RU2446874C2 - Проточный ультразвуковой кавитационный реактор - Google Patents
Проточный ультразвуковой кавитационный реактор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2446874C2 RU2446874C2 RU2010123394/05A RU2010123394A RU2446874C2 RU 2446874 C2 RU2446874 C2 RU 2446874C2 RU 2010123394/05 A RU2010123394/05 A RU 2010123394/05A RU 2010123394 A RU2010123394 A RU 2010123394A RU 2446874 C2 RU2446874 C2 RU 2446874C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactor
- sphere
- waveguide
- channel
- faces
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Изобретение относится к аппаратам для обработки различных технологических сред. Проточный ультразвуковой кавитационный реактор содержит цилиндрическую рабочую камеру с внутренним технологическим объемом в виде сферы и сквозным каналом, впрессованную в цилиндрический канал волновода с соосным расположением каналов, и ультразвуковые преобразователи, закрепленные на гранях волновода и равноудаленные от центра сферы. Поверхность волновода выполнена в виде объемного многогранника, а нормали к его граням ориентированы в центр сферы реактора. Диаметр сферы внутреннего технологического объема реактора кратен четному количеству четвертей длины акустической волны, вызывающей кавитацию, и не превышает половины длины волны в материале обрабатываемой технологической среды, а расстояние от грани крепления ультразвуковых преобразователей до стенки сферы вдоль линии распространения плоской акустической волны кратно нечетному количеству четвертей длины акустической волны в материале волновода. Изобретение обеспечивает высокую производительность обработки технологических сред в режиме непрерывного потока, а также упрощение конструкции и технологии изготовления реактора. 6 ил.
Description
Изобретение относится к аппаратам для обработки различных технологических сред в виде жидкости, смесей, суспензий, эмульсий и т.п. путем воздействия ультразвуковым полем и возбуждения кавитации внутри реактора в режиме непрерывного потока обрабатываемого продукта.
Известен ультразвуковой реактор проточного типа, выполненный в виде трубы, внутри которой протекают химические компоненты и происходит их взаимодействие. На наружной поверхности трубы закреплены и акустически связаны с ней ультразвуковые преобразователи. Ввод колебаний осуществляется через стенки трубы путем размещения большого числа ультразвуковых преобразователей по периметру и вдоль оси трубы, что предполагает увеличение времени воздействия на протекающий продукт [Horst С., 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 // ISSN 0724-0783; ISBN 3-930400-47-2].
Ограничена интенсивность ультразвукового воздействия в рабочем объеме ввиду "одномерной" фокусировки и выполнения технологического объема нерезонансным, что сужает область применения известного реактора.
Наиболее близким изобретению является ультразвуковой реактор по патенту РФ 2323774. Внутренний технологический объем реактора выполнен в виде сферы, а внешняя многогранная поверхность реактора выполнена в виде усеченного икосаэдра и состоит из 20 шестиугольных граней и 12 пятиугольных. Каналы для подвода и отвода технологической среды проходят через центры пятиугольных граней внешней поверхности. Толщина реактора по месту установки ультразвуковых преобразователей рассчитана в зависимости от длины продольной акустической волны. С каждой шестиугольной гранью внешней поверхности акустически связана торцевая поверхность одного или нескольких пьезоэлектрических элементов с частотно-понижающими накладками ступенчато-переменной формы между ними. За счет подбора конструктивных параметров накладок формируют требуемую амплитудно-частотную характеристику для возможности обработки различных технологических сред.
Недостатками прототипа являются:
- конструкция по патенту 2323774 не предоставляет возможности осуществления поточной обработки; характеризуется малой производительностью обработки;
- изготовление реальной конструкции или трудно достижимо, или требует сложной технологии; это, в свою очередь, повышает себестоимость реактора.
Технической задачей изобретения является увеличение производительности обработки текучих технологических сред путем ультразвукового воздействия в режиме непрерывного потока без увеличения размеров участка ультразвукового воздействия, а также упрощение конструкции и технологии изготовления реактора.
Указанная задача решена заявляемым изобретением.
Проточный ультразвуковой кавитационный реактор с внутренним технологическим объемом в виде сферы, содержащий ультразвуковые преобразователи, средства крепления элементов, отличающийся тем, что реактор содержит цилиндрическую рабочую камеру с внутренним технологическим объемом в виде сферы и сквозным каналом, камера впрессована в цилиндрический канал волновода с соосным расположением каналов, поверхность волновода выполнена в виде объемного многогранника, нормали к граням которого ориентированы в центр сферы реактора, а закрепленные на гранях ультразвуковые преобразователи равноудалены от центра сферы, причем диаметр сферы внутреннего технологического объема реактора кратен четному количеству четвертей длины акустической волны, вызывающей кавитацию, и не превышает половины длины волны в материале обрабатываемой технологической среды, а расстояние от грани крепления ультразвуковых преобразователей до стенки сферы вдоль линии распространения плоской акустической волны кратно нечетному количеству четвертей длины акустической волны в материале волновода; при этом реактор и сквозной канал выполнены с возможностью обработки технологической среды в режиме потока.
Изобретение поясняется фигурами:
на фигурах 1, 2, 3 показаны вид реактора сбоку, вид реактора со стороны сквозного канала и аксонометрическое изображение реактора. На фигуре 4 изображен реактора до установки ультразвуковых преобразователей. На фигуре 5 показан реактор в разрезе, на фигуре 6 приведена технологическая схема работы реактора.
Проточный ультразвуковой кавитационный реактор 1 содержит внутреннюю цилиндрическую рабочую камеру 2, впрессованную в цилиндрический канал наружного цельного волновода 3. Технологический объем рабочей камеры выполнен в виде сферы 4. Все конструктивные элементы рабочей камеры 2 имеют образующие тел вращения и изготавливаются на токарном оборудовании с большой точностью, в том числе с большой точностью привязки к базовым поверхностям. Это позволяет изготовить простыми технологическими приемами правильную сферу внутреннего технологического объема реактора и правильно сориентировать и расположить на наружных гранях волновода ультразвуковые преобразователи.
Сквозной канал 5 для подвода и отвода обрабатываемой технологической среды расположен по одной оси с цилиндрическим каналом волновода 3. Показанная на фигурах конусная расточка 6 канала волновода выполнена так, что образующая конуса параллельна линии распространения акустической волны ближних ультразвуковых преобразователей. Посадка цилиндрической рабочей камеры горячим прессованием не нарушает волноводных свойств, а качество реактора в целом сравнимо с монолитным изделием.
Поверхность волновода 3 выполнена в виде объемного многогранника (см. фигуру 4). На его гранях закреплены ультразвуковые преобразователи 7 посредством шпилек 8 и гаек-отражателей 9. Нормали к граням, вдоль которых распространяется акустическая волна, ориентированы в центр сферы реактора. Изготовление многогранника также упрощено по сравнению с прототипом. Грани размещены по кольцевым линиям вокруг сквозного канала в необходимом количестве с обеспечением технологического промежутка для удобства сборки реактора. Монолитность и точность изготовления реактора позволяют (например, на фрезерном оборудовании) образовать грани равноудаленными от центра сферы, что способствует созданию расчетной интенсивности ультразвукового излучения.
Расстояние от грани крепления ультразвуковых преобразователей 7 до стенки внутреннего сферического объема и диаметр сферы 4 задаются технологически с обеспечением создания кавитационного режима в жидкой технологической среде в режиме потока. Диаметр сферы внутреннего объема реактора кратен четному количеству четвертей длины акустической волны, вызывающей кавитацию, и не превышает половины длины волны в материале обрабатываемой технологической среды. Расстояние от наружной грани волновода до стенки сферы вдоль линии распространения плоской акустической волны кратно нечетному количеству четвертей длины акустической волны в материале волновода.
Реактор 1 выполнен с возможностью обработки технологической среды в режиме потока, то есть сквозной канал 5 рабочей камеры имеет вентили, насос 10, смесительное оборудование 11 для подготовки технологической среды в виде жидкой смеси, емкости 12, контрольную аппаратуру, включающие датчики давления, объемного расхода и пр. (фигура 6).
При подаче напряжения на пьезоэлектрические элементы электрические колебания преобразуются в ультразвуковые колебания. На резонансной частоте колебаний, возникающих при соблюдении названных конструктивных параметров, осуществляется передача энергии колебаний с наибольшей интенсивностью по нормали к стенкам реактора. В кавитационном режиме жидкая технологическая среда, подаваемая с небольшим напором, подвергается активации и гомогенизации.
Был изготовлен опытный образец заявляемого реактора 300×300×300 мм. Питание осуществлялось от электрического генератора. Ультразвуковой кавитационный реактор был испытан для измельчения водной смеси предварительно размолотого природного диатомита, включающей твердые гранулы размером ≈1 мм. Избыточное давление в реакторе и напор в проточном канале создавались винтовым насосом. При небольшом размере реактора скорость потока обеспечивала производительность 1 куб.м/час. Дисперсность активированного диатомита около 5 мкм.
Заявляемый ультразвуковой кавитационный реактор обеспечивает высокую производительность обработки текучих технологических сред в режиме непрерывного потока и характеризуется простотой конструкции как с технологической точки зрения, а также по количеству простых деталей и экономной металлообработкой. Его преимуществом с технологической точки зрения является форма всех основных деталей в виде тел вращения, изготавливаемых по известным режимам механической обработки.
Claims (1)
- Проточный ультразвуковой кавитационный реактор с внутренним технологическим объемом в виде сферы, содержащий ультразвуковые преобразователи, средства крепления элементов, отличающийся тем, что реактор содержит цилиндрическую рабочую камеру с внутренним технологическим объемом в виде сферы и сквозным каналом, камера впрессована в цилиндрический канал волновода с соосным расположением каналов, поверхность волновода выполнена в виде объемного многогранника, нормали к граням которого ориентированы в центр сферы реактора, а закрепленные на гранях ультразвуковые преобразователи равноудалены от центра сферы, причем диаметр сферы внутреннего технологического объема реактора кратен четному количеству четвертей длины акустической волны, вызывающей кавитацию, и не превышает половины длины волны в материале обрабатываемой технологической среды, а расстояние от грани крепления ультразвуковых преобразователей до стенки сферы вдоль линии распространения плоской акустической волны кратно нечетному количеству четвертей длины акустической волны в материале волновода; при этом реактор и сквозной канал выполнены с возможностью обработки технологической среды в режиме потока.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010123394/05A RU2446874C2 (ru) | 2010-06-08 | 2010-06-08 | Проточный ультразвуковой кавитационный реактор |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010123394/05A RU2446874C2 (ru) | 2010-06-08 | 2010-06-08 | Проточный ультразвуковой кавитационный реактор |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010123394A RU2010123394A (ru) | 2010-12-27 |
RU2446874C2 true RU2446874C2 (ru) | 2012-04-10 |
Family
ID=44055499
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010123394/05A RU2446874C2 (ru) | 2010-06-08 | 2010-06-08 | Проточный ультразвуковой кавитационный реактор |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2446874C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2631851C2 (ru) * | 2014-12-29 | 2017-09-26 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Установка для производства энергии на твердом топливе |
CN110802522A (zh) * | 2019-09-23 | 2020-02-18 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 超声空化喷丸装置及其使用方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1424185A1 (ru) * | 1986-02-11 | 1996-12-20 | Р.Г. Саруханов | Установка для обработки ионнообменной смолы ультразвуком |
RU2151165C1 (ru) * | 1999-03-22 | 2000-06-20 | Камалов Рустэм Наифович | Способ крекинга органических соединений в жидкой и газообразной фазах и установка для его осуществления |
US6555011B1 (en) * | 1999-04-23 | 2003-04-29 | Atlantium Ltd. | Method for disinfecting and purifying liquids and gasses |
RU2272670C1 (ru) * | 2004-06-10 | 2006-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Ультразвуковой химический реактор |
RU2323774C1 (ru) * | 2007-01-17 | 2008-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Ультразвуковой химический реактор |
-
2010
- 2010-06-08 RU RU2010123394/05A patent/RU2446874C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1424185A1 (ru) * | 1986-02-11 | 1996-12-20 | Р.Г. Саруханов | Установка для обработки ионнообменной смолы ультразвуком |
RU2151165C1 (ru) * | 1999-03-22 | 2000-06-20 | Камалов Рустэм Наифович | Способ крекинга органических соединений в жидкой и газообразной фазах и установка для его осуществления |
US6555011B1 (en) * | 1999-04-23 | 2003-04-29 | Atlantium Ltd. | Method for disinfecting and purifying liquids and gasses |
RU2272670C1 (ru) * | 2004-06-10 | 2006-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Ультразвуковой химический реактор |
RU2323774C1 (ru) * | 2007-01-17 | 2008-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Ультразвуковой химический реактор |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2631851C2 (ru) * | 2014-12-29 | 2017-09-26 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Установка для производства энергии на твердом топливе |
CN110802522A (zh) * | 2019-09-23 | 2020-02-18 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 超声空化喷丸装置及其使用方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010123394A (ru) | 2010-12-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8651230B2 (en) | High capacity ultrasonic reactor system | |
US7504075B2 (en) | Ultrasonic reactor and process for ultrasonic treatment of materials | |
CN108136441B (zh) | 朗之万型超声波振子的振动激励方法以及超声波加工方法和超声波发送方法 | |
US20120121469A1 (en) | Pressurized Acoustic Resonator With Fluid Flow-Through Feature | |
WO1991018486A1 (en) | A coupling device | |
RU2446874C2 (ru) | Проточный ультразвуковой кавитационный реактор | |
EP2195122B1 (en) | High capacity ultrasonic reactor system | |
RU2446873C2 (ru) | Проточный ультразвуковой кавитационный реактор (варианты) | |
Khmelev et al. | High power ultrasonic oscillatory systems | |
KR101514034B1 (ko) | 나노 분말 분산 장치 및 방법 | |
Rajabi et al. | Acoustic manipulation of a liquid-filled spherical shell activated with an internal spherical oscillator | |
CN108543690B (zh) | 一种基于流体介质的漏斗状超声波约束装置 | |
CN105431223B (zh) | 用于混合液体和多相介质的超声系统和方法 | |
CN114377932B (zh) | 一种多点聚焦声场调制超声换能器及制备方法、调制方法 | |
RU2323774C1 (ru) | Ультразвуковой химический реактор | |
KR100424351B1 (ko) | 초음파 세정장치 | |
EP0351416B1 (en) | Ultrasonic instrument | |
RU2286205C1 (ru) | Кавитационный реактор | |
RU94488U1 (ru) | Ультразвуковая колебательная система | |
KHMELEV et al. | Development and research of concentrator-sonotrode with increased radiating surface | |
Khmelev et al. | The design of the ultrasonic vibrating systems with multi-packet piezoelectric transducer and multi half-wave radiator | |
WO2006116508A2 (en) | High power ultrasonic transducer | |
CN104138736A (zh) | 一种超声空化装置 | |
US10562068B2 (en) | Ultrasonic device having large radiating area | |
KR20210013694A (ko) | 초음파 진동 부여구, 진행파 발생 장치 및 초음파 가공 장치 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120609 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20131020 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150609 |