pulsating acoustic device with a stator, the ratio of the mass of which to the mass of the rotor disk, as well as the ratio of the acoustic quality factor of the rotor disk material to the acoustic quality factor of the stator material more than two, leads to the fact that the stator, in this case, is an acoustic mirror for acoustic waves generated by an oscillating fan-shaped rotor. In this case, the acoustic waves incident on the stator are reflected from it and returned to the medium being processed. Conducting processing under conditions when the stator of the apparatus is an acoustic mirror for an oscillating rotor with maximum reflection of the incident acoustic energy, leads to the fact that the reflected acoustic waves, superimposed on the main waves emitted by the rotor, create interference of these waves in the fluid being processed, while the frequency and amplitude of pulsations of speed and pressure in the latter increase, which positively affects the processes of dispersion, emulsification, pasteurization, sterilization, and increase It decreases the speed of sound chemical processes, etc. The execution of the stator as an acoustic mirror is possible in the case when the acoustic quality factor of the stator material is two or more times lower than the acoustic quality factor of the rotor material. For example, if the rotor is made of titanium and titanium alloys with a Q factor of 22000, then the stator can be made of
Ведение акустической обработки в роторно-пульсационном акустическом аппарате со статором, имеющим отношение массы и акустической добротности материала к соответственно массе и акустической добротности материала ротора в пределах 0,6 - 1,5, приводит к тому, что статор является резонатором акустических колебаний, создаваемых колеблющимся веерообразно ротором. В этом случае падающие на статор акустические волны приводят его в резонансные колебания, при этом амплитуда колебаний его резко возрастает, и в обрабатываемой среде имеет место интерференция акустических волн, приводящая к увеличению амплитуды их колебаний. Это позволяет с успехом использовать этот способ для обеззараживания сточных вод, зараженных бактериями, см. фиг. 10, для пастеризации и стерилизации молочных продуктов, для обработки битума, для интенсификации проведения звукохимических реакций и т.д. Так обработка мазута по предлагаемому способу снижает его вязкость на порядок, что является положительным фактором при подаче его в топку, так как при снижении вязкости улучшается распыл мазута, происходит более полное его сгорание. Это все объясняется тем, что при вышеуказанных частотах, интенсивностях и формах колебания диска ротора, при вышеуказанных вариантах его применения, предлагаемый способ акустической обработки позволяет оказывать интенсивное воздействие на объекты типа бактерии, макромолекулы нефтепродуктов, т.е. на объекты, находящиеся в жидкотекучей среде с размерами порядка 0,05 - 0,1 мкм, разрушая их. Conducting acoustic processing in a rotary-pulsating acoustic apparatus with a stator having a mass and acoustic quality factor of the material to the mass and acoustic quality factor of the rotor material in the range 0.6 - 1.5, respectively, leads to the fact that the stator is a resonator of acoustic vibrations generated by fan-shaped rotor. In this case, the acoustic waves incident on the stator bring it into resonant vibrations, while the amplitude of its oscillations increases sharply, and interference of the acoustic waves takes place in the processed medium, leading to an increase in the amplitude of their vibrations. This makes it possible to successfully use this method for the disinfection of wastewater infected with bacteria, see FIG. 10, for pasteurization and sterilization of dairy products, for processing bitumen, for the intensification of soundchemical reactions, etc. So the processing of fuel oil by the proposed method reduces its viscosity by an order of magnitude, which is a positive factor when feeding it into the furnace, since when the viscosity decreases, the atomization of fuel oil improves, its combustion is more complete. This is all due to the fact that at the above frequencies, intensities and vibration forms of the rotor disk, with the above variants of its application, the proposed method of acoustic processing allows you to have an intense effect on objects such as bacteria, macromolecules of petroleum products, i.e. objects located in a fluid medium with sizes of the order of 0.05 - 0.1 microns, destroying them.
Существенными отличительными признаками изобретения являются следующие: ведение акустической обработки жидкотекучих сред в роторно-пульсационном акустическом аппарате в условиях веерных колебаний плоскости диска вращающегося ротора различной формы, частот, интенсивности относительно статора, форму веерных колебаний, их частоту и интенсивность изменяют подбором акустической добротности материала диска ротора, его геометрическими размерами, кроме того, форму, веерных колебаний, их частоту и интенсивность регулируют изменением мощности, затрачиваемой на вращение диска ротора. Кроме того, обработку ведут в аппарате со статором, отношение массы которого к массе ротора и отношение акустической добротности материала ротора к акустической добротности материала статора больше двух. Кроме того, обработку ведут в аппарате со статором, отношение массы которого к массе диска ротора, а также отношение акустической добротности материала диска ротора к акустической добротности материала статора находится в пределах 0,6-1,5. The essential distinguishing features of the invention are the following: conducting acoustic processing of fluid in a rotary pulsating acoustic apparatus in the conditions of fan vibrations of the plane of the disk of a rotating rotor of various shapes, frequencies, intensities relative to the stator, the shape of fan vibrations, their frequency and intensity are changed by selecting the acoustic quality factor of the material of the rotor disk , its geometric dimensions, in addition, the shape, fan vibrations, their frequency and intensity are regulated by changing the power axis spent on the rotation of the rotor disk. In addition, the processing is carried out in an apparatus with a stator, the ratio of the mass of which to the mass of the rotor and the ratio of the acoustic quality factor of the rotor material to the acoustic quality factor of the stator material is more than two. In addition, the processing is carried out in an apparatus with a stator, the ratio of the mass of which to the mass of the rotor disk, as well as the ratio of the acoustic quality factor of the material of the rotor disk to the acoustic quality factor of the stator material is in the range of 0.6-1.5.
Сравнительный анализ предлагаемого изобретения с известными техническими решениями позволяет нам сделать вывод о новизне и соответствии условию изобретательского уровня этого технического решения. A comparative analysis of the invention with known technical solutions allows us to conclude about the novelty and compliance with the condition of the inventive step of this technical solution.
На фиг. 8 представлен роторно-пульсационный акустический аппарат, в котором осуществляют предлагаемый способ, его продольный разрез, на фиг. 9 - сечение А-А фиг. 8, на фиг. 1-6 представлены диски ротора аппарата, совершающие своей плоскостью веерные колебания различной формы, частоты, интенсивности относительно статора при различных частотах его вращения, на фиг. 7 приведена табл. 1 акустической добротности некоторых материалов, на фиг. 10 представлен график изменения количества бактерий в сточных водах при обработке на различных режимах акустического излучения от количества циклов обработки, на фиг. 11 представлен график сохранности молока, обработанного по предлагаемому способу, по горизонтальной оси отложено время хранения в сутках, по вертикальной оси - кислотность молока в градусах Тернера, на фиг. 12 представлен график заглушки бактерий, проведенной по изобретению, по вертикальной оси в процентах отложено количество выживших бактерий, по горизонтальной оси - время обработки в минутах. На фиг. 13 - табл. 2 - результаты обработки битума по прототипу и по изобретению, на фиг. 14 - табл. 3 - результаты обработки цельного молока по изобретению, на фиг. 15 - табл. 4 - результаты восстановления сухого молока по изобретению и прототипу, на фиг. 16 - табл. 5 с результатами "заглушки" бактерий. Индекс "П" на фиг. 1 - 6 это пучности колебаний, т.е. часть диска, совершающего максимальные колебания, а индекс "У" - узлы колебаний, т.е. часть диска с нулевой амплитудой колебаний. Индексы ОМЧ и БГКП в табл. 3, 4 - фиг. 14, 15 обозначают общее микробное число и бактерии группы кишечной палочки соответственно. ОМЧ дано в одном миллилитре. In FIG. 8 shows a rotary-pulsating acoustic apparatus in which the proposed method is implemented, its longitudinal section, in FIG. 9 is a section AA of FIG. 8, in FIG. 1-6, the rotor disks of the apparatus are shown, making fan-shaped oscillations of various shapes, frequencies, intensities relative to the stator at various frequencies of its rotation, in FIG. 7 shows the table. 1 acoustic quality factor of some materials, in FIG. 10 shows a graph of the change in the number of bacteria in wastewater during processing at various modes of acoustic radiation versus the number of treatment cycles, FIG. 11 shows a graph of the safety of milk processed by the proposed method, the horizontal axis shows the storage time in days, the vertical axis shows the acidity of milk in degrees Turner, in FIG. 12 is a graph of the bacteria plug according to the invention, the percentage of surviving bacteria is plotted on the vertical axis as a percentage, and the treatment time in minutes on the horizontal axis. In FIG. 13 - tab. 2 - the results of processing bitumen according to the prototype and according to the invention, FIG. 14 - tab. 3 shows the results of processing whole milk according to the invention, FIG. 15 - tab. 4 shows the results of reconstituting milk powder according to the invention and the prototype; FIG. 16 - tab. 5 with the results of a "stub" of bacteria. The index "P" in FIG. 1 - 6 are antinodes of oscillations, i.e. the part of the disk that makes the maximum vibrations, and the index "Y" is the vibration nodes, i.e. part of the disk with zero amplitude of oscillation. The indices of OMC and BGKP in table. 3, 4 - FIG. 14, 15 indicate the total microbial number and bacteria of the Escherichia coli group, respectively. TBC is given in one milliliter.
Аппарат (см. фиг. 8, 9) содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками. В корпусе 1 с зазором установлены статоры 4 с помощью упругих элементов (лопаток, стоек) статора 5. На торцах статоров 4, обращенных в противоположную сторону от корпуса 1, размещены коаксиальные цилиндры 6, в которых выполнены проточные каналы 7. На валу 8 установлен ротор 9 с помощью упругих лопаток 10 и втулки 11. На торцах диска ротора 9 размещены коаксиальные цилиндры 12, в которых выполнены проточные каналы 13. Ротор 9 выполнен из титана или титановых сплавов, т.к. акустическая добротность этого материала наибольшая из известных и доступных металлов и их сплавов. В зависимости от назначения статоров 4 они могут быть выполнены как из титана или титановых сплавов и иметь массу, близкую по значению массе ротора, или могут быть выполнены из материалов, обладающих низкими значениями акустической добротности, и иметь массу, за счет увеличения толщины статоров, плотности материала, превосходящую массу ротора в 2 и более раз. В этом случае статоры выполняют роль акустических зеркал, отражающих в обрабатываемую среду максимально акустические колебания, создаваемые вращающимся ротором 9. В том случае, когда материал статоров такой же, как и материал ротора, т.е. титановые сплавы, статоры выполняют роль акустических резонаторов, колеблющихся с теми же частотами, что и вращающийся ротор. В таблице 1 (фиг. 7) приведены значения акустической добротности для различных материалов. The apparatus (see Fig. 8, 9) contains a
Поверхность акустического зеркала должна обладать высокой гладкостью. Шероховатость ее должна быть меньше длины волны, возникающей в обрабатываемой жидкотекучей среде колеблющимся ротором, в 20 раз. The surface of the acoustic mirror should be highly smooth. Its roughness should be less than 20 times the wavelength that occurs in the processed fluid medium by the oscillating rotor.
Поверхность акустического резонатора должна иметь шероховатость, соизмеримую с длиной акустических волн, возникающих в обрабатываемой жидкотекучей среде, создаваемых вращающимся и, одновременно, веерно колеблющимся ротором. The surface of the acoustic resonator must have a roughness commensurate with the length of the acoustic waves generated in the fluid being processed, generated by a rotating and, simultaneously, fan-oscillating rotor.
Предлагаемый способ осуществляется в аппарате следующим образом: через входной патрубок 2 в аппарат 1 поступает обрабатываемая жидкотекучая среда (см. приведенные примеры). Под действием насосного эффекта, создаваемого упругими лопатками 10 ротора 9 и стенками проточных каналов 13 ротора 9, вращающегося вместе со втулкой 11 и валом 8, она движется в радиальном направлении, проходя последовательно через проточные каналы 7, выполненные в коаксиальных цилиндрах 6 статоров 5, и проточные каналы 13, выполненные в коаксиальных цилиндрах 12 ротора 9. Здесь она подвергается интенсивному механическому воздействию со стороны вышеуказанных элементов конструкции ротора и статоров, что приводит к интенсивному перемешиванию, растворению, гомогенизации, грубому диспергированию и т.д. При этом эти процессы протекают на макроуровне. Благодаря акустической кавитации, возникающей в таких устройствах в жидкотекучей среде, возникают акустические колебания невысокой интенсивности порядка 50-80 Вт/см2. Наряду со всем этим, в предлагаемом способе под действием колебаний, возникающих во вращающемся диске ротора 9 при изменении частоты его вращения, имеют место колебания самого диска ротора с частотами до 63 кГц и интенсивностью до 350 Вт/см2. На представленных фиг. 1 - 6 изображены колебания плоскости диска ротора 9 при различных частотах. Ограничение частотой в 20 кГц объясняется тем, что большие частоты колебаний диска ротора зафиксировать визуально не представляется возможным из-за ограничений в разрешающей способности фиксирующего комплекса. Колебания плоскости диска ротора возникают вследствие того, что, во-первых, он установлен на втулке 11 с помощью упругих лопаток 10, что позволяет диску совершать эти колебания, а, во-вторых, из-за того, что диск ротора 9 обтекается потоком жидкости с двух сторон, что неизбежно приводит к неравномерному течению жидкости с одной и другой стороны. В силу этого на диск ротора начинает действовать пульсирующее давление, возникающее с разных сторон диска, что и приводит к представленным формам колебаний диска ротора 9. Такие же колебания возникают и в односторонних дисках, когда коаксиальные цилиндры с проточными каналами 13 установлены только на одной стороне плоскости диска ротора 9. В этом случае при определенных частотах вращения диска ротора из-за пульсаций давления уже с одной стороны диск ротора совершает точно такие же по форме, частоте и амплитуде веерные колебания, обладающие значительно большей интенсивностью, чем все другие акустические колебания, возникающие в аппарате, например, по прототипу. Регулирование интенсивности акустического воздействия вращающегося ротора регулированием затрачиваемой на его вращение мощности происходит за счет изменения частоты вращения диска ротора. Например, повышение частоты вращения приводит к увеличению потребляемой мощности в третьей степени, при этом часть "дополнительной" мощности превращается в мощность акустического излучения, например, приводит к увеличению амплитуды колебаний, увеличению их частоты. На фиг. 1 изображен диск ротора, колеблющийся с частотой 15 кГц, при этом пучности колебаний имеют большую поверхность, а узлы - маленькую поверхность, интенсивность излучения достигла при этом значении 250 - 350 Вт/см2. Такой же уровень излучения достигался и при частоте 20 кГц (см. фиг. 5), хотя амплитуда колебаний была несколько ниже. Все эти значения (см. фиг. 1 - 6) были получены при различных частотах вращения и мощностях, затрачиваемых на это. Диапазон частот и мощностей, затрачиваемых на вращение диска ротора, находятся в пределах 800 - 9500 об/мин и 25-120 кВт соответственно. Полученные изображения колеблющихся дисков ротора также относятся к дискам, имеющим разные геометрические размеры (диаметр, толщину полотна, высоту лопаток и т.д.). Только наличие этих колебаний диска ротора 9 относительно статора 4 может привести к получаемым результатам обработки по предлагаемому способу в приведенных примерах.The proposed method is carried out in the apparatus as follows: through the
Нами были проведены экспериментальные работы по обработке битумов, приведенные в таблице N 2 фиг. 13, по прототипу и по изобретению. We conducted experimental work on the processing of bitumen, shown in
Температура размягчения КиШ определяется по ГОСТ 11506-78 и характеризует температуру перехода битума из твердого состояния в жидкое. Пенетрация - это показатель, характеризующий глубину проникновения иглы в битум, она косвенно характеризует степень твердости битума. Температура хрупкости - это температура, при которой битум разрушается под действием кратковременно приложенной нагрузки. Из приведенных в таблице N 2 фиг. 13 данных обработки битума БНД 60/90 по прототипу и предлагаемому изобретению видно, что обработка по прототипу не приводит ни к каким изменениям в битуме. Обработка по предлагаемому способу приводит к увеличению эластичности битума (растяжимость, пенетрация), к снижению температуры хрупкости, что является чрезвычайно положительным фактом, т.к. без ввода в битум специальных добавок предлагаемый способ, только за счет обработки, позволяет повысить эти очень существенные показатели битума. Кроме того, температура вспышки обработанного битума по предлагаемому способу повышается с 220 до 240oC, что также является значительным улучшением противопожарной безопасности автомобильных дорог, покрытых асфальтобетоном, и мягких кровель зданий, покрытых битумом, обработанным по предлагаемому способу. Технологические параметры обработки битумов по прототипу следующие: объем обрабатываемого битума 30 литров, температура начала 150oC, окончания - 180oC, время обработки 10 минут; по предлагаемому способу: объем обрабатываемого битума 30 литров, температура начала 70oC, окончания - 170oC, время обработки 1,5 минуты. Частотный диапазон по прототипу 2-4 кГц, интенсивность 50 Вт/см2. Частотный диапазон по предлагаемому способу 100 Гц - 63 кГц, интенсивность 250 Вт/см2.The softening temperature KiS is determined according to GOST 11506-78 and characterizes the temperature of the transition of bitumen from solid to liquid. Penetration is an indicator characterizing the depth of penetration of a needle into bitumen; it indirectly characterizes the degree of hardness of bitumen. The fragility temperature is the temperature at which bitumen is destroyed under the action of a short-term load. From the
По предлагаемому способу проводилась обработка зараженной микробами воды. На графике фиг. 10 приведены результаты обработки воды. На графике изображены три кривые, соответствующие 100, 75, 50 процентам излучаемой акустической мощности. Из фиг. 9 видно, что благодаря предлагаемому способу можно не только обеззараживать сточные воды предприятий, в которых имеет место бактериальное заражение стоков, но и получать питьевую воду по бактериальным показателям, т.к. по ГОСТ 2874-82 на воду питьевую число микроорганизмов в 1 мл3 не должно превышать 100 ед., а предлагаемый способ позволяет получать значение 50 ед. на мл при 70% и 100% излучения мощности аппаратом, при этом частотный диапазон был 100 Гц - 63 кГц, а за 100% была взята интенсивность 250 Вт/см2. Обработанная по прототипу зараженная вода с теми же исходными данными, 500000 ед. бактерий на мл, что и по предлагаемому способу, после обработки одинакового объема (30 литров) осталась без изменения, т.е. в ней не уменьшилось в результате обработки содержание бактерий в количестве 5•105 ед. на мл. Технологические показатели обработки воды по прототипу те же, что и в случае обработки битума. На фиг. 11 представлены результаты хранения цельного молока, обработанного по предлагаемому способу. Обработка велась в диапазоне акустических частот 100 Гц - 63 кГц с интенсивностью до 350 Вт/см2. За основу сохраняемости молока была взята кислотность молока в градусах Тернера, отложенная по вертикальной оси, по горизонтальной оси отложено время хранения в сутках. Нормальное время хранения пастеризованного молока 36 часов, максимальная кислотность молока в градусах Тернера - 24oT. Линиями 1, 2, 3, 4 показаны сроки хранения обработанного по изобретению молока при различных температурах, время обработки порядка 0,2 сек. В табл. 3, 4 фиг. 14, 15 приведены данные этой обработки по другим показателям. Нормы содержания ОМЧ в пастеризованном молоке не более 50000 ед. в мл, а в стерильном - не более 1000 ед. в мл. В табл. 3 фиг. 14 - данные обработки цельного молока по изобретению в сравнении с исходным молоком, а в табл. 4 фиг. 15 - данные восстановления сухого молока в сравнении с прототипом, количество бактерий в одном миллилитре. Из таблицы 3 фиг. 14 видно, что пастеризация молока начинается с 50oC, а стерилизация - с 70oC. Хранение молока (фиг. 11) проводилось при температуре 3-10oC в обычных не стерильных условиях для результатов обработки, приведенных в таблице 3 фиг. 14. В табл. 4 фиг. 15 приведены результаты восстановления сухого молока по прототипу и по изобретению. Из этой таблицы видно, что воздействие на восстановленное молоко акустическим полем, создаваемым вращающимся ротором, совершающим своей плоскостью веерные колебания различной формы, частоты, интенсивности относительно статора, приводит к разрушению бактерий и, как следствие этого, к пастерилизации и стерилизации молока. Это же самое видно и из примера обеззараживания сточных вод, приведенных на фиг. 10. При обработке битума, по всей вероятности, происходит разрушение в нем мальтенов и асфальтенов, что и приводит к улучшению свойств обработанного по изобретению битума.According to the proposed method, the treatment of water infected with microbes was carried out. In the graph of FIG. 10 shows the results of water treatment. The graph shows three curves corresponding to 100, 75, 50 percent of the emitted acoustic power. From FIG. Figure 9 shows that thanks to the proposed method, it is possible not only to disinfect the wastewater of enterprises in which bacterial infection of wastewater takes place, but also to obtain drinking water by bacterial indicators, because according to GOST 2874-82 on water, the drinking number of microorganisms in 1 ml 3 should not exceed 100 units, and the proposed method allows to obtain a value of 50 units. per ml at 70% and 100% of the power radiation of the apparatus, while the frequency range was 100 Hz - 63 kHz, and the intensity of 250 W / cm 2 was taken as 100%. The contaminated water treated according to the prototype with the same initial data, 500,000 units. bacteria per ml, which, according to the proposed method, after processing the same volume (30 liters) remained unchanged, i.e. it did not decrease as a result of processing the bacterial content in the amount of 5 • 10 5 units. per ml. Technological parameters of water treatment according to the prototype are the same as in the case of bitumen processing. In FIG. 11 presents the results of storage of whole milk processed by the proposed method. Processing was carried out in the range of
На фиг. 12 и в табл. 5 фиг. 16 представлены результаты работы по "заглушке" бактерий, проведенных по предлагаемому изобретению. В качестве модельной жидкости была взята система, состоящая из раствора 30% пекарских дрожжей в воде общим объемом в 30 л. Из приведенного графика и таблицы видно, что в результате обработки по изобретению количество выживших бактерий меньше 10%. Рубеж в 10% определяет способность микробиологической системы размножаться, если количество оставшихся бактерий меньше 10%, в данной системе бактерии не размножаются, если больше, то система способна развиваться дальше. В приведенных примерах количество выживших в результате обработки бактерий меньше 10%. Была проведена обработка точно такой же системы по прототипу, которая не дала никаких положительных результатов. Это может найти применение при низкотемпературной "заглушке" бактерий в микробиологической промышленности. In FIG. 12 and tab. 5 of FIG. 16 presents the results of work on the "stub" of bacteria carried out according to the invention. A system consisting of a solution of 30% baking yeast in water with a total volume of 30 l was taken as a model fluid. From the graph and table it can be seen that as a result of processing according to the invention, the number of surviving bacteria is less than 10%. A boundary of 10% determines the ability of the microbiological system to multiply, if the number of remaining bacteria is less than 10%, in this system bacteria do not multiply, if more, the system is able to develop further. In the above examples, the number of survivors from the processing of bacteria is less than 10%. The processing of the exact same prototype system was carried out, which did not give any positive results. This may find application in the low-temperature "plug" of bacteria in the microbiological industry.
Таким образом, предлагаемый акустический способ обработки жидкотекучих сред, когда обработку ведут в условиях веерообразных колебаний плоскости диска вращающегося ротора, как показано на фиг. 1 - 6, причем интенсивность акустического воздействия (частоту, амплитуду) изменяют подбором акустической добротности материала диска ротора, его геометрическими размерами, регулируют затрачиваемой на его вращение мощностью, приводит к качественным изменениям, происходящим в обрабатываемой среде, значительно расширяя технологические возможности способа по сравнению с известными. Thus, the proposed acoustic method for processing fluid media when processing is carried out under fan-shaped vibrations of the plane of the disk of the rotating rotor, as shown in FIG. 1 - 6, and the intensity of the acoustic impact (frequency, amplitude) is changed by selecting the acoustic quality factor of the material of the rotor disk, its geometrical dimensions, regulate the power expended on its rotation, leads to qualitative changes occurring in the processed medium, significantly expanding the technological capabilities of the method compared to famous.
Эффект от использования предлагаемого способа заключается в повышении технологических возможностей способа, в интенсификации процессов проведения химических реакций, возможности получения продуктов, обладающих более высокими качествами по отношению к исходным продуктам, что подтверждается приведенными примерами использования предлагаемого способа. The effect of using the proposed method is to increase the technological capabilities of the method, to intensify the processes of chemical reactions, the possibility of obtaining products with higher qualities in relation to the starting products, which is confirmed by the above examples of the use of the proposed method.
Литература
1. Патент Российской Федерации N 2090253, кл. B 01 F 7/00, Бл. N 26 от 20.09.97ю
2. Авторское свидетельство СССР N 1479088, кл. B 01 F 7/28, 15.05.89 - прототип.Literature
1. Patent of the Russian Federation N 2090253, cl. B 01
2. USSR author's certificate N 1479088, cl. B 01
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98116661A RU2145255C1 (en) | 1998-09-01 | 1998-09-01 | Acoustic method for treatment of fluid media in rotor-pulsation acoustic apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98116661A RU2145255C1 (en) | 1998-09-01 | 1998-09-01 | Acoustic method for treatment of fluid media in rotor-pulsation acoustic apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2145255C1 true RU2145255C1 (en) | 2000-02-10 |
Family
ID=20210191
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98116661A RU2145255C1 (en) | 1998-09-01 | 1998-09-01 | Acoustic method for treatment of fluid media in rotor-pulsation acoustic apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2145255C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2570078C1 (en) * | 2015-01-12 | 2015-12-10 | Закрытое акционерное общество Производственная компания "ДИТЭКО" | Method for increasing fuel oil viscosity at negative temperature |
-
1998
- 1998-09-01 RU RU98116661A patent/RU2145255C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2570078C1 (en) * | 2015-01-12 | 2015-12-10 | Закрытое акционерное общество Производственная компания "ДИТЭКО" | Method for increasing fuel oil viscosity at negative temperature |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Dhankhar | Homogenization fundamentals | |
US10201651B2 (en) | Systems and methods for destroying cancer cells in blood | |
WO2013015708A1 (en) | Method for ultrasonic cavitation treatment of liquid media | |
Webster | Cavitation | |
CN103140282B (en) | Method for the simultaneous ultrasonic cavitation treatment of liquid media of different compositions | |
RU2501598C1 (en) | Method of simultaneous ultrasonic cavitation processing of liquid medium volumes | |
RU2145255C1 (en) | Acoustic method for treatment of fluid media in rotor-pulsation acoustic apparatus | |
Deynichenko et al. | Parameter optimization of milk pulsation homogenizer | |
Kerboua et al. | Mechanical technologies: ultrasound and cavitation in food processing | |
RU2162363C1 (en) | Acoustic method for treatment of fluid media in rotor-pulsation acoustic apparatus | |
Peacocke et al. | Some biophysical aspects of ultrasound | |
RU2140813C1 (en) | Method and rotary-pulsating apparatus for acoustic treatment of fluid mediums | |
RU2145517C1 (en) | Method of treatment of fluid media and rotor-pulsing acoustic apparatus for method embodiment | |
RU2495337C2 (en) | Electrically driven pump-sealed rotary heat generator | |
JP2003013076A (en) | Fuel oil and method for producing the same | |
RU2724745C1 (en) | Method of ultrasonic dispersion of demulsifier in water-oil emulsion | |
RU26197U1 (en) | HYDRODYNAMIC DISPERSANT | |
RU2354445C1 (en) | Acoustic method of treatment of fluid mediums and rotary pulsating acoustic device for implementation of this method | |
RU2434674C1 (en) | Device for physicochemical treatment of fluids | |
RU2144423C1 (en) | Method for processing fluid media in rotor-pulsation acoustic apparatus | |
RU2142843C1 (en) | Method and rotor-pulsation apparatus for treatment of fluid media | |
EP3260523A1 (en) | Process for producing a hydrocarbon mixture | |
Nasiri et al. | Flocculation and separation of oil droplets in ultrasonic standing wave field | |
RU2288777C1 (en) | Acoustic method of treatment of fluid media in rotary pulsation acoustic apparatus | |
RU2429066C1 (en) | Apparatus for physico-chemical treatment of liquid medium |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090902 |