RU2272670C1 - Ultrasonic chemical reactor - Google Patents
Ultrasonic chemical reactor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2272670C1 RU2272670C1 RU2004117679/15A RU2004117679A RU2272670C1 RU 2272670 C1 RU2272670 C1 RU 2272670C1 RU 2004117679/15 A RU2004117679/15 A RU 2004117679/15A RU 2004117679 A RU2004117679 A RU 2004117679A RU 2272670 C1 RU2272670 C1 RU 2272670C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- ultrasonic
- concentrating
- strap
- connecting rod
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к аппаратам для ультразвуковой обработки жидких сред и может быть использовано в химической, биологической, пищевой, фармацевтической промышленности для получения суспензий, эмульсий, интенсификации химических реакций, экстрагирования и т.п.The invention relates to apparatus for ultrasonic treatment of liquid media and can be used in the chemical, biological, food, pharmaceutical industry to obtain suspensions, emulsions, intensification of chemical reactions, extraction, etc.
Основное назначение ультразвуковых химических реакторов - интенсификация существующих химических и технологических процессов, создание новых технологий и осуществление реакций, не реализуемых или трудно реализуемых в традиционных условиях [1]. Эксплуатация ультразвуковых химических реакторов заключается в подаче взаимодействующих жидких веществ в технологический объем реактора и воздействие на них УЗ колебаниями высокой интенсивности.The main purpose of ultrasonic chemical reactors is the intensification of existing chemical and technological processes, the creation of new technologies and the implementation of reactions that are not feasible or difficult to implement in traditional conditions [1]. The operation of ultrasonic chemical reactors consists in supplying interacting liquid substances to the technological volume of the reactor and the impact on them of ultrasonic vibrations of high intensity.
В настоящее время в производственной практике наибольшее распространение получили ультразвуковые реакторы проточного типа [2-4], в которых источники ультразвуковых колебаний закреплены на внешней стороне цилиндрической поверхности (трубы). Непрерывное воздействие на протекающие вдоль внутренней цилиндрической поверхности жидкие вещества ультразвуковыми колебаниями, формируемыми стенками, обеспечивает высокую производительность при реализации ряда химических и технологических процессов. Необходимость передачи УЗ колебаний на большие поверхности обрабатываемого материала и через массивные стенки приводит к снижению интенсивности ультразвукового воздействия (менее 1-2 Вт/см2), что делает проточные реакторы не пригодными для реализации технологических процессов, реализуемых только в режиме развитой кавитации, при интенсивностях до 100 Вт/см2.Currently, flow-type ultrasonic reactors are most widely used in industrial practice [2-4], in which sources of ultrasonic vibrations are mounted on the outside of a cylindrical surface (pipe). Continuous exposure to liquid substances flowing along the inner cylindrical surface by ultrasonic vibrations formed by the walls provides high performance in the implementation of a number of chemical and technological processes. The need to transfer ultrasonic vibrations to large surfaces of the processed material and through massive walls leads to a decrease in the intensity of ultrasonic exposure (less than 1-2 W / cm 2 ), which makes flow reactors unsuitable for the implementation of technological processes realized only in the developed cavitation mode at intensities up to 100 W / cm 2 .
Недостатки проточных ультразвуковых реакторов устраняются в реакторах непроточного типа. Непроточные реакторы [3-7] обеспечивают высокую интенсивность ультразвукового воздействия на обрабатываемые среды, характеризуются простотой технической реализации и возможностью обработки различных технологических сред.The disadvantages of flow ultrasonic reactors are eliminated in non-flow type reactors. Non-flowing reactors [3-7] provide a high intensity of ultrasonic impact on the processed media, are characterized by the simplicity of technical implementation and the possibility of processing various technological environments.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является ультразвуковой реактор непроточного типа, рассмотренный в работе [7].The closest in technical essence to the proposed technical solution is a non-flow type ultrasonic reactor, considered in [7].
Ультразвуковой химический реактор, принятый за прототип, содержит закрепленный в корпусе преобразователь электрических колебаний ультразвуковой частоты в упругие механические колебания. Механические ультразвуковые колебания усиливаются частотно-понижающей концентрирующей накладкой. С выступающей из корпуса частью частотно-понижающей концентрирующей накладки соединен и акустически связан рабочий инструмент в форме диска, заканчивающийся рабочим окончанием (излучающей поверхностью). Для ультразвуковой обработки различных жидких сред используется технологический объем с патрубками ввода-вывода обрабатываемых сред, соединенный с корпусом преобразователя и расположенный относительно него так, что выступающая из корпуса часть частотно-понижающей концентрирующей накладки и рабочий инструмент размещены в корпусе технологического объема. В качестве преобразователя используется магнитострикционный или более широко распространенный пьезоэлектрический преобразователь. В современных конструкциях используются составные пьезоэлектрические преобразователи с центральным болтовым соединением, выполненные в виде последовательно размещенных и акустически связанных между собой тыльной частотно-понижающей накладки, кольцевых пьезоэлектрических элементов и частотно-понижающей концентрирующей накладки [8]. Для работы известного реактора необходимо заполнение технологического объема обрабатываемой средой до такого уровня, чтобы рабочий инструмент и часть концентрирующей накладки были погружены в жидкую среду (не менее чем на 2-3 см, для исключения мелкодисперсного распыления жидкости).The ultrasonic chemical reactor adopted for the prototype contains a transducer of electrical vibrations of ultrasonic frequency fixed in the housing into elastic mechanical vibrations. Mechanical ultrasonic vibrations are amplified by a frequency-lowering concentrating pad. A working tool in the form of a disk is connected and acoustically connected to a part of the frequency-lowering concentrating plate protruding from the housing and ending with a working end (radiating surface). For ultrasonic processing of various liquid media, a technological volume is used with input / output nozzles of the processed media connected to the transducer housing and located relative to it so that the part of the frequency-lowering concentrating plate protruding from the housing and the working tool are placed in the technological volume housing. A magnetostrictive or more widespread piezoelectric transducer is used as a transducer. In modern designs, composite piezoelectric transducers with a central bolted connection are used, made in the form of sequentially placed and acoustically interconnected rear frequency-lowering plates, ring piezoelectric elements and frequency-lowering concentration plates [8]. For the operation of the known reactor, it is necessary to fill the technological volume with the processed medium to such a level that the working tool and part of the concentrating lining are immersed in the liquid medium (not less than 2-3 cm, to exclude fine dispersion of the liquid).
При эксплуатации прототипа подача жидких сред (компонентов реакции) осуществляется через входные каналы и после заполнения рабочего объема начинается обработка жидкости ультразвуковыми колебаниями. Для осуществления технологических процессов, протекающих в присутствии газов, а также для поддержания кавитационного режима работы реактора через дополнительную трубку может подаваться газ.During the operation of the prototype, the supply of liquid media (reaction components) is carried out through the input channels and after filling the working volume, the treatment of the liquid with ultrasonic vibrations begins. For the implementation of technological processes taking place in the presence of gases, as well as for maintaining the cavitation mode of operation of the reactor, gas can be supplied through an additional tube.
Реактор, принятый за прототип, может использоваться для решения различных практических задач, однако имеет следующие существенные недостатки.The reactor adopted for the prototype can be used to solve various practical problems, however, it has the following significant disadvantages.
1. Уменьшающаяся в процессе эксплуатации производительность реактора, обусловленная тем, что эффективность ультразвукового воздействия на различные жидкие среды в известном реакторе падает со временем в процессе обработки. Обусловлено это уменьшением количества растворенных в обрабатываемой жидкой среде газов. Известно, что максимальная эффективность УЗ воздействия реализуется в кавитационном режиме, когда в жидкой среде образуются и коллапсируют (схлапываются) парогазовые кавитационные пузырьки, являющиеся основным инициатором звукохимических реакций. Для реализации такого режима, кроме УЗ колебаний высокой интенсивности, необходимо наличие в жидкой технологической среде газа. Поскольку при ультразвуковом воздействии, происходит интенсивная дегазация жидкой среды (выделение газа из среды), степень развитости кавитации в процессе обработки падает, т.к. количество образующихся и коллапсирующих пузырьков в единицу времени уменьшается. Это приводит к снижению эффективности ультразвукового реактора и обуславливает необходимость введения газа в обрабатываемые жидкости (воздуха или инертных газов, исключающих влияние на протекание реализуемых реакций). Введение газа через патрубки ввода-вывода (вдали от зоны максимального ультразвукового воздействия) не обеспечивает эффективного растворения газа в жидкости и, следовательно, не позволяет обеспечить максимальную производительность реактора.1. Decreasing during operation, the productivity of the reactor, due to the fact that the effectiveness of ultrasonic exposure to various liquid media in a known reactor decreases with time during processing. This is due to a decrease in the amount of gases dissolved in the processed liquid medium. It is known that the maximum effectiveness of ultrasonic treatment is realized in the cavitation mode, when vapor-gas cavitation bubbles are formed and collapse (collapse), which are the main initiator of sound-chemical reactions. To implement such a regime, in addition to ultrasonic vibrations of high intensity, the presence of gas in a liquid technological medium is necessary. Since under ultrasonic exposure, there is an intensive degassing of the liquid medium (gas evolution from the medium), the degree of development of cavitation during processing decreases, because the number of formed and collapsing bubbles per unit time decreases. This leads to a decrease in the efficiency of the ultrasonic reactor and necessitates the introduction of gas into the treated liquids (air or inert gases, which exclude the effect on the course of the reactions being realized). The introduction of gas through the input-output pipes (away from the zone of maximum ultrasonic exposure) does not provide effective dissolution of the gas in the liquid and, therefore, does not allow for maximum reactor productivity.
2. Известный реактор имеет ограниченные функциональные возможности, обусловленные невозможностью проведения реакций в вязких средах и средах, характеризуемых высоким поглощением ультразвука. Происходит это потому, что обработке ультразвуковыми колебаниями подвергается небольшой объем жидкости вблизи излучающей поверхности рабочего инструмента. Основная часть обрабатываемой жидкой среды при этом не подвергается ультразвуковому воздействию. Для равномерной обработки вязких и сильно поглощающих колебания сред необходимо либо принудительное перемешивание технологической среды, либо обработка в тонком слое вблизи излучающей поверхности преобразователя постоянно меняющейся жидкости. Прототип этого не обеспечивает.2. The known reactor has limited functionality due to the impossibility of carrying out reactions in viscous media and environments characterized by high absorption of ultrasound. This happens because a small volume of liquid is exposed to ultrasonic vibrations near the radiating surface of the working tool. The main part of the processed liquid medium is not subjected to ultrasonic treatment. For uniform processing of viscous and highly absorbing oscillations of media, either forced mixing of the technological medium or processing in a thin layer near the radiating surface of the transducer of a constantly changing fluid is necessary. The prototype does not provide this.
3. Реактор не пригоден для обработки биологических препаратов (например, содержащих белки), химически активных веществ и веществ, не допускающих контакта с металлами. Обусловлено это тем, что в рассматриваемом реакторе излучающая поверхность ультразвуковой колебательной системы контактирует с обрабатываемой средой. Кроме того, возможны ситуации, требующие исключения непосредственного контакта технологической среды с излучающей поверхностью инструмента (например, при обработке жиров, белков, ферментов и т.п.). Таким образом, возникает необходимость введения УЗ колебаний без контакта поверхности излучателя с обрабатываемой жидкой средой.3. The reactor is not suitable for processing biological preparations (for example, containing proteins), chemically active substances and substances that do not allow contact with metals. This is due to the fact that in the reactor under consideration the emitting surface of the ultrasonic vibrating system is in contact with the medium being treated. In addition, situations are possible that require the exclusion of direct contact of the technological environment with the radiating surface of the instrument (for example, when processing fats, proteins, enzymes, etc.). Thus, it becomes necessary to introduce ultrasonic vibrations without contacting the surface of the emitter with the processed liquid medium.
4. Реактор характеризуется низкой эффективностью. Обусловлено это тем, что при ультразвуковой обработке происходит интенсивный нагрев пьезоэлектрической колебательной системы, обрабатываемой технологической жидкой среды и самого технологического объема. Технологический объем и находящаяся в нем технологическая среда могут охлаждаться за счет внешней охлаждающей рубашки. Колебательная система при этом не охлаждается или охлаждается недостаточно.4. The reactor is characterized by low efficiency. This is due to the fact that during ultrasonic processing there is intense heating of the piezoelectric oscillatory system, the process fluid being processed and the process volume itself. The process volume and the process medium inside it can be cooled by an external cooling jacket. In this case, the oscillatory system is not cooled or is not cooled sufficiently.
Нагрев колебательной системы приводит к дополнительному нагреву обрабатываемой среды. Во многих случаях это является недопустимым.Heating of the oscillatory system leads to additional heating of the medium being treated. In many cases this is unacceptable.
Кроме того, нагрев колебательной системы приводит к изменению ее частотных характеристик и уменьшению эффективности получения УЗ колебаний, что снижает эффективность поступления энергии от электронного генератора, эффективность получения УЗ колебаний и, соответственно, уменьшает величину вводимой УЗ энергии.In addition, heating the oscillatory system leads to a change in its frequency characteristics and a decrease in the efficiency of obtaining ultrasonic vibrations, which reduces the efficiency of energy input from the electronic generator, the efficiency of obtaining ultrasonic vibrations and, accordingly, reduces the amount of ultrasonic energy introduced.
5. Реактор не способен обеспечить обработку малых по объему обрабатываемых сред. Обусловлено это тем, что в процессе обработки необходимо обеспечить погружение излучающей поверхности колебательной системы в жидкость не менее чем на 20-30 мм. В прототипе для реализации такого режима необходимо не менее 100...200 мл жидкой среды. Во многих случаях (например, при высокой стоимости взаимодействующих компонентов) это неприемлемо, поскольку необходимо обрабатывать маленькие объемы (10-20 мл) технологической среды.5. The reactor is not capable of processing small volumes of processed media. This is due to the fact that during processing it is necessary to ensure that the radiating surface of the oscillating system is immersed in the liquid by at least 20-30 mm. In the prototype for the implementation of such a regimen, at least 100 ... 200 ml of a liquid medium is necessary. In many cases (for example, at the high cost of interacting components) this is unacceptable, since it is necessary to process small volumes (10-20 ml) of the process medium.
6. Известный реактор не способен обеспечить работу в проточном режиме. Обусловлено это существенными различиями в интенсивности ультразвуковых колебаний, оказывающих воздействие на обрабатываемую среду вблизи излучающей поверхности и в периферийных зонах технологического объема.6. The known reactor is not able to provide flow operation. This is due to significant differences in the intensity of ultrasonic vibrations that affect the medium being processed near the radiating surface and in the peripheral zones of the technological volume.
Таким образом, ультразвуковой химический реактор, принятый за прототип, характеризуется низкой эффективностью и имеет ограниченные функциональные возможности, что не позволяет использовать его при решении ряда исследовательских и производственных проблем.Thus, the ultrasonic chemical reactor adopted for the prototype is characterized by low efficiency and limited functionality, which does not allow its use in solving a number of research and production problems.
В предлагаемом ультразвуковом химическом реакторе решается задача по устранению недостатков существующих реакторов и созданию высокоэффективного, многофункционального реактора, способного обеспечить потребности современных химических производств.The proposed ultrasonic chemical reactor solves the problem of eliminating the shortcomings of existing reactors and creating a highly efficient, multifunctional reactor capable of meeting the needs of modern chemical plants.
Технический результат изобретения выражается в повышении эффективности реактора за счет введения газа в область максимального ультразвукового воздействия перед излучающей поверхностью, охлаждения преобразователя в процессе эксплуатации, расширения функциональных возможностей реактора за счет исключения контакта обрабатываемой жидкой среды с материалом рабочего инструмента, обеспечения проточного режима, возможности осуществления реакций с газовыми составляющими.The technical result of the invention is expressed in increasing the efficiency of the reactor by introducing gas into the region of maximum ultrasonic exposure in front of the emitting surface, cooling the transducer during operation, expanding the functionality of the reactor by eliminating contact of the processed liquid medium with the material of the working tool, providing a flow mode, and the possibility of reactions with gas components.
Суть предлагаемого технического решения заключается в том, что в известном ультразвуковом химическом реакторе, содержащем закрепленный в корпусе пьезоэлектрический преобразователь, выполненный в виде последовательно размещенных и акустически связанных между собой тыльной частотно-понижающей накладки, кольцевых пьезоэлектрических элементов и частотно-понижающей концентрирующей накладки, соединенный и акустически связанный с выступающей из корпуса частью частотно-понижающей концентрирующей накладки рабочий инструмент, на конце которого имеется рабочее окончание и технологический объем с патрубками ввода-вывода обрабатываемых сред, соединенный с корпусом преобразователя и расположенный относительно него так, что выступающая из корпуса часть частотно-понижающей концентрирующей накладки и рабочий инструмент размещены в корпусе технологического объема, тыльная частотно-понижающая накладка и кольцевые пьезоэлектрические элементы размещены на выполненной в виде соединительного стержня части частотно-понижающей концентрирующей накладки. Размер соединительного стержня выбран таким образом, что он выступает из тыльной накладки на длину, соответствующую четверти длины волны ультразвуковых колебаний на рабочей частоте преобразователя. В соединительном стержне и концентрирующей накладке выполнены три канала: центральный сквозной канал, имеющий конусное выходное отверстие в рабочем окончании инструмента, и симметрично относительно него два канала, соединенные одной стороной с закрепленным на соединительном стержне патрубком, а второй имеющие выход на поверхность выступающей из корпуса части концентрирующей накладки на участке, соответствующем минимуму амплитуды колебаний преобразователя. Корпус технологического объема выполнен в виде двух последовательно установленных и осесимметрично размещенных объемов, разделенных звукопрозрачной мембраной.The essence of the proposed technical solution lies in the fact that in a known ultrasonic chemical reactor containing a piezoelectric transducer fixed in the housing, made in the form of a rear frequency-lowering lining, ring piezoelectric elements and frequency-lowering concentrating lining in series and acoustically connected, connected and acoustically connected with a part of the frequency-lowering concentrating overlay protruding from the housing, at the end to There is a working end and a process volume with input / output nozzles of the processed media connected to the converter housing and located relative to it so that the part of the frequency-lowering concentrating plate protruding from the body and the working tool are placed in the technological volume case, the rear frequency-lowering plate and ring piezoelectric elements are placed on the part of the frequency-lowering concentrating plate made in the form of a connecting rod. The size of the connecting rod is selected in such a way that it protrudes from the back lining for a length corresponding to a quarter of the wavelength of ultrasonic vibrations at the operating frequency of the transducer. Three channels are made in the connecting rod and the concentrating pad: a central through channel having a conical outlet in the working end of the tool, and two channels symmetrically with respect to it, two channels connected by one side with a pipe fixed to the connecting rod, and the second having an exit to the surface of the part protruding from the housing concentrating pads on the site corresponding to the minimum amplitude of the oscillation of the Converter. The casing of the process volume is made in the form of two sequentially installed and axisymmetrically placed volumes separated by a translucent membrane.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, на котором схематично показан предлагаемый ультразвуковой химический реактор.The essence of the proposed technical solution is illustrated by the drawing, which schematically shows the proposed ultrasonic chemical reactor.
Ультразвуковой химический реактор включает в себя закрепленный в корпусе 1 пьезоэлектрический преобразователь, выполненный в виде акустически связанных между собой и последовательно размещенных на выполненной в виде соединительного стержня 2 части частотно-понижающей концентрирующей накладки 3, тыльной частотно-понижающей накладки 4, кольцевых пьезоэлектрических элементов 5 и частотно-понижающей концентрирующей накладки 3. Для вывода акустических колебаний в обрабатываемые жидкие среды 6 и 7 используется рабочий инструмент 8, на конце которого имеется рабочее окончание 9. Рабочий инструмент посредством резьбового соединения механически и акустически связан с выступающей из корпуса частью частотно-понижающей концентрирующей накладки 3. Размер соединительного стержня выбран таким образом, что длина выступающей из тыльной накладки части 10 соответствует четверти длины волны ультразвуковых колебаний на рабочей частоте преобразователя. В соединительном стержне 2 и концентрирующей накладке 3 выполнены три канала: центральный сквозной канал 11, имеющий конусное выходное отверстие 12 в рабочем окончании 9 инструмента 8, и симметрично относительно него два канала 13 и 14, соединенные одной стороной с закрепленным на соединительном стержне патрубком 15, а второй имеющие выход 16 на поверхность выступающей из корпуса части концентрирующей накладки на участке, соответствующем минимуму амплитуды колебаний преобразователя. Корпус технологического объема ультразвукового реактора выполнен в виде двух последовательно установленных и осесимметрично размещенных объемов 17 и 18, разделенных звукопрозрачной мембраной 19.The ultrasonic chemical reactor includes a piezoelectric transducer fixed in the housing 1, made in the form of acoustically interconnected and sequentially placed on the parts of the frequency-lowering concentrating plate 3, the rear frequency-lowering plate 4, the piezoelectric elements 5 and frequency-lowering concentrating plates 3. To output acoustic vibrations into the processed liquid media 6 and 7, a working tool 8 is used, at the end which has a working end 9. The threaded tool is mechanically and acoustically connected to the protruding part of the frequency-lowering concentrating plate 3 protruding from the housing. The size of the connecting rod is selected so that the length of the protruding part 10 from the back plate corresponds to a quarter of the wavelength of ultrasonic vibrations on the working frequency converter. Three channels are made in the connecting rod 2 and the concentrating pad 3: a central through channel 11 having a conical outlet 12 in the working end 9 of the tool 8, and two channels 13 and 14 symmetrically relative to it, connected by one side to the pipe 15 mounted on the connecting rod, and the second having an exit 16 to the surface of the protruding part of the concentrating plate protruding from the housing in the area corresponding to the minimum amplitude of the oscillation of the Converter. The body of the technological volume of the ultrasonic reactor is made in the form of two sequentially installed and axisymmetrically placed volumes 17 and 18, separated by a translucent membrane 19.
Выполнение в соединительном стержне 2 и концентрирующей накладке 3 центрального сквозного канала 11 обеспечивает подачу газа в область максимального ультразвукового воздействия и его растворение в жидкости с максимальной эффективностью. При этом исключается уменьшение производительности реактора в процессе эксплуатации из-за дегазации обрабатываемых сред. Кроме того, принудительная подача инертного газа через центральный канал обеспечивает перемешивание вязких сред.The implementation in the connecting rod 2 and the concentrating pad 3 of the Central through channel 11 provides a gas supply to the region of maximum ultrasonic exposure and its dissolution in the liquid with maximum efficiency. This eliminates the decrease in reactor productivity during operation due to degassing of the treated media. In addition, the forced supply of inert gas through the Central channel provides mixing of viscous media.
Конусное выходное отверстие 12 в рабочем окончании 9 инструмента 8 создает перепад давления перед излучающей поверхностью и работает в качестве насоса, засасывая обрабатываемую жидкость в центральный канал. Соединение выходного отверстия центрального канала, противоположного выходному отверстию в рабочем окончании 9, с выходом двух каналов 13 и 14 (патрубком 15), обеспечивает автоматическое перекачивание обрабатываемой жидкости (всасывание в центральный канал и сброс через выход 16 на поверхность выступающей из корпуса части концентрирующей накладки на участке, соответствующем минимуму амплитуды колебаний преобразователя). Такой режим перекачивания жидкости обеспечивает эффективное охлаждение пьезоэлектрического преобразователя.The conical outlet 12 in the working end 9 of the tool 8 creates a pressure differential in front of the radiating surface and works as a pump, sucking the processed fluid into the central channel. The connection of the outlet of the Central channel, opposite the outlet in the working end 9, with the output of two channels 13 and 14 (pipe 15), provides automatic pumping of the processed fluid (suction into the central channel and discharge through exit 16 to the surface of the part of the concentrating plate protruding from the housing onto section corresponding to the minimum amplitude of the oscillation of the Converter). This fluid pumping mode provides effective cooling of the piezoelectric transducer.
Выполнение выступающей из тыльной накладки части соединительного стержня 10 длиной, соответствующей четверти длины волны ультразвуковых колебаний на рабочей частоте преобразователя, обеспечивает отсутствие механических колебаний в месте крепления патрубка.Performing protruding from the back of the lining of the part of the connecting rod 10 with a length corresponding to a quarter of the wavelength of ultrasonic vibrations at the operating frequency of the transducer, ensures the absence of mechanical vibrations at the attachment point of the pipe.
Выполнение корпуса технологического объема ультразвукового реактора в виде двух последовательно установленных и осесимметрично размещенных объемов 17 и 18 и разделение их звукопрозрачной мембраной 19 исключает контакт излучающей поверхности ультразвуковой колебательной системы с обрабатываемой средой в объеме 18. Это позволяет исключить непосредственный контакт технологической среды с излучающей поверхностью инструмента (например, при обработке жиров, белков, ферментов и т.п.).The execution of the body of the technological volume of the ultrasonic reactor in the form of two sequentially mounted and axisymmetrically placed volumes 17 and 18 and the separation of their soundproof membrane 19 eliminates the contact of the emitting surface of the ultrasonic vibrating system with the medium to be processed in the volume 18. This eliminates direct contact of the process medium with the radiating surface of the instrument ( for example, in the processing of fats, proteins, enzymes, etc.).
Кроме того, предлагаемая конструкция реактора обеспечивает возможность его эксплуатации в следующих режимах:In addition, the proposed reactor design provides the possibility of its operation in the following modes:
- обработка малых количеств жидких сред в первом объеме 17. При этом обеспечивается максимальное ультразвуковое воздействие в тонком слое между излучающей поверхностью и мембраной. Расстояние между излучающей поверхностью и мембраной может изменяться, что позволяет выбрать оптимальный объем для обработки;- processing of small quantities of liquid media in the first volume 17. This ensures maximum ultrasonic exposure in a thin layer between the radiating surface and the membrane. The distance between the radiating surface and the membrane can vary, which allows you to choose the optimal volume for processing;
- обработка жидких сред в первом объеме 17 в проточном режиме. При этом подача обрабатываемой среды осуществляется, например, через центральный канал, обеспечивается максимальное ультразвуковое воздействие в тонком слое между излучающей поверхностью и мембраной, а выход обработанной среды осуществляется через боковые каналы. Изменение расстояния между излучающей поверхностью и мембраной в этом случае позволяет выбрать оптимальную производительность обработки. Мембрана в обоих перечисленных случаях может использоваться в качестве охлаждающей обрабатываемую жидкость поверхности;- processing of liquid media in the first volume 17 in flow mode. In this case, the feed of the treated medium is carried out, for example, through the central channel, the maximum ultrasonic effect in a thin layer between the radiating surface and the membrane is ensured, and the output of the treated medium is carried out through the side channels. Changing the distance between the radiating surface and the membrane in this case allows you to choose the optimal processing performance. The membrane in both of these cases can be used as a surface for cooling the processed fluid;
- при удалении звукопрозрачной мембраны реактор может работать в режиме прототипа с дополнительными каналами подачи газа или реагирующих компонентов в зону максимального ультразвукового воздействия.- when removing a translucent membrane, the reactor can operate in prototype mode with additional channels for supplying gas or reacting components to the zone of maximum ultrasonic exposure.
Таким образом, предлагаемый ультразвуковой химический реактор характеризуется более высокой эффективностью и имеет более широкие функциональные возможности в сравнении с прототипом.Thus, the proposed ultrasonic chemical reactor is characterized by higher efficiency and has wider functionality in comparison with the prototype.
Ультразвуковой химический реактор работает следующим образом. При подаче на пьезоэлектрические элементы 5 электрического напряжения с частотой, соответствующей резонансной частоте пьезоэлектрического преобразователя, происходит преобразование электрических колебаний в упругие ультразвуковые. Упругие ультразвуковые колебания усиливаются концентрирующей накладкой и через рабочий инструмент вводятся в обрабатываемые жидкие среды. При использовании преобразователя, выполненного по полуволновой схеме и совмещенного со ступенчато-экспоненциальным концентратором [9], заканчивающимся рабочим инструментом диаметром от 10 до 30 мм, и электрического генератора мощностью 400 Вт предлагаемый реактор обеспечивает обработку жидких сред (на примере воды) ультразвуковыми колебаниями с интенсивностью от 50 до 300 Вт/см2.Ultrasonic chemical reactor operates as follows. When applying voltage to the piezoelectric elements 5 with a frequency corresponding to the resonant frequency of the piezoelectric transducer, electrical vibrations are converted into elastic ultrasonic vibrations. Elastic ultrasonic vibrations are amplified by a concentrating pad and, through a working tool, are introduced into the processed liquid medium. When using a transducer made according to a half-wave scheme and combined with a stepwise-exponential concentrator [9], ending with a working tool with a diameter of 10 to 30 mm, and an electric generator with a power of 400 W, the proposed reactor provides the processing of liquid media (for example, water) with ultrasonic vibrations with intensity from 50 to 300 W / cm 2 .
Предложенный ультразвуковой химический реактор был реализован в практической конструкции и исследован в лабораторных и производственных условиях.The proposed ultrasonic chemical reactor was implemented in a practical design and investigated in laboratory and industrial conditions.
Проведенные исследования позволили подтвердить указанные технические характеристики и перечисленные функциональные возможности созданного реактора.The conducted studies allowed us to confirm the indicated technical characteristics and the listed functional capabilities of the created reactor.
В настоящее время Бийским технологическим институтом Алтайского государственного технического университета ведется подготовка к серийному производству созданного устройства. Планируется начать мелкосерийное производство в 2004 году.Currently, Biysk Technological Institute of Altai State Technical University is preparing for mass production of the created device. It is planned to begin small-scale production in 2004.
Список литературыBibliography
1. C.Horst, A.Lindermeir, U.Hoffmann «Design of ultrasound reactors for technical scale organometallic and electrochemical synthesis».1. C. Horst, A. Lindermeir, U. Hoffmann, “Design of ultrasound reactors for technical scale organometallic and electrochemical synthesis.”
2. DE №19724189 A1, 03.12.1998.2. DE No. 19724189 A1, 03/03/1998.
3. Klaus Nickel «Ultrasonic disintegration of biosolids - benefits, consequences and new strategies».3. Klaus Nickel "Ultrasonic disintegration of biosolids - benefits, consequences and new strategies."
4. Christian Horst, Yuh Shuh Chen, Jost Krdger, Ulrich Kunz, Andreas Rosenplanter and Ulrich Hoffmann «Design of Ultrasound Reactors».4. Christian Horst, Yuh Shuh Chen, Jost Krdger, Ulrich Kunz, Andreas Rosenplanter and Ulrich Hoffmann “Design of Ultrasound Reactors”.
5. Torben Blume, Ingrid Martmez, Uwe Nets «Wastewater disinfection using ultrasound and UV light».5. Torben Blume, Ingrid Martmez, Uwe Nets "Wastewater disinfection using ultrasound and UV light."
6. WO 03/101609 A1, 11.12.2003.6. WO 03/101609 A1, 12/11/2003.
7. V.O.Abramov, O.V.Abramov, V.M.Kuznetsov «Ultrasonic intensification of electrochemical destruction of 1,3-dinitrobenzene and 2,4-dinitrotoluene with ozone and electrocoagulation ofazo-dyes»,", TU Hamburg-Harburg Reports on Sanitary Engineering, 35 (Ultrasound in Enviromental Engineering II), 2002, p.31-39 - прототип.7. VOAbramov, OVAbramov, VMKuznetsov “Ultrasonic intensification of electrochemical destruction of 1,3-dinitrobenzene and 2,4-dinitrotoluene with ozone and electrocoagulation ofazo-dyes”, ", TU Hamburg-Harburg Reports on Sanitary Engineering, 35 ( Ultrasound in Enviromental Engineering II), 2002, p.31-39 - prototype.
8. Донской А.В., Келлер O.K., Кратыш Г.С. Ультразвуковые электротехнические установки. Л., Энергоиздат. Ленинградское отд., 1983, с.69-70.8. Donskoy A.V., Keller O.K., Kratysh G.S. Ultrasonic electrical installations. L., Energy Publishing House. Leningrad Dep., 1983, p. 69-70.
9. Патент РФ №2141386 С1, 20.11.1999.9. RF patent No. 2141386 C1, 11/20/1999.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004117679/15A RU2272670C1 (en) | 2004-06-10 | 2004-06-10 | Ultrasonic chemical reactor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004117679/15A RU2272670C1 (en) | 2004-06-10 | 2004-06-10 | Ultrasonic chemical reactor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004117679A RU2004117679A (en) | 2006-01-10 |
| RU2272670C1 true RU2272670C1 (en) | 2006-03-27 |
Family
ID=35871438
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004117679/15A RU2272670C1 (en) | 2004-06-10 | 2004-06-10 | Ultrasonic chemical reactor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2272670C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2446873C2 (en) * | 2010-04-16 | 2012-04-10 | Валерий Николаевич Молоствов | Ultrasound cavitation flow reactor (versions) |
| RU2446874C2 (en) * | 2010-06-08 | 2012-04-10 | Валерий Николаевич Молоствов | Ultrasonic cavitation flow reactor |
| RU2727125C1 (en) * | 2019-11-15 | 2020-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр ультразвуковых технологий" | Ultrasonic waste water treatment device |
| RU2759428C2 (en) * | 2020-04-03 | 2021-11-12 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Уфимский федеральный исследовательский центр Российской академии наук | Laboratory reactor for ultrasonic treatment with registration of luminescence in solutions and suspensions |
| RU220146U1 (en) * | 2022-12-19 | 2023-08-29 | Общество с ограниченной ответственностью "ФОЛИО 2000" | ULTRASONIC RADIATION FOR CYLINDRICAL REACTORS |
-
2004
- 2004-06-10 RU RU2004117679/15A patent/RU2272670C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| V.O.ABRAMOV et al. "Ultrasonic intensification of electrochemical destruction of 1,3-dinitrobenzene and 2,4-dinitrotoluene with ozone and electrocoagulation of azo-dyes", TU Hamburg-Harburg Reports on Sanitary Engineering, 35 (Ultrasound in Enviromental Engineering II), 2002, p.31-39. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2446873C2 (en) * | 2010-04-16 | 2012-04-10 | Валерий Николаевич Молоствов | Ultrasound cavitation flow reactor (versions) |
| RU2446874C2 (en) * | 2010-06-08 | 2012-04-10 | Валерий Николаевич Молоствов | Ultrasonic cavitation flow reactor |
| RU2727125C1 (en) * | 2019-11-15 | 2020-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр ультразвуковых технологий" | Ultrasonic waste water treatment device |
| RU2759428C2 (en) * | 2020-04-03 | 2021-11-12 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Уфимский федеральный исследовательский центр Российской академии наук | Laboratory reactor for ultrasonic treatment with registration of luminescence in solutions and suspensions |
| RU220146U1 (en) * | 2022-12-19 | 2023-08-29 | Общество с ограниченной ответственностью "ФОЛИО 2000" | ULTRASONIC RADIATION FOR CYLINDRICAL REACTORS |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004117679A (en) | 2006-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8651230B2 (en) | High capacity ultrasonic reactor system | |
| US5026167A (en) | Ultrasonic fluid processing system | |
| US5032027A (en) | Ultrasonic fluid processing method | |
| KR101620643B1 (en) | Gas treatment system | |
| EA009880B1 (en) | Hydrodynamic generator of ultrasonic range acoustic oscillations and method for generating the same | |
| RU2272670C1 (en) | Ultrasonic chemical reactor | |
| CN104815596A (en) | High-efficiency continuous ultrasonic cell wall-breaking treating device | |
| CA2692273C (en) | High capacity ultrasonic reactor system | |
| JP5887588B2 (en) | Ultrasonic radiation equipment, ultrasonic treatment equipment | |
| CN204824257U (en) | High -efficient continuous type mixing supersound cell broken wall processing apparatus | |
| CN204619952U (en) | A kind of highly effective continuous ultrasonic cell broken wall treatment device | |
| RU105197U1 (en) | LIQUID TREATMENT DEVICE | |
| RU180045U1 (en) | Disintegrator for the destruction of biomass cells | |
| JP6327789B2 (en) | Ultrasonic reactor | |
| RU141803U1 (en) | ULTRASONIC FLOWING MACHINE | |
| RU104868U1 (en) | Apparatus for processing a liquid medium | |
| RU25429U1 (en) | REACTOR FOR ULTRASONIC LIQUID TREATMENT | |
| US20200122102A1 (en) | Ultrasonic cavitation method and mixer for oil-based botanical extracts | |
| RU2323774C1 (en) | Hypersonic chemical reactor | |
| ES2893279B2 (en) | MULTI-FREQUENCY INTENSIFIED SOUND REACTION DEVICE | |
| RU2801503C1 (en) | Ultrasonic cavitation cell | |
| RU2650269C1 (en) | Device for processing edible liquid media | |
| RU2442641C1 (en) | Device for the physical and chemical processing of the fluid medium | |
| Ishizuka et al. | Design and evaluation of a cylindrical micromixer using ultrasonic vibration in torsional vibration mode | |
| RU2442640C1 (en) | The rotary device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20111216 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180611 |