RU2323774C1 - Hypersonic chemical reactor - Google Patents

Hypersonic chemical reactor Download PDF

Info

Publication number
RU2323774C1
RU2323774C1 RU2007101744/15A RU2007101744A RU2323774C1 RU 2323774 C1 RU2323774 C1 RU 2323774C1 RU 2007101744/15 A RU2007101744/15 A RU 2007101744/15A RU 2007101744 A RU2007101744 A RU 2007101744A RU 2323774 C1 RU2323774 C1 RU 2323774C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
technological
volume
ultrasonic
frequency
chemical reactor
Prior art date
Application number
RU2007101744/15A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Николаевич Хмелев (RU)
Владимир Николаевич Хмелев
Игорь Игоревич Савин (RU)
Игорь Игоревич Савин
Сергей Николаевич Цыганок (RU)
Сергей Николаевич Цыганок
Роман Владиславович Барсуков (RU)
Роман Владиславович Барсуков
Андрей Николаевич Лебедев (RU)
Андрей Николаевич Лебедев
Сергей Викторович Левин (RU)
Сергей Викторович Левин
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ)
Priority to RU2007101744/15A priority Critical patent/RU2323774C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2323774C1 publication Critical patent/RU2323774C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

FIELD: production methods.
SUBSTANCE: hypersonic chemical reactor, it is the technological volume (vessel), with the internal part made as sphere in profile, and outside surface - as the truncated icosahedron. The hypersonic converter are situated on the hexagonal bezel of the outside surface, the canals for input of the base component and the output of reaction goes through the centers of the pentagonals bezel perpendicularly.
EFFECT: technological result is the creation of the simple acoustic field in the all volume of the reactor.
2 dwg

Description

Изобретение относится к области ультразвуковой техники и может быть использовано для осуществления звукохимических реакций, протекающих при интенсивностях ультразвукового воздействия свыше 500 Вт/см2 в химической промышленности.The invention relates to the field of ultrasonic technology and can be used for soundchemical reactions occurring at intensities of ultrasonic exposure of more than 500 W / cm 2 in the chemical industry.

Известно, что ультразвуковая кавитация, возникающая при распространении в жидкой среде акустических волн с интенсивностью свыше 2...5 Вт/см2, способна вызывать разрывы химических связей. Реакции, возникающие в таких условиях, называются звукохимическими. Для их осуществления создаются ультразвуковые химические реакторы.It is known that ultrasonic cavitation that occurs when acoustic waves propagate in a liquid medium with an intensity of more than 2 ... 5 W / cm 2 can cause ruptures of chemical bonds. Reactions arising under such conditions are called soundchemical. For their implementation, ultrasonic chemical reactors are created.

Ультразвуковые химические реакторы - разновидность ультразвуковых технологических аппаратов. В общем случае ультразвуковой химический реактор представляет собой технологический объем (сосуд), внутри которого находится технологическая среда (обычно жидкая, реже - газообразная). В технологическую среду вводятся ультразвуковые колебания требуемой интенсивности. Ввод колебаний может осуществляться как с использованием излучателя, находящегося внутри технологического объема, так и через стенки технологического объема. Возбуждение ультразвуковых колебаний осуществляется электроакустическими преобразователями (пьезоэлектрическими, магнитострикционными), питаемыми током ультразвуковой частоты от электронных генераторов.Ultrasonic chemical reactors are a type of ultrasonic technological apparatus. In the general case, an ultrasonic chemical reactor is a technological volume (vessel), inside of which there is a technological medium (usually liquid, less often gaseous). Ultrasonic vibrations of the required intensity are introduced into the technological environment. The input of vibrations can be carried out both using a radiator located inside the process volume, and through the walls of the process volume. The excitation of ultrasonic vibrations is carried out by electro-acoustic transducers (piezoelectric, magnetostrictive), fed by a current of ultrasonic frequency from electronic generators.

Известен ультразвуковой химический реактор [1], включающий ультразвуковой преобразователь, излучающая поверхность которого находится внутри технологического объема. В таком реакторе возможно получение интенсивности ультразвуковых колебаний свыше 50 Вт/см2, но не обеспечивается однородность акустического поля. Это обуславливается малыми размерами излучающей поверхности и приводит к невозможности создания одинаковых условий для осуществления реакций во всем объеме реактора. Кроме того, поверхность формирования ультразвуковых колебаний ограничена, что не позволяет вводить в технологический объем ультразвуковые колебания большой мощности. Эти недостатки существенно ограничивают область применения реакторов рассмотренного типа.Known ultrasonic chemical reactor [1], including an ultrasonic transducer, the emitting surface of which is inside the process volume. In such a reactor, it is possible to obtain an intensity of ultrasonic vibrations in excess of 50 W / cm 2 , but the uniformity of the acoustic field is not ensured. This is due to the small size of the emitting surface and makes it impossible to create the same conditions for reactions in the entire reactor volume. In addition, the surface of the formation of ultrasonic vibrations is limited, which does not allow introducing high-power ultrasonic vibrations into the process volume. These disadvantages significantly limit the scope of the reactors of this type.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является реактор типа "low-intensity, high energy density" [2, прототип], представляющий собой технологический объем, выполненный в виде трубы, внутри которой протекают исходные химические компоненты и происходит их взаимодействие, а на наружной поверхности закреплены и акустически связаны с ней ультразвуковые преобразователи. Ввод колебаний в технологическую среду осуществляется через стенки технологического объема (трубы).Closest to the proposed technical solution is a reactor of the type "low-intensity, high energy density" [2, prototype], which is a process volume made in the form of a pipe, inside which the initial chemical components flow and their interaction takes place, and are fixed on the outer surface and ultrasound transducers are acoustically coupled to it. The input of vibrations into the process medium is carried out through the walls of the process volume (pipe).

К достоинствам прототипа следует отнести:The advantages of the prototype include:

- возможность ввода в технологический объем большой мощности колебаний за счет использования большого числа ультразвуковых преобразователей, расположенных по периметру технологического объема и вдоль его оси;- the ability to enter into the process volume a large oscillation power through the use of a large number of ultrasonic transducers located along the perimeter of the process volume and along its axis;

- возможность продолжительного нахождения исходных компонентов и продуктов реакции в зоне ультразвукового воздействия.- the possibility of a long stay of the starting components and reaction products in the zone of ultrasonic exposure.

Вместе с тем прототипу присущи следующие недостатки:However, the prototype has the following disadvantages:

- ограниченная интенсивность ультразвукового воздействия в зоне взаимодействия исходных компонентов, обусловленная ограниченной поверхностью формирования ультразвуковых колебаний и «одномерной» фокусировкой, что приводит к невозможности осуществления химических реакций, требующих сверхвысокой интенсивности колебаний;- the limited intensity of the ultrasonic action in the interaction zone of the starting components, due to the limited surface of the formation of ultrasonic vibrations and "one-dimensional" focusing, which makes it impossible to carry out chemical reactions requiring ultra-high intensity vibrations;

- невозможность создания технологических объемов с равномерным ультразвуковым воздействием вдоль направления движения реагирующих исходных компонентов и вдоль радиуса трубы и одновременным введением в зону реакции большого количества различных компонентов;- the impossibility of creating technological volumes with uniform ultrasonic action along the direction of motion of the reacting initial components and along the radius of the pipe and the simultaneous introduction of a large number of different components into the reaction zone;

- внутренний размер технологического объема выполнен нерезонансным, что также не позволяет получить высокую интенсивность колебаний; дополнительное введение в сосуд центрального цилиндра позволяет сделать промежуток «стенки сосуда - стенки цилиндра» резонансным, но при этом снижается степень фокусировки колебаний, сводя на нет все преимущества резонансного промежутка.- the internal size of the process volume is made non-resonant, which also does not allow to obtain a high intensity of oscillations; an additional introduction of a central cylinder into the vessel allows the gap between the “vessel wall - cylinder wall” to be resonant, but the degree of focusing of the oscillations is reduced, negating all the advantages of the resonance gap.

Указанные недостатки существенно сужают область применения прототипа.These shortcomings significantly narrow the scope of the prototype.

Предлагаемое техническое решение направлено на создание ультразвукового химического реактора, способного обеспечить интенсивность ультразвуковых колебаний в зоне химической реакции свыше 500 Вт/см2 при однородности акустического поля во всем объеме.The proposed technical solution is aimed at creating an ultrasonic chemical reactor capable of providing an intensity of ultrasonic vibrations in the chemical reaction zone of more than 500 W / cm 2 with uniformity of the acoustic field in the entire volume.

Технический результат выражается в создании ультразвукового химического реактора для осуществления звукохимических реакций, обеспечивающего:The technical result is expressed in the creation of an ultrasonic chemical reactor for the implementation of sound chemical reactions, providing:

- ввод в технологическую среду ультразвуковых колебаний с интенсивностью более 500 Вт/см2;- input into the technological environment of ultrasonic vibrations with an intensity of more than 500 W / cm 2 ;

- обеспечение равномерного ультразвукового воздействия во всем технологическом объеме;- ensuring uniform ultrasonic exposure in the entire technological volume;

- обеспечение возможности ввода в технологический объем большого количества различных исходных компонентов;- providing the ability to enter into the technological volume of a large number of different source components;

- возможность увеличения интенсивности ультразвуковых колебаний, вводимых в технологическую среду за счет резонансного размера внутренней полости технологического объема.- the possibility of increasing the intensity of ultrasonic vibrations introduced into the technological environment due to the resonant size of the internal cavity of the technological volume.

Суть предлагаемого технического решения заключается в том, что в известном ультразвуковом химическом реакторе, состоящим из технологического объема, на внешней поверхности которого расположены и акустически связаны с ним ультразвуковые преобразователи, внутренняя поверхность технологического объема выполнена в форме сферы, внешняя поверхность технологического объема выполнена в форме усеченного икосаэдра, расстояние от плоскостей шестиугольных граней которого до внутренней поверхности кратно нечетному количеству четвертей длины продольной акустической волны в материале стенок технологического объема на выбранной рабочей частоте, с каждой шестиугольной гранью внешней поверхности акустически связана торцовая поверхность одного или нескольких пакетов, состоящих из четного количества пьезоэлектрических элементов, другая торцовая поверхность каждого пакета пьезоэлектрических элемента акустически связана с отражательной частотно-понижающей накладкой, число накладок равно числу пакетов пьезоэлектрических элементов; через центры пятиугольных граней внешней поверхности, перпендикулярно им, выполнены каналы, соединяющие внешнюю и внутреннюю поверхности технологического объема, радиус внутренней поверхности технологического объема кратен половине длины продольной акустической волны в технологической среде на рабочей частоте химического реактора, а продольный размер и форма отражательных частотно-понижающих накладок выбраны из условия обеспечения заданной амплитудно-частотной характеристики.The essence of the proposed technical solution is that in a known ultrasonic chemical reactor consisting of a process volume, on the external surface of which ultrasonic transducers are located and acoustically connected with it, the internal surface of the technological volume is made in the form of a sphere, the external surface of the technological volume is made in the form of a truncated icosahedron, the distance from the planes of the hexagonal faces of which to the inner surface is a multiple of an odd number of quarters of lengths a longitudinal acoustic wave in the material of the walls of the process volume at the selected working frequency, with each hexagonal face of the outer surface, the end surface of one or more packages consisting of an even number of piezoelectric elements is acoustically connected, the other end surface of each package of piezoelectric elements is acoustically connected with a reflective frequency-lowering pad , the number of overlays is equal to the number of packages of piezoelectric elements; through the centers of the pentagonal faces of the external surface, perpendicular to them, channels are made connecting the external and internal surfaces of the technological volume, the radius of the internal surface of the technological volume is a multiple of half the length of the longitudinal acoustic wave in the technological medium at the operating frequency of the chemical reactor, and the longitudinal size and shape of the reflective frequency-lowering overlays are selected from the condition of ensuring a given amplitude-frequency characteristic.

Предлагаемое техническое решение поясняется фиг.1, фиг.2.The proposed technical solution is illustrated in figure 1, figure 2.

На фиг.1 поз.1 соответствует технологическому объему, поз.2 - ультразвуковым преобразователям, поз.3 - каналам для подачи исходных компонентов и отвода продуктов реакции, 4 - пьезоэлектрические элементы, 5 - отражательные частотно-понижающие накладки.In Fig. 1, pos. 1 corresponds to the technological volume, pos. 2 to ultrasonic transducers, pos. 3 to channels for supplying the initial components and removal of reaction products, 4 - piezoelectric elements, 5 - reflective frequency-lowering plates.

Технологический объем представляет собой икосаэдр с усеченными плоскостями пятигранными углами. Внешняя поверхность технологического объема состоит из 20 правильных шестиугольных граней одинакового размера и 12 правильных пятиугольных граней одинакового размера. Расстояние от плоскостей шестиугольных граней до поверхности внутренней сферической полости выбирается кратным нечетному числу четвертей длины продольной акустической волны в материале стенок на выбранной рабочей частоте.The technological volume is an icosahedron with truncated planes with pentagonal angles. The outer surface of the process volume consists of 20 regular hexagonal faces of the same size and 12 regular pentagonal faces of the same size. The distance from the planes of the hexagonal faces to the surface of the inner spherical cavity is selected as a multiple of an odd number of quarters of the length of the longitudinal acoustic wave in the wall material at the selected operating frequency.

На плоскостях шестиугольных граней закрепляются ультразвуковые преобразователи (на фиг.1 показана схема ультразвукового химического реактора с одним ультразвуковым преобразователем на каждой шестиугольной грани). Перпендикулярно пятиугольным граням выполняются цилиндрические каналы, соединяющие внутреннюю сферическую полость технологического объема с внешними поверхностями.Ultrasonic transducers are fixed on the planes of hexagonal faces (Fig. 1 shows a diagram of an ultrasonic chemical reactor with one ultrasonic transducer on each hexagonal face). Perpendicular to the pentagonal faces, cylindrical channels are made connecting the internal spherical cavity of the technological volume with external surfaces.

Шестиугольные грани усеченного икосаэдра являются касательными к воображаемой сферической поверхности. Ультразвуковые преобразователи, расположенные на внешней поверхности технологического объема, возбуждают в его стенках сходящийся сферический волновой фронт. По мере распространения волнового фронта к центру технологического объема происходит фокусировка колебаний, выражающаяся в увеличении их интенсивности. Интенсивность ультразвуковых колебаний внутренней сферической поверхности технологического объема определяется выражением:The hexagonal faces of the truncated icosahedron are tangent to an imaginary spherical surface. Ultrasonic transducers located on the outer surface of the process volume excite a converging spherical wave front in its walls. As the wave front propagates to the center of the technological volume, the oscillations are focused, which is expressed in an increase in their intensity. The intensity of ultrasonic vibrations of the inner spherical surface of the technological volume is determined by the expression:

Figure 00000002
Figure 00000002

где I0 - интенсивность ультразвуковых колебаний, формируемых ультразвуковыми преобразователями, n - число ультразвуковых преобразователей, d - диаметр пьезоэлектрических элементов, R - радиус внутренней сферической поверхности технологического объема.where I 0 is the intensity of ultrasonic vibrations generated by ultrasonic transducers, n is the number of ultrasonic transducers, d is the diameter of the piezoelectric elements, R is the radius of the inner spherical surface of the technological volume.

При излучении колебаний в технологическую среду, в ней также образуется сходящийся сферический волновой фронт и происходит дополнительная фокусировка колебаний. Но в технологической среде, при наличии в ней кавитации, происходит существенное затухание первичной акустической волны, то есть рост интенсивности колебаний, за счет фокусировки, компенсируется снижением их интенсивности в результате затухания. Как показано в работе Л.Д.Розенберга [3], в случае, если радиус сферы не превышает длины волны акустических колебаний в технологической среде, указанные выше процессы взаимно компенсируют друг друга и интенсивность ультразвуковых колебаний в технологической среде практически не изменяется при распространении волнового фронта к центру технологического объема.When vibrations are emitted into the technological medium, a converging spherical wavefront is also formed in it and additional focusing of the vibrations occurs. But in the technological environment, in the presence of cavitation in it, a significant attenuation of the primary acoustic wave occurs, that is, an increase in the intensity of vibrations due to focusing is compensated by a decrease in their intensity as a result of attenuation. As shown in the work of L. D. Rosenberg [3], if the radius of the sphere does not exceed the wavelength of acoustic vibrations in the technological medium, the above processes mutually cancel each other and the intensity of ultrasonic vibrations in the technological medium practically does not change during wavefront propagation to the center of the technological volume.

Интенсивность колебаний, вводимых в технологическую среду, определяется выражениемThe intensity of the vibrations introduced into the technological environment is determined by the expression

Figure 00000003
Figure 00000003

где К - коэффициент выхода энергии ультразвуковых колебаний в технологическую среду.where K is the coefficient of energy output of ultrasonic vibrations into the technological environment.

В связи с существенным различием волнового сопротивления материала стенок технологического объема и технологической среды в режиме кавитации, коэффициент выхода акустической энергии оказывается незначительным и составляет 0,05...0,2, в зависимости от свойств среды. Для увеличения коэффициента выхода энергии использованы резонансные явления, для чего радиус внутренней сферической полости выполнен кратным половине длины акустической волны в технологической среде на рабочей частоте. В условиях резонанса технологической среды значение коэффициента выхода энергии достигает 0,4...0,8.Due to the significant difference in the wave resistance of the material of the walls of the technological volume and the technological medium in the cavitation mode, the acoustic energy yield coefficient is insignificant and amounts to 0.05 ... 0.2, depending on the properties of the medium. To increase the energy yield coefficient, resonance phenomena were used, for which the radius of the internal spherical cavity was made a multiple of half the length of the acoustic wave in the process medium at the operating frequency. Under resonance conditions of the technological medium, the value of the energy yield coefficient reaches 0.4 ... 0.8.

Поскольку исходные акустические свойства различных технологических сред (в частности, скорость распространения продольной акустической волны, коэффициент затухания) неодинаковы, а также подвержены изменениям в процессе ультразвукового воздействия, необходимо обеспечить возможность изменения рабочей частоты ультразвукового химического реактора в пределах до ±10% от номинального значения без снижения эффективности ультразвукового воздействия.Since the initial acoustic properties of various technological media (in particular, the propagation velocity of a longitudinal acoustic wave, the attenuation coefficient) are not the same, and are also subject to changes in the process of ultrasonic exposure, it is necessary to ensure the possibility of changing the operating frequency of an ultrasonic chemical reactor within ± 10% of the nominal value without reduce the effectiveness of ultrasonic exposure.

Так как рабочая частота ультразвукового химического реактора определяется расстоянием от внутренней сферической поверхности технологического объема до торца отражательной частотно-понижающей накладки преобразователя, эффективная работа ультразвукового химического реактора может быть обеспечена двумя способами: за счет применения задних частотно-понижающих накладок различной длины или за счет применения задних частотно-понижающий накладок ступенчато-переменной формы.Since the operating frequency of an ultrasonic chemical reactor is determined by the distance from the inner spherical surface of the technological volume to the end of the reflective frequency-lowering plate of the transducer, the effective operation of the ultrasonic chemical reactor can be achieved in two ways: by using rear frequency-lowering plates of various lengths or by using rear frequency-lowering linings step-variable form.

Применение отражательных частотно-понижающих накладок ступенчато-переменной формы поясняется на фиг.2. Частотно-понижающая накладка состоит из N участков (ступеней) длиной Li, где i=1...N, ограниченных окружностями диаметров Di-1 и Di (за исключением первой ступени, ограниченной только окружностью диаметра D1). Каждая ступень отражательной частотно-понижающей накладки, в сочетании с пьезоэлектрическими элементами и стенками технологического объема, образует резонансную систему с собственной частотойThe use of reflective frequency-lowering plates of step-variable form is illustrated in figure 2. The frequency-lowering pad consists of N sections (steps) of length L i , where i = 1 ... N, bounded by circles of diameters D i-1 and D i (with the exception of the first step, limited only by a circle of diameter D 1 ). Each stage of the reflective frequency-lowering lining, in combination with piezoelectric elements and walls of the technological volume, forms a resonant system with its own frequency

Figure 00000004
Figure 00000004

где c0 - скорость распространения продольной акустической волны в материале стенок технологического объема, м/с; сK - скорость распространения продольной акустической волны в материале пьезоэлектрических элементов, м/с; сН - скорость распространения продольной акустической волны в материале отражательной частотно-понижающей накладки, м/с; L0 - толщина стенок технологического объема, м; LK - толщина пакета пьезоэлектрических элементов, м; Li - длина ступени частотно-понижающей накладки, м; m - число длин полуволн, укладывающихся на толщине стенок технологического объема.where c 0 is the propagation velocity of a longitudinal acoustic wave in the material of the walls of the technological volume, m / s; with K is the propagation velocity of the longitudinal acoustic wave in the material of the piezoelectric elements, m / s; with N - the propagation velocity of a longitudinal acoustic wave in the material of the reflective frequency-lowering lining, m / s; L 0 - wall thickness of the process volume, m; L K is the thickness of the package of piezoelectric elements, m; L i - the length of the step of the frequency-lowering lining, m; m is the number of half-wave lengths that fit on the wall thickness of the process volume.

Колебательные добротности каждой ступени отражательной частотно-понижающей накладки пропорциональны площади этой ступени:The oscillatory Q-factors of each step of the reflective frequency-lowering pad are proportional to the area of this step:

Figure 00000005
Figure 00000005

Формирование требуемой амплитудно-частотной характеристики осуществляется за счет подбора длин и ограничивающих диаметров ступеней частотно-понижающих накладок.The formation of the required amplitude-frequency characteristics is carried out by selecting the lengths and limiting diameters of the steps of the frequency-lowering plates.

В настоящее время в Бийском технологическом институте разработан ультразвуковой химический реактор для экспериментальных исследований звукохимических реакций в жидких средах при интенсивности колебаний свыше 500 Вт/см2.At present, the Biysk Technological Institute has developed an ultrasonic chemical reactor for experimental studies of sound chemical reactions in liquid media with vibration intensities of more than 500 W / cm 2 .

Реактор имеет следующие основные параметры:The reactor has the following main parameters:

Число пакетов пьезоэлектрических элементовThe number of packages of piezoelectric elements 20twenty Наружный диаметр пьезоэлектрических колец в каждом пакете, ммThe outer diameter of the piezoelectric rings in each package, mm 3838 Толщина каждого пьезоэлемента, ммThe thickness of each piezoelectric element, mm 6,356.35 Число пьезоэлементов в каждом пакете, шт.The number of piezoelectric elements in each package, pcs. 22 Максимальная мощность ультразвуковых колебаний, создаваемых каждым пакетом пьезоэлементов, ВтThe maximum power of ultrasonic vibrations generated by each package of piezoelectric elements, W 650650 Радиус внутренней сферической полости, ммThe radius of the internal spherical cavity, mm 1313 Максимальная интенсивность ультразвуковых колебаний внутри сферической полости, Вт/см2 The maximum intensity of ultrasonic vibrations inside a spherical cavity, W / cm 2 540540 Рабочая частота, кГцWorking frequency, kHz 22±222 ± 2 Максимальное статическое давление внутри технологического объема, МПаMaximum static pressure inside the process volume, MPa 15fifteen Расстояние между противолежащими шестиугольными гранями, ммThe distance between opposite hexagonal faces, mm 180180

В связи с тем что скорость распространения акустической волны в жидкой технологической среде в режиме кавитации лежит в пределах 400-600 м/с, радиус сферической области является резонансным для частот в пределах 20 кГц-24 кГц в зависимости от свойств технологической среды.Due to the fact that the speed of propagation of an acoustic wave in a liquid technological medium in the cavitation mode lies in the range of 400-600 m / s, the radius of the spherical region is resonant for frequencies in the range of 20 kHz-24 kHz, depending on the properties of the technological medium.

Диапазон рабочих частот 22±2 кГц получен за счет применения отражательных накладок ступенчато-переменной формы. Каждая накладка имеет по четыре ступени, длиной 18 мм, 20 мм, 22 мм и 24 мм.The operating frequency range of 22 ± 2 kHz was obtained through the use of reflective overlays of stepwise variable form. Each pad has four steps, 18 mm, 20 mm, 22 mm and 24 mm long.

Условия внутри технологического объема такого ультразвукового химического реактора (интенсивность ультразвуковых колебаний, рабочее давление) достаточны для осуществления химических реакций, требующих высокой плотности энергии, например для получения наноалмазов.The conditions inside the technological volume of such an ultrasonic chemical reactor (the intensity of ultrasonic vibrations, working pressure) are sufficient to carry out chemical reactions requiring a high energy density, for example, to produce nanodiamonds.

Список использованных источниковList of sources used

1. Ультразвуковой химический реактор. Пат. РФ №2272670, МПК7 B01J 19/10, В06 В 3/00. Хмелев В.Н., Барсуков Р.В., Цыганок С.Н., Лебедев А.Н., Генне Д.В., патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ), номер заявки 2004117679/15 от 2004.06.10, опубл. 2006.03.27.1. Ultrasonic chemical reactor. Pat. RF №2272670, IPC 7 B01J 19/10, В06 В 3/00. Khmelev V.N., Barsukov R.V., Tsyganok S.N., Lebedev A.N., Genne D.V., patent holder State educational institution of higher professional education "Altai State Technical University named after II Polzunov" (AltGTU), application number 2004117679/15 of 2004.06.10, publ. 2006.03.27.

2. Horst C., Design of ultrasound reactors for technical scale organometallics and electrochemical synthesis / Horst C., Lindermeir A., Hoffmann U. // TU Hamburg-Harburg Reports of Sanitary Engineering 35, 2002, Neis U. (ed.). Ultrasound in Environmental Engineering II ISSN 0724-0783; ISBN 3-930400-47-2 - прототип.2. Horst C., Design of ultrasound reactors for technical scale organometallics and electrochemical synthesis / Horst C., Lindermeir A., Hoffmann U. // TU Hamburg-Harburg Reports of Sanitary Engineering 35, 2002, Neis U. (ed.) . Ultrasound in Environmental Engineering II ISSN 0724-0783; ISBN 3-930400-47-2 - prototype.

3. Розенберг, Л.Д. Кавитационная область // Мощные ультразвуковые поля / Под ред. Л.Д.Розенберга. - М.: Наука, 1968. - С.222-265.3. Rosenberg, L.D. Cavitation area // Powerful ultrasonic fields / Ed. L.D. Rosenberg. - M.: Nauka, 1968 .-- S.222-265.

Claims (1)

Ультразвуковой химический реактор, состоящий из технологического объема, на внешней поверхности которого расположены и акустически связаны с ним ультразвуковые преобразователи, отличающийся тем, что внутренняя поверхность технологического объема выполнена в форме сферы, внешняя поверхность технологического объема выполнена в форме усеченного икосаэдра, расстояние от плоскостей шестиугольных граней которого до внутренней поверхности кратно нечетному количеству четвертей длины продольной акустической волны в материале стенок технологического объема на выбранной рабочей частоте, с каждой шестиугольной гранью внешней поверхности акустически связана торцовая поверхность одного или нескольких пакетов, состоящих из четного количества пьезоэлектрических элементов, другая торцовая поверхность каждого пакета пьезоэлектрических элементов акустически связана с отражательной частотно-понижающей накладкой, число накладок равно числу пакетов пьезоэлектрических элементов, через центры пятиугольных граней внешней поверхности, перпендикулярно им, выполнены каналы, соединяющие внешнюю и внутреннюю поверхности технологического объема, радиус внутренней поверхности технологического объема кратен половине длины продольной акустической волны в технологической среде на рабочей частоте химического реактора, а продольный размер и форма отражательных частотно-понижающих накладок выбраны из условия обеспечения заданной амплитудно-частотной характеристики.An ultrasonic chemical reactor consisting of a technological volume, on the external surface of which ultrasonic transducers are located and acoustically connected with it, characterized in that the internal surface of the technological volume is made in the form of a sphere, the external surface of the technological volume is made in the form of a truncated icosahedron, the distance from the planes is hexagonal faces which to the inner surface is a multiple of an odd number of quarters of the length of the longitudinal acoustic wave in the material of the walls of those of the biological volume at the selected operating frequency, with each hexagonal face of the external surface, the end surface of one or more packages consisting of an even number of piezoelectric elements is acoustically connected, the other end surface of each package of piezoelectric elements is acoustically connected with a reflective frequency-lowering pad, the number of overlays is equal to the number of packets piezoelectric elements, through the centers of the pentagonal faces of the outer surface, perpendicular to them, channels are made, with uniting the external and internal surfaces of the technological volume, the radius of the internal surface of the technological volume is a multiple of half the length of the longitudinal acoustic wave in the technological medium at the operating frequency of the chemical reactor, and the longitudinal size and shape of the reflective frequency-lowering pads are selected from the condition of providing a given amplitude-frequency characteristic.
RU2007101744/15A 2007-01-17 2007-01-17 Hypersonic chemical reactor RU2323774C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007101744/15A RU2323774C1 (en) 2007-01-17 2007-01-17 Hypersonic chemical reactor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007101744/15A RU2323774C1 (en) 2007-01-17 2007-01-17 Hypersonic chemical reactor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2323774C1 true RU2323774C1 (en) 2008-05-10

Family

ID=39799886

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007101744/15A RU2323774C1 (en) 2007-01-17 2007-01-17 Hypersonic chemical reactor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2323774C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8651230B2 (en) High capacity ultrasonic reactor system
US3066686A (en) Sonic treating apparatus
Rashwan et al. Investigation of acoustic and geometric effects on the sonoreactor performance
Gallego-Juárez et al. Recent developments in vibrating-plate macrosonic transducers
RU2323774C1 (en) Hypersonic chemical reactor
EP2195122B1 (en) High capacity ultrasonic reactor system
JP2005199253A (en) Ultrasonic liquid treatment apparatus
Lebedev et al. Ultrasonic oscillating system for radiators of gas media
Liang et al. Vibration analysis and sound field characteristics of a tubular ultrasonic radiator
JP4883617B2 (en) Ultrasonic multifrequency vibrator, ultrasonic vibration unit, ultrasonic vibration device, ultrasonic processing device, tip surface ultrasonic radiation device, tip surface ultrasonic wave receiving device, and ultrasonic processing device
RU2228217C1 (en) Method of cavitation treatment of liquid media and reactor for realization of this method
RU2284228C1 (en) Ultrasonic oscillating system
RU2446874C2 (en) Ultrasonic cavitation flow reactor
RU141803U1 (en) ULTRASONIC FLOWING MACHINE
RU2284215C1 (en) Ring-type magnetostrictive transducer
RU2286205C1 (en) Cavitation reactor
RU2222387C1 (en) Piezoelectric through-type ultrasonic converter
RU2446873C2 (en) Ultrasound cavitation flow reactor (versions)
RU2272670C1 (en) Ultrasonic chemical reactor
KHMELEV et al. Development and research of concentrator-sonotrode with increased radiating surface
Mo et al. Thirty years' progress of underwater sound projectors in China
US10562068B2 (en) Ultrasonic device having large radiating area
EP4190440A1 (en) Intensified multifrequency sonoreactor device
RU2254912C1 (en) Cavitation reactor
Igarashi et al. Control of ultrasonic acoustic fields by multiple acoustic waveguides and piezoelectric transducers

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120118