RU225611U1 - Устройство для ультразвуковой интенсификации процессов в жидких средах - Google Patents
Устройство для ультразвуковой интенсификации процессов в жидких средах Download PDFInfo
- Publication number
- RU225611U1 RU225611U1 RU2023117456U RU2023117456U RU225611U1 RU 225611 U1 RU225611 U1 RU 225611U1 RU 2023117456 U RU2023117456 U RU 2023117456U RU 2023117456 U RU2023117456 U RU 2023117456U RU 225611 U1 RU225611 U1 RU 225611U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ultrasonic
- processes
- liquid
- waveguide
- ultrasound
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 abstract description 15
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 13
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 9
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K aluminum chloride Substances Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 6
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 6
- 230000029936 alkylation Effects 0.000 description 5
- 238000005804 alkylation reaction Methods 0.000 description 5
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 5
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000004711 α-olefin Substances 0.000 description 5
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 4
- 239000002585 base Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 150000004996 alkyl benzenes Chemical class 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 150000005673 monoalkenes Chemical class 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 2
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- XCIXKGXIYUWCLL-UHFFFAOYSA-N cyclopentanol Chemical class OC1CCCC1 XCIXKGXIYUWCLL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000001030 gas--liquid chromatography Methods 0.000 description 1
- 239000012456 homogeneous solution Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Abstract
Полезная модель относится к химической промышленности, в частности к нефтехимической промышленности, и может быть использована для практического и научного применения, в частности, для интенсификации ультразвуком процессов в жидких средах, для определения оптимальных параметров технологических процессов. Устройство содержит ультразвуковой излучатель, соединенный с акустическим волноводом, размером в половину длины ультразвуковой волны, отличающееся тем, что в волноводе имеется канал от излучающей поверхности до узла на расстоянии в четверть длины волны, обеспечивающий движение жидкости, в том числе, через проточную активную зону с регулируемой плотностью энергии.
Description
Полезная модель относится к химической промышленности, в частности к нефтехимической промышленности, и может быть использована для получения масел-теплоносителей, основ смазочных материалов, сырья для синтеза поверхностно-активных веществ и др. в рамках второго передела переработки нефти. Заявляемая полезная модель предназначена для практического и научного применения, в частности, для интенсификации ультразвуком процессов в жидких средах, для определения оптимальных параметров технологических процессов.
В настоящее время, после первого передела нефти с извлечением из нее автомобильного и авиационного горючего, остается ценное сырье для второго передела, включая производство масел-теплоносителей (Беклемышев В.И., Махонин И.И. Летов А.Ф., Авилов А.Э., Зиненко С.А., Юрьев В.М. «Способ получения масла-теплоносителя» RU 2216570 2002) путем очистки отдельных нефтяных фракций, основы смазочных материалов и теплоносителей (Беклемышев В.И., Махонин И.И. Летов А.Ф., Юрьев В.М., Аптекман A.Г. (US), Болгов В.Ю. «Способ получения основы смазочных материалов и теплоносителей» RU, 2231537,2002), получение алкилбензолов (Тыщенко Ю.А., Ананьин А.А., Жуков Ю.Н., Левушкин Д.А., Юрьев В.М., Янкилевич В.М. «Способ получения алкилбензолов» RU 2181350, 2000), алкилированием бензола моноолефинами в присутствии катализатора-хлористого алюминия - при нагревании, в течение 10-40 мин при температуре до 50-70°С, производства ряда других ценных соединений (Rasparini М., Piatek A.M., Powles K.А., Саrсоnе L., D'arienzo G. Selective alkylation ofcyclopentylalcohols WO 2014154908 A1, 2013).
Высокая потребность промышленности в продуктах вторичного передела нефти и большое количество сырья для его приготовления стимулируют разработку новых технических решений (Семенов Ю.А., Таранов А.С. Способ переработки нефтесодержащий фракций и устройство для его осуществления RU 2422492, 2023), в том числе, с активацией технологий физическими воздействиями - температурой, магнитными полями, звуком, ультразвуком. Так, известно техническое решение, в соответствии с которыми нефтесодержащий продукт падают в замкнутый циркуляционный контур. Проходя внутри последнего, он подвергается ультразвуковому облучения с интенсивностью 1-10 МВт/м2 (Золотухин В.А. Способ подготовки жидкого углеводородного сырья RU 2359992, 2007). Очевидно, что интенсификация этих, и ряда других процессов нефтехимии весьма актуально.
Следует отметить, что по определению, интенсивность ультразвука - средняя по времени энергии, переносимая звуковой волной через единичную площадку, перпендикулярную к направлению распространения волны, в единицу времени - величина, которая выражает мощность акустического поля в некоторой его точки. В ряде случаев, предпочтительно оценивать энергетические параметры поля плотностью энергии (Вт⋅с/см3) или плотностью мощности (Вт/см3) в активной зоне, что существенно упрощает масштабирование технологических процессов с применением ультразвука.
Заявляемое устройство для реализации интенсификации химических и других технологических процессов в жидких средах ультразвуком представляет собой питаемый генератором (например, УЗГ 3-4, на рис. не показан), преобразующим стандартную, электрическую сетевую энергию в электрический сигнал ультразвуковой частоты, ультразвуковой излучатель (например, магнитострикционного преобразователя серии ПМС - ПМС-15-А-18), механически соединенный с волноводом, формирующим и излучающим акустические колебания в жидкую среду, например, прокачиваемого через проточную кювету, стоячей волной А/4 в волноводе за счет эффекта Коновалова (Рыжкина И.С, Киселева Ю.В., Муртазина Л.И., Мишина О.А., Шерман Е.Д., Коновалов А.И. // ДАН. 2012. Т. 447. №2. С. 179-182; №1. С. 56-62), сама проточная кювета характеризуется регулируемым объемом активной зоны, в которой при протекания жидкой среды, возникают интенсивно перемешивающие макро- и микроакустические вихревые потоки, выделяется тепло, причем объем активной зоны регулируется отражателем, изменяющим расстояние до излучателя, что позволяет, регулирую объем активной зоны проточный кюветы, приводить к изменению скорости течения жидкой фазы в активной зоне, изменять плотность энергии в ней, и, следовательно, и делает возможным определять характерное время реакции, оптимизировать технологические процессы, обеспечивать, при необходимости, многоразовую прокачку ингредиентов реакции через активную зону, используя трубопроводную линию, с вентилями, добычу в обустройство ингредиентов планируемых реакций, отбор готового продукта реализованной реакции.
Известна способность ультразвука, вызывая в жидких средах в течения и вихревые потоки, различных масштабов, снижать диффузионные ограничения, увеличивать площадь контактов между катализаторами и катализируемыми соединениями, активировать поверхности возникающих при кавитации газовых пузырьков, инициировать явления, аналогичные повышению температуры в среде рождать специфические сонохимические реакции (Голямина И.П. Ультразвук. Маленькая энциклопедия. М. Из-во БСЭ, 1979, 400 с. Акопян В.Б. Ершов Ю.А. Щукин С.И. 3-е издание, М: из-во Юрайт 2020, 224 с.).
Частота ультразвука не может быть выбрана произвольно, она должна соответствовать одной из частот, разрешенных Международной электротехнической комиссией к промышленному применению: 18 кГц±10%, 22 кГц±10%, 44 кГц±10% и т.д. (ГОСТ Р МЭК 61685-2020. Техника ультразвуковая), что позволяет заранее рассчитать характерные размеры волноводов - трансформаторов, глубину и параметры канала внутри волноводов, обеспечить их взаимозаменяемость.
Широкое распространение в ультразвуковых технологиях получили мощные низкочастотные излучатели ультразвука серии ПМС, предназначенные специально для технологических процессов. Амплитуда смещение выходного торца, таких преобразователи не менее 12 мкм. Смещение выходного торца передается волноводом в зону реализации технологического процесса.
Известны технические решения, включающая волновод, снабженный каналом либо для подачи жидкости в технологическую зону (Суханов Д.Я., Еремеев А.И., Завьялова К.В., Горст А.В., Кузьменко И.Ю. Макснов Т.Р. Хирургический инструмент на основе ультразвукового волновода. БШ 187345, 2018), либо в качестве дополнительного волновода для передачи колебаний к обрабатываемому объекту (PhilipsW.A. Conical ultrasound waveguide US 5606297 A, 1996), однако ни в одном случае, эффект Коновалова не использован в качестве уникального естественного средства для приведения в движение обрабатываемой жидкой среды.
Известен «Способ получения масла-теплоносителя» (Беклемышев В.И., Махонин И.И., Летов А.Ф. и др. RU 2216570, 2002) путем очистки отдельных нефтяных фракций.
Известен, например, «Способ получения основы смазочных материалов теплоносителей» Беклемышев В.И., Махонин И.И., Летов А.Ф. и др. RU 2231537, 2002), представляющий собой алкилирование ароматического сырья при повышенной температуре α-олефинами в присутствии жидкого катализаторного комплекса, содержащего толуол, хлористый алюминий, хлористый водород. В качестве ароматического сырья используют кубовый остаток.
Известен «Способ получения алкилбензолов» (Тыщенко Ю.А., Ананьин А.А., Жуков Ю.Н., Левушкин Д.А., Юрьев В.М., Янкилевич В.М. RU 2181350, 2000) алкилированием бензола моноолефинами в присутствии катализатора - хлористого алюминия - при нагревании, в течение 10-40 мин при температуре до 50-70°С.
Очевидно, что интенсификация этих, и ряда других процессов нефтехимии весьма актуальна.
Соответственно, заявленное техническое решение представляет собой устройство ультразвуковой интенсификации процессов в жидких средах, содержащее ультразвуковой излучатель, соединенный с акустическим волноводом, размером в половину длины ультразвуковой волны, причем, новым является то, что в волноводе имеется канал от излучающей поверхности до узла на расстоянии в четверть длины волны, обеспечивающий движение жидкости, в том числе, через проточную активную зону с регулируемой плотностью энергии.
Заявляемая полезная - модель-устройство для реализации интенсификации химических и других технологических процессов в жидких средах ультразвуком (рис. 1) состоит из:
генератора, преобразующего стандартную, электрическую сетевую энергию в электрический сигнал ультразвуковой частоты (на рис. не указан);
(1) мощного ультразвукового излучателя, питаемого генератором;
(2) волновода, механически соединенного с излучателем;
(3) жидкой обрабатываемой среды;
(4) канала в волновое, размером λ/4;
(5) проточной кюветы с регулируемым объемом активной зоны;
(6) отражателя, изменяющего расстояние до излучателя и объемактивной зоны;
(7) трубопроводной линии, с вентилем (8) для подачи ингредиентов планируемых реакций;
(9) патрубка с вентилем (10) для отбора готового продукта реализованных реакций;
(11) трубопроводного контура с патрубками и вентилями для ввода сырья и отбора готового продукта.
Заявляемая полезная модель - устройство для реализации интенсификации химических и других технологических процессов в жидких средах ультразвуком функционирует следующим образом:
генератор, (например, универсальный ультразвуковой генератор УЗГ- 3-4, на рис. не указан), преобразует стандартную электрическую сетевую энергию в электрический сигнал ультразвуковой частоты,
генератор питает мощный ультразвуковой излучатель (1), (например магнитострикционный преобразователь серии ПМС (GVC-15-A-18);
излучатель (1), механически соединенный с волноводом (2) формирует и излучает акустические колебания в жидкую среду (3), например, прокачиваемую через проточную кювету (4);
в жидкой среде (3), в проточной кювете (4) с регулируемый объемом активной зоны (5) возникают макро- и микроакустические вихревые потоки, поглощение энергии, снижение диффузионных ограничений, выделение тепла;
регулирование объема активной зоны (5) проточной кюветы (4) осуществляется изменением расстояние от излучателя (2) до отражателя (6), позволяя изменять плотность энергии в ней, и скорость течения жидкой фазы в активной зоне, что делает возможным определять характерные время реакции, оптимизировать технологические процессы по времени, например, многоразовой прокачкой ингредиентов реакций;
подача ингредиентов планируемых реакция осуществляется по трубопроводной линии (7), с вентилем (8), при необходимости ограничивающего подачу сырья;
отбор готового продукта реализованной реакции осуществляется через патрубок (9) с вентилем (10);
при необходимости многократного воздействия ультразвуком на обрабатываемую среду, трубопроводный контур (11) закольцовывается вентилями на вводе сырья и патрубки отбора готового продукта.
Сущность полезной модели иллюстрируется примерами, не носящими, однако ограничительного характера.
Пример 1.
Для получения основы смазочных материалов и теплоносителей алкилированием ароматического сырья (аналогично процессу, описанному в RU 2231537, 2002) процесс проводился в реакторе-колбе при соотношении компонентов в вес.ч.: кубовый остаток: α-олефины: катализаторный комплекс, - 1:0,2:0,07, при интенсивном перемешивании ориентировочно в течение 10-15 минут и температуре 60-70°С, до получения однородного гомогенного раствора, и последующем поддержании в реакторах - колбах температурного режима 60°С, что оптимально по условиям конверсии α-олефинов и качества получаемых продуктов (в присутствии жидкого каталитического комплекса, включающего толуол, хлористый алюминий, хлористый водород, и в качестве ароматического сырья - кубовая остаток).
Процесс по результатам анализа газо-жидкостной хроматографией считали завершенным при количестве α-олефинов 0,05 мас.% от общего количества α-олефинов, введенных в реактор.
Пример 2.
Процесс воспроизведен в соответствии с описанием в Примере 1, нос проведением не в лабораторных колбах-реакторах, а в заявляемом устройстве для реализации интенсификации химических и других технологических процессов в жидких средах ультразвуком.
Полученные данные по вышеприведенным примерам приведены в Таблице 1.
Как следует из сравнительных данных, использование предлагаемого устройства с применением ультразвука позволяет экономить энергию на подогрев обрабатываемой среды, оптимизировать и масштабировать технологические процессы, встраивая в них проточные кюветы, обеспечивающие (при необходимости), многократное воздействие на обрабатываемую среду.
Заявленная полезная модель создает необходимое разнообразие, обеспечивающее дополнительные возможности выбора технологии использования продуктов второго передела нефтепереработки, с получением ценных востребованных смазочных материалов, масел-теплоносителей, и других соединений.
Claims (1)
- Устройство ультразвуковой интенсификации процессов в жидких средах, содержащее ультразвуковой излучатель, соединенный с акустическим волноводом, размером в половину длины ультразвуковой волны, отличающееся тем, что в волноводе имеется канал от излучающей поверхности до узла на расстоянии в четверть длины волны, обеспечивающий движение жидкости, в том числе, через проточную активную зону с регулируемой плотностью энергии.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU225611U1 true RU225611U1 (ru) | 2024-04-25 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3542345A (en) * | 1968-06-13 | 1970-11-24 | Ultrasonic Systems | Ultrasonic vials and method and apparatus for mixing materials in same |
| US3645504A (en) * | 1968-11-22 | 1972-02-29 | Branson Instr | Sonic dispersing apparatus |
| US4119934A (en) * | 1977-05-09 | 1978-10-10 | Hughes Aircraft Company | Bulk acoustic wave delay line |
| SU1331549A1 (ru) * | 1985-12-24 | 1987-08-23 | Днепропетровский химико-технологический институт им.Ф.Э.Дзержинского | Устройство дл ультразвуковой обработки жидких сред |
| US5606297A (en) * | 1996-01-16 | 1997-02-25 | Novax Industries Corporation | Conical ultrasound waveguide |
| RU2446869C2 (ru) * | 2006-09-08 | 2012-04-10 | Кимберли-Кларк Ворлдвайд, Инк. | Камера для ультразвуковой обработки жидкости (варианты) |
| RU187345U1 (ru) * | 2018-07-20 | 2019-03-01 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) | Хирургический инструмент на основе ультразвукового волновода |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3542345A (en) * | 1968-06-13 | 1970-11-24 | Ultrasonic Systems | Ultrasonic vials and method and apparatus for mixing materials in same |
| US3645504A (en) * | 1968-11-22 | 1972-02-29 | Branson Instr | Sonic dispersing apparatus |
| US4119934A (en) * | 1977-05-09 | 1978-10-10 | Hughes Aircraft Company | Bulk acoustic wave delay line |
| SU1331549A1 (ru) * | 1985-12-24 | 1987-08-23 | Днепропетровский химико-технологический институт им.Ф.Э.Дзержинского | Устройство дл ультразвуковой обработки жидких сред |
| US5606297A (en) * | 1996-01-16 | 1997-02-25 | Novax Industries Corporation | Conical ultrasound waveguide |
| RU2446869C2 (ru) * | 2006-09-08 | 2012-04-10 | Кимберли-Кларк Ворлдвайд, Инк. | Камера для ультразвуковой обработки жидкости (варианты) |
| RU187345U1 (ru) * | 2018-07-20 | 2019-03-01 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) | Хирургический инструмент на основе ультразвукового волновода |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mason | Industrial sonochemistry: potential and practicality | |
| Estel et al. | Continuous flow-microwave reactor: Where are we? | |
| Ratoarinoro et al. | Effects of ultrasound emitter type and power on a heterogeneous reaction | |
| Parvizian et al. | Macro-and micromixing studies on a high frequency continuous tubular sonoreactor | |
| CN109225073A (zh) | 一种微填充床内加氢反应装置及其进行加氢反应的方法 | |
| Chen et al. | Intensified microwave-assisted heterogeneous catalytic reactors for sustainable chemical manufacturing | |
| JP4874411B2 (ja) | 化学反応装置、及び化学反応方法 | |
| JP6200711B2 (ja) | 水素製造装置および水素製造方法 | |
| Trabelsi et al. | Electrochemical determination of the active zones in a high-frequency ultrasonic reactor | |
| EA020289B1 (ru) | Способ получения углеводородов с2+, система и способ превращения синтез-газа в углеводороды с2+ | |
| Gondrexon et al. | Experimental study of the hydrodynamic behaviour of a high frequency ultrasonic reactor | |
| Faryadi et al. | Effect of high frequency ultrasound on micromixing efficiency in microchannels | |
| Jolhe et al. | Sonochemical synthesis of peracetic acid in a continuous flow micro-structured reactor | |
| Romdhane et al. | Experimental study of the ultrasound attenuation in chemical reactors | |
| RU225611U1 (ru) | Устройство для ультразвуковой интенсификации процессов в жидких средах | |
| CN103140282A (zh) | 具有对比成分的液体介质的同步超声空化处理方法 | |
| Călinescu et al. | A new reactor for process intensification involving the simultaneous application of adjustable ultrasound and microwave radiation | |
| Delavari et al. | Continuous biodiesel production in a helicoidal reactor using ultrasound-assisted transesterification reaction of waste cooking oil | |
| Gogate et al. | Design and scale-up of sonochemical reactors for food processing and other applications | |
| Chaouki et al. | The development of industrial (thermal) processes in the context of sustainability: The case for microwave heating | |
| Gogate | Intensification of chemical processing applications using ultrasonic and microwave irradiations | |
| Elizabeth Grant et al. | Kinetics of ultrasonic transesterification of waste cooking oil | |
| Polaert et al. | A new and original microwave continuous reactor under high pressure for future chemistry | |
| Leskovsek et al. | Kinetics of catalytic transfer hydrogenation of soybean oil in microwave and thermal field | |
| Hofmann et al. | Ultrasound promoted C-alkylation of benzyl cyanide––effect of reactor and ultrasound parameters |