WO2013032358A1 - Способ одновременной ультразвуковой кавитационной обработки различных по составу жидких сред - Google Patents

Способ одновременной ультразвуковой кавитационной обработки различных по составу жидких сред Download PDF

Info

Publication number
WO2013032358A1
WO2013032358A1 PCT/RU2011/000771 RU2011000771W WO2013032358A1 WO 2013032358 A1 WO2013032358 A1 WO 2013032358A1 RU 2011000771 W RU2011000771 W RU 2011000771W WO 2013032358 A1 WO2013032358 A1 WO 2013032358A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
liquid
channel
volumes
acoustic
channel system
Prior art date
Application number
PCT/RU2011/000771
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Андрей Александрович ГЕТАЛОВ
Евгений Евгеньевич ДЕДЮХИН
Марат Мунирович ГИНИЯТУЛЛИН
Александр Семенович СИРОТКИН
Original Assignee
Getalov Andrey Aleksandrovich
Dedyukhin Evgeny Evgen Evich
Giniyatullin Marat Munirovich
Sirotkin Aleksandr Semenovich
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 Getalov Andrey Aleksandrovich, Dedyukhin Evgeny Evgen Evich, Giniyatullin Marat Munirovich, Sirotkin Aleksandr Semenovich filed Critical Getalov Andrey Aleksandrovich
Priority to EP11870168.9A priority Critical patent/EP2591850A4/en
Priority to IN3143DEN2014 priority patent/IN2014DN03143A/en
Priority to CN201180036948.7A priority patent/CN103140282B/zh
Priority to US13/813,506 priority patent/US20130215703A1/en
Priority to JP2014528323A priority patent/JP2014531304A/ja
Publication of WO2013032358A1 publication Critical patent/WO2013032358A1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/80—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations
    • B01F31/87—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations transmitting the vibratory energy by means of a fluid, e.g. by means of air shock waves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/10—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing sonic or ultrasonic vibrations
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23L—FOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
    • A23L3/00—Preservation of foods or foodstuffs, in general, e.g. pasteurising, sterilising, specially adapted for foods or foodstuffs
    • A23L3/015—Preservation of foods or foodstuffs, in general, e.g. pasteurising, sterilising, specially adapted for foods or foodstuffs by treatment with pressure variation, shock, acceleration or shear stress or cavitation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/80—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations
    • B01F31/84—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations for material continuously moving through a tube, e.g. by deforming the tube
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/80—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations
    • B01F31/86—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations with vibration of the receptacle or part of it
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/008—Processes for carrying out reactions under cavitation conditions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F2215/00—Auxiliary or complementary information in relation with mixing
    • B01F2215/04—Technical information in relation with mixing
    • B01F2215/0409—Relationships between different variables defining features or parameters of the apparatus or process
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0873—Materials to be treated
    • B01J2219/0877—Liquid

Definitions

  • the invention relates to the field of cavitation treatment of liquid media as well as media, where the specific content of water or other liquid phase exceeds 65-70% of the total mass.
  • this covers the processes of obtaining multicomponent media (emulsions, suspensions, aqueous solutions and systems), ultrasonic sterilization (disinfection) of water, milk, other liquid products, etc.
  • the method of processing liquid media which is implemented in the scheme of an ultrasonic reactor can be taken as a prototype / 1 /. It consists in the fact that an ultrasonic wave is created in the volume of a liquid using a rod emitter, at the end of which there is a source of oscillations, as a rule, a piezoelectric emitter.
  • the bottom of the rod is considered the most effective zone, since a standing wave is formed between the flat end of the emitter and the flat bottom in the liquid being processed /. It is noted that the diameter of the end face is difficult to make in sizes larger than 50-70 mm. Radiation from the cylindrical surface of the rod has a significantly lower amplitude of oscillations and a cylindrical divergence.
  • the complex picture of transmitted and reflected ultrasonic waves in the medium leads to the fact that it is practically impossible to obtain emulsions with a dispersed phase size of less than ⁇ 1.0 ⁇ m, the homogeneity level does not exceed 20% in the main mode. Moreover, the volume of the processed fluid is limited.
  • the closest in essence is a method of obtaining an emulsion cosmetic product according to the application N ° 2010137176 from 08.09.2010, positive decision of ROSPATENT dated 03/22/2011 1 g. N22010137176 / 15 (052870).
  • the amplitude of the acoustic wave oscillations in the processed liquid medium is increased due to resonant in-phase oscillations of each of the large sides of the rectangular channel system and an additional superposition of waves inside the channel, while the internal distance is equal to the small side of the channel and is a multiple of a quarter of the acoustic wave length in the processed medium.
  • This makes it possible to concentrate a maximum of energy on the resonant frequency of oscillations of the large channel wall and to obtain a high-intensity standing acoustic wave inside the channel.
  • the main dispersion mode in this processing mode can be ⁇ 500 nanometers or less, the emulsion practically does not contain a dispersed phase larger than 1000 nanometers (1 ⁇ m), the emulsion contains 2-3 times less emulsifier, than usual.
  • rotor-pulsating homogenizers make it possible to obtain emulsions, where the size of the dispersed phase only begins with 1000 nanometers (1 ⁇ m) with a larger amount of emulsifier / 2 /.
  • the product quality is improved, in accordance with the criteria (threshold) of cavitation [3,4] and operation in the resonant mode with maximum efficiency, the best indicators are provided for the intensification of combined physicochemical, hydromechanical, heat and mass transfer processes on the medium being processed and obtained on output minimum size and homogeneity of the fat (oil) phase.
  • the aim of the invention is the possibility of simultaneous ultrasonic cavitation treatment of various composition of liquid media and providing the required temperature.
  • This goal is achieved by the fact that volumes with processed liquid media of different compositions are placed in a channel system with a liquid, where a plane standing acoustic wave is created, which passes through the processed volumes mainly perpendicular to their placement, the material from which the volumes are made has a specific acoustic resistance equal to or close to the liquid filling the channel system and the resistance of the processed liquid medium, the amplitude of the ultrasonic resonance oscillations exceeds the threshold of the acoustic cavity tations for currently processed fluids taking into account losses passing through the walls of the volume, the optimal processing temperature of liquid media is set using the fluid in the channel system, while the width between the walls of the channel system is a multiple of a quarter of the length of the acoustic wave in the channel fluid:
  • f is the fundamental frequency of the standing wave of the channel wall, Hz;
  • C is the speed of sound in a multiphase medium, m / s;
  • h is the distance between the walls of the channel, m;
  • volumes with processed liquids can be of any design; these can be flow channels (tubes) or stationary containers (cuvettes).
  • Figure 1 shows one of the possible options that implement this method.
  • the channel has the ability to process up to 4 different compositions simultaneously.
  • the acoustic resistance of polyethylene differs from water by about 16% and a classical experiment on the effects of cavitation was carried out for practical assessment of possible losses in the propagation of ultrasonic waves on a strip of foil.
  • Fig. 2 and Fig. 3 show foil strips that were placed inside plastic cups, respectively, before and after exposure.
  • the scoring time was only 60 seconds, the oscillation frequency of the channel walls was 24.65 kHz,
  • the power supplied to the emitters is about 90 W, which corresponds to 40% of the power of the maximum possible long-term action.
  • the width of the channel where the processed volumes of liquid are located is 6 cm, and is equal to the length of the acoustic wave in water for a given frequency.
  • the walls of the channel are membranes with dimensions of 30 cm by 13 cm. It is known that for a rectangular membrane with fixed edges, the solution of the wave equation for the set of frequencies of natural vibrations in a Cartesian coordinate system has the form / 9.10 /:
  • c is the velocity of propagation of waves along the plate
  • L x is the length of the side of the plate directed along the axis Ox;
  • y is an integer equal to the number of antinodes of the wave along the respective sides of the plate.
  • the calculated frequency is 24.4 kHz.
  • the temperature was lowered to 22-23 degrees, which ensured the cooling of the cosmetic emulsion and the preparation of the finished product.
  • the entire food preparation cycle took approximately 30 minutes.
  • the proposed method of ultrasonic cavitation treatment of liquid media has shown the possibility of simultaneous processing of different composition of media, both in flowing and stationary versions, proving the possibility of using any kind of processing modes.
  • the temperature of the processed liquid media in the allocated volumes can be maintained at a given level due to the use of the liquid in the channel as a coolant.
  • the required technological cycle can be provided.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Nutrition Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Cosmetics (AREA)
  • Mixers With Rotating Receptacles And Mixers With Vibration Mechanisms (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Physical Water Treatments (AREA)
  • Degasification And Air Bubble Elimination (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области кавитационной обработки жидких сред, а также сред, где удельное содержание воды или иной жидкой фазы превышает 65-70% от общей массы. Способ одновременной ультразвуковой кавитационной обработки различных по составу жидких сред заключается в том, что объемы любого вида размещаются в системе-канале с жидкостью, где создается плоская стоячая акустическая волна, которая проходит через обрабатываемые объемы преимущественно перпендикулярно их размещению, материал, из которого сделаны объемы, имеет удельное акустическое сопротивление равное или близкое жидкости, заполняющей систему-канал и сопротивлению обрабатываемой жидкой среды, амплитуда ультразвуковых резонансных колебаний превышает порог акустической кавитации для жидких сред, обрабатываемых в данный момент с учетом потерь на прохождение через стенки объема, оптимальная температура обработки жидких сред задается с помощью жидкости в системе-канале, при этом ширина между стенками системы-канала кратна четверти длины акустической волны в жидкости канала.

Description

СПОСОБ ОДНОВРЕМЕННОЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КАВИТАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ РАЗЛИЧНЫХ ПО СОСТАВУ ЖИДКИХ СРЕД
Изобретение относится к области кавитационной обработки жидких сред а так-же сред, где удельное содержание воды или иной жидкой фазы превышает 65-70% от общей массы.
Известно, что акустическая ультразвуковая кавитация может эффективно применяться для различных областей хозяйства, где реализуются следующие технологические процессы/1-6/:
Диспергирование;
Гомогенизация и эмульгирование;
Смешивание;
Дезинтеграция;
- Деагломерация
На практике это охватывает процессы получения многокомпонентных сред(эмульсий, суспензий, водных растворов и систем), ультразвуковой стерилизации(обеззараживание) воды, молока, других жидких продуктов и т.д.
Способ обработки жидких сред, который реализован в схеме ультразвукового реактора может быть принят за прототип/1/. Он заключается в том, что ультразвуковую волну в объеме жидкости создают с помощью стержневого излучателя, на торце которого расположен источник колебаний, как правило, пьезоэлекрический излучатель.
Существует много вариантов расчетов формы стержневого излучателя и возможности крепления на его торце нескольких пьезоизлучателей, но все они направлены на увеличение амплитуды колебаний стержня на нижнем торце и на боковых стенках/8/.
Это связано с тем, что зона развитой кавитации на практике измеряется размерами в несколько сантиметров от поверхности колебаний. Поэтому донная часть стержня считается самой эффективной зоной, так как между плоским торцом излучателя и плоским дном формируется стоячая волна в обрабатываемой жидкости/. При этом отмечается, что диаметр торца трудно сделать в размерах больше 50-70 мм. Излучение с цилиндрической поверхности стержня имеет существенно меньшую амплитуду колебаний и цилиндрическую расходимость. С учетом отраженных акустических волн от стенок внешнего цилиндра-стакана можно оценить, что оптимального режима стабильной стоячей плоской когерентной ультразвуковой волны в обрабатываемой жидкой среде, по аналогии с незначительной областью между торцом излучателя и дном цилиндра-стакана, получить практически невозможно.
Сложная картина проходящих и отраженных ультразвуковых волн в среде, отсутствие когерентности волны и концентрации энергии на одной частоте приводит к тому, что получить эмульсии с размером дисперсной фазы менее ~1 ,0 мкм практически невозможно, уровень гомогенности не превышает 20% на основной моде. При этом объем обрабатываемой жидкости ограничен.
Другой, альтернативный способ ультразвуковой кавитационной обработки жидких сред
Реализован в роторно-пульсационных гомогенизаторах/2/.
В камере озвучивания, за счет периодически возникающих знакопеременных движений жидкости из вращающейся системы статор- ротор, возникает ультразвуковая волна с кавитационными эффектами. Это промежуточный вариант между акустической и гидродинамической кавитацией. Такие гомогенизаторы получили в настоящее время наибольшее распространение. Они достаточно просты, позволяют обрабатывать большие объемы жидкости, существенно дешевле, чем ультразвуковые аналоги. Хорошие скоростные гомогенизаторы позволяют делать эмульсии с размером дисперсной фазы ~1 ,5 мкм на основной моде, уровень гомогенности не превышает 12-15%. Тем не менее и этот способ имеет ряд принципиальных ограничений. Это связано с низким к.п.д. электромеханических систем(до 10%), что ограничивает мощность ультразвуковой волны до 1 ,5-2 Вт/см2, не позволяет работать с вязкими средами , с обработкой статических объемов жидкости( в объеме статор- ротор) и целый ряд других принципиальных ограничений.
Наиболее близким по сути является способ получения эмульсионного косметического средства по заявке N° 2010137176 от 08.09.2010 г., положительное решение РОСПАТЕНТа от 22.03.201 1 г. N22010137176/15(052870).
Увеличение амплитуды колебаний акустической волны в обрабатываемой жидкой среде осуществляется за счет резонансных синфазных колебаний каждой из больших сторон системы-канала прямоугольного сечения и дополнительной суперпозиции волн внутри канала, при этом внутреннее расстояние равно малой стороне канала и кратно четверти длины акустической волны в обрабатываемой среде. Это позволяет на резонансной частоте колебаний большой стенки канала сосредоточить максимум энергии и получить внутри канала стоячую акустическую волну высокой интенсивности.
Проведенные в компании "DERMANIKA" исследования показали, что основная мода дисперсности при таком режиме обработки может составлять ~ 500 нанометров и менее, эмульсия практически не содержит дисперсную фазу размером более 1000 нанометров(1 мкм), эмульсия содержит в 2-3 раза меньше эмульгатора, чем обычно. При этом роторно- пульсационные гомогенизаторы позволяют получить эмульсии, где размер дисперсной фазы только начинается с 1000 нанометров(1 мкм) при большем количестве эмульгатора/2/.
Часть исследований докладывалось на XIV Международной конференции Научно-Практической Конференции "Косметические средства и сырье: безопасность и эффективность" в октябре 2009 года , где отмечены вторым местом и дипломом, имеются публикации в специализированных журналах/6/.
При этом повышается качество продукции, в соответствии с критериями (порогом) кавитации[3,4] и работой в резонансном режиме с максимальной эффективностью обеспечиваются лучшие показатели по интенсификации совмещенных физико-химических, гидромеханических, тепло- и массообменных процессов на обрабатываемую среду и получаемый на выходе минимальный размер и гомогенность жировой (масляной) фазы.
Данная технология реализована в промышленном масштабе на действующем косметическом предприятии "ЗАО Лаборатория ЭМАНСИ". Первая продукция, выпускаемая по данной технологии- крем для рук Anti Smell Smoke (для курящих, против действия никотина и дыма на кожу рук), прошла весь цикл сертификационных испытаний(санитарно- эпидемиологическое заключение Ns77.01.12.915. П.006156.02.10 от 03.02.2010 и Декларация о соответствии, которые продублированы независимыми испытаниями в лаборатории "Спектрум" (аттестат аккредитации N° РОСС RU.0001.2i nLU50) с соответствующим протоколом N2 19 0T 22.12.2009 .
Однако данная технология имеет ряд ограничений на использование.
Например, если требуется проводить одновременную кавитационную обработку различных по составу жидких сред с помощью одного канала, обрабатывать на потоке малые стационарные (непроточные) объемы жидких сред. Нельзя так-же использовать один канал обычных размеров если требуется на его выходе получить уже готовый продукт, в этом случае не хватает линейной длины канала для набора требуемого времени озвучивания и обеспечения протекания обрабатываемой жидкости.
Существенными ограничениями является кавитационная обработка жидких сред и поддержание при этом ее требуемой температуры. Известно, что при кавитационной обработке выделяется большое количество тепла, идет интенсивный нагрев обрабатываемой жидкости и эффективный отвод тепла является серьезной проблемой.
В целом ряде случаев температурные режимы обработки всего объема жидкости являются первостепенными.
Целью изобретения является возможность одновременной ультразвуковой кавитационной обработки различных по составу жидких сред и обеспечение при этом требуемого температурного режима.
Данная цель достигается тем, что объемы с обрабатываемыми жидкими средами разного состава, размещаются в системе-канале с жидкостью, где создается плоская стоячая акустическая волна, которая проходит через обрабатываемые объемы преимущественно перпендикулярно их размещению, материал, из которого сделаны объемы, имеет удельное акустическое сопротивление равное или близкое жидкости, заполняющей систему-канал и сопротивлению обрабатываемой жидкой среды, амплитуда ультразвуковых резонансных колебаний превышает порог акустической кавитации для жидких сред, обрабатываемых в данный момент с учетом потерь на прохождение через стенки объема, оптимальная температуры обработки жидких сред задается с помощью жидкости в системе-канале, при этом ширина между стенками системы-канала кратно четверти длины акустической волны в жидкости канала:
h = (k/4)*(C/f ), к= 1 ,2,3,...
где
f - частота основной гармоники стоячей волны стенки канала, Гц; С - скорость звука в многофазной среде, м/с;
h - расстояние между стенками канала, м;
В предлагаемом способе объемы с обрабатываемыми жидкостями могут иметь любое исполнение это могут быть проточные каналы(трубки) или стационарные емкости(кюветы).
На Рис.1 показан один из возможных вариантов, реализующих данный способ.
Канал имеет возможность обрабатывать до 4-х различных составов одновременно.
Имеется возможность обеспечить протекание жидкости в канале и поддержание требуемой температуры в обрабатываемых объемах. Обрабатываемые объемы жидкости
Находятся в стандартных полиэтиленовых стаканчиках объемом по
100 мл.
Акустическое сопротивление полиэтилена (плотность 0,92-0,94 г/смЗ, скорость продольных волн ~ 1900-1950 м/с) отличается от воды примерно на 16% и для практической оценки возможных потерь при распространении ультразвуковых волн проведен классический опыт по воздействию кавитации на полоску из фольги.
На Рис.2 и Рис.3 представлены полоски из фольги, которые были помещены внутрь пластиковых стаканчиков, соответственно, до и после воздействия.
Время озвучивания составляло всего 60 сек, частота колебаний стенок канала 24,65 кГц,
Подводимая к излучателям мощность около 90 Вт, что соответствует 40% мощности от максимально возможной длительного действия. Ширина канала, где расположены обрабатываемые объемы жидкости составляет 6 см, и равна длине акустической волны в воде для данной частоты.
Стенки канала представляют собой мембраны с размерами 30 см на 13 см. Известно, что для прямоугольной мембраны с закрепленными краями решение волнового уравнения по набору частот собственных колебаний в декартовой системе координат имеет вид/9,10/:
Figure imgf000008_0001
где с - скорость распространения волн по пластинке;
х, /су - волновые числа, значения которых определяются граничными условиями;
Lx, - длина стороны пластинки, направленной вдоль оси Ох;
/.у - длина стороны пластинки, направленной вдоль оси Оу;
ух, у - целое число, равное числу пучностей волны вдоль соответствующих сторон пластинки.
Для получения максимальной отдачи от мембраны необходимо реализовать режим колебаний на первой моде, когда количество пучностей равно 1 по обеим осям. В этом случае все точки мембраны совершают колебания на одной частоте и фазе с максимальным прогибом в центре мембраны.
Для данных размеров стенок канала расчетная частота составляет 24, 4 кГц.
На практике есть небольшие отклонения от расчетных значений, обусловленные условиями закрепления на краях (натяжения), величины прогиба и Т.Д. 1/.
Из Рис.3 видно, что на практике использование тонкостенного полиэтилена в качестве материала, где могут располагаться объемы с обрабатываемой жидкостью является недорогим и эффективным подходом и акустическим потерями можно пренебречь.
Были проведены опыты, когда в канале были расположены две спиралевидные полиэтиленовые трубки, через которые прокачивались две разные жидкости, одновременно получающие эффективную кавитационную обработку.
Важным этапом опытов являлось обеспечение требуемого температурного режима обрабатываемых объемов жидкости. Было осуществлено одновременное приготовление 4-х объемов разных косметических кремов в пластиковых стаканчиках, с объемами по 80 мл каждая доза. При гомогенизации жировой и водной фазы в течение 10 минут обеспечивалась температура ~70 град за счет выделяемого тепла и температуры воды, находящейся в канале. Затем была осуществлена прокачка воды и понижение температуры до 43-45 градусов и ее поддержание на этом уровне. При этом вводились активные добавки и витаминный комплекс и так же обеспечивалась гомогенизация в течение еще 10 минут.
На последнем этапе температура была понижена до 22-23 градусов, что обеспечило остывание косметической эмульсии и получение готового продукта. На весь цикл приготовления продуктов понадобилось примерно 30 мин.
Проверка на стабильность, кислотность, вязкость показала полное соответствие полученных продуктов требованиям нормативным документам.
Таким образом, предлагаемый способ ультразвуковой кавитационной обработки жидких сред показал возможность одновременной обработки различных по составу сред, причем как в проточном, так и в стационарном вариантах, доказав возможность применения любого вида режимов обработки. При этом температура обрабатываемых жидких сред в выделенных объемах может поддерживаться на заданном уровне за счет использования жидкости в канале как теплоносителя. Регулированием расхода жидкости в канале и ее температурой можно обеспечить требуемый технологический цикл.
ЛИТЕРАТУРА
1 . Бронин Ф.А. Исследование кавитационного разрушения и диспергирования твердых тел в ультразвуковом поле высокой интенсивности. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук, МИСИС, 1967. 2. Червяков B.M., Однолько В. Г. Использование гидродинамических и кавитационных явлений в роторных аппаратах.- М.: Изд-во Машиностроение, 2008.
3. Сиротюк М.Г. Экспериментальные исследования ультразвуковой кавитации. В кн. Мощные ультразвуковые поля, Под ред. Розенберга Л.Д. ,
1968.
4. Красильников В.А. Звуковые и ультразвуковые волны в воздухе, воде и твердых телах-М. : Физматгиз, 1960.
5. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике.-М. : Иностранная литература, 1956.
6. В.И.Деменко, А.А.Геталов, Т.В.Пучкова, Е.А.Хотеенкова. Эффективный метод снижения содержания эмульгатора при производстве косметической эмульсии, журнал "Сырье и упаковка" Ns 10(101 ), стр.12.
7. Маргулис М.А. Основы звукохимии. Химические реакции в акустических полях. - М.: Высшая школа, 1984.
8. Хмелев В.Н., Попова О. В. Многофункциональные ультразвуковые аппараты и их применение в условиях малых производств, сельском и домашнем хозяйстве:научная монография.Алт. Гос. Техн. Ун-т им И.И.Ползунова.-Барнаул: Изд-во АлтГТУ.
9. Кошляков Н.С.Глинер Э. Б., Смирнов М.М. Уравнения в частных производных математической физики. М., Изд-во Высшая школа, 1970.
10. Араманович И. Г., Левин В. И. Уравнения математической физики. Изд. Второе, М., Наука, 1969.
1 1. Вибрации в технике. Справочник в 6 томах, под ред. Челомея В.Н., М., Машиностроение, 1979.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ одновременной ультразвуковой кавитационной обработки различных по составу жидких сред, путем размещения объемов с жидкими средами внутри проточной механической колебательной системы-канала где реализуется режим резонансной акустической кавитации, отличающийся тем, что объемы любого вида, размещаются в системе-канале с жидкостью, где создается плоская стоячая акустическая волна, которая проходит через обрабатываемые объемы преимущественно перпендикулярно их размещению, материал, из которого сделаны объемы, имеет удельное акустическое сопротивление равное или близкое жидкости, заполняющей систему-канал и сопротивлению обрабатываемой жидкой среды, амплитуда ультразвуковых резонансных колебаний превышает порог акустической кавитации для жидких сред, обрабатываемых в данный момент с учетом потерь на прохождение через стенки объема, оптимальная температуры обработки жидких сред задается с помощью жидкости в системе-канале, при этом ширина между стенками системы-канала кратна четверти длины акустической волны в жидкости канала:
h = (k/4)*(C/f ), k= 1 ,2,3,...
где
f - частота основной гармоники стоячей волны стенки канала, Гц; С - скорость звука в многофазной среде, м/с;
h - расстояние между стенками канала, м
ИСПРАВЛЕННЫЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 91)
PCT/RU2011/000771 2011-08-29 2011-10-03 Способ одновременной ультразвуковой кавитационной обработки различных по составу жидких сред WO2013032358A1 (ru)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP11870168.9A EP2591850A4 (en) 2011-08-29 2011-10-03 METHOD FOR THE SIMULTANEOUS ULTRASONIC CAVITY TREATMENT OF LIQUID MEDIA COMPRISING A CONTRAST COMPOSITION
IN3143DEN2014 IN2014DN03143A (ru) 2011-08-29 2011-10-03
CN201180036948.7A CN103140282B (zh) 2011-08-29 2011-10-03 具有对比成分的液体介质的同步超声空化处理方法
US13/813,506 US20130215703A1 (en) 2011-08-29 2011-10-03 Method of simultaneous ultrasonic cavitation treatment of liquid medium having contrasting compositions
JP2014528323A JP2014531304A (ja) 2011-08-29 2011-10-03 液状媒体の同時超音波キャビテーション処置の方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011135703 2011-08-29
RU2011135703/05A RU2479346C1 (ru) 2011-08-29 2011-08-29 Способ одновременной ультразвуковой кавитационной обработки различных по составу жидких сред

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013032358A1 true WO2013032358A1 (ru) 2013-03-07

Family

ID=47756616

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2011/000771 WO2013032358A1 (ru) 2011-08-29 2011-10-03 Способ одновременной ультразвуковой кавитационной обработки различных по составу жидких сред

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20130215703A1 (ru)
EP (1) EP2591850A4 (ru)
JP (1) JP2014531304A (ru)
CN (1) CN103140282B (ru)
AT (1) AT13317U8 (ru)
DE (1) DE11870168T1 (ru)
IN (1) IN2014DN03143A (ru)
RU (1) RU2479346C1 (ru)
WO (1) WO2013032358A1 (ru)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130126005A1 (en) * 2011-07-25 2013-05-23 Andrej Getalov Method of ultrasonic cavitation treatment of liquid medium
US20130203864A1 (en) * 2010-09-08 2013-08-08 Andrej Getalov Method of Production of Cosmetics Emulsion
US20130213484A1 (en) * 2011-03-16 2013-08-22 Andrey Getalov Method of simultaneous processing and volume preparation of emulsion cosmetics
US20150078114A1 (en) * 2012-05-21 2015-03-19 Cavitanica Ltd. Simultaneously and ultrasonically induced cavitation fluid processing method
US20150217263A1 (en) * 2012-03-26 2015-08-06 Cavitanica Ltd. Method of simultaneous cavitation treatment of liquid media different in composition

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2540608C1 (ru) * 2013-12-13 2015-02-10 Андрей Александрович Геталов Способ ультразвуковой кавитационной обработки жидких сред
RU2657485C1 (ru) * 2017-02-27 2018-06-14 Станислав Малозёмов Устройство для обработки воды или нефти
CN111944670B (zh) * 2020-03-19 2021-11-30 珠海艾博罗生物技术股份有限公司 超声处理器
CN111940098B (zh) * 2020-04-08 2021-11-12 珠海艾博罗生物技术股份有限公司 侧面励振式超声处理器及处理方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2025833A1 (en) * 1989-09-21 1991-03-22 Michele Zocchi Method and apparatus for producing human autologous collagen
JPH06207893A (ja) * 1992-02-14 1994-07-26 Nippon Sci Kk 放射能測定用生物組織の溶解法
RU2427362C1 (ru) * 2010-09-08 2011-08-27 Андрей Александрович Геталов Способ получения эмульсионного косметического средства

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6277332B1 (en) * 1995-12-18 2001-08-21 Solid Phase Sciences Corporation Reaction plenum with magnetic separation and/or ultrasonic agitation
US7981368B2 (en) * 1998-10-28 2011-07-19 Covaris, Inc. Method and apparatus for acoustically controlling liquid solutions in microfluidic devices
JP4139916B2 (ja) * 2002-07-03 2008-08-27 株式会社東京大学Ｔｌｏ 超音波照射方法及び超音波照射装置
GB0311959D0 (en) * 2003-05-23 2003-06-25 Glaxo Group Ltd Energy delivery system
US8353619B2 (en) * 2006-08-01 2013-01-15 Covaris, Inc. Methods and apparatus for treating samples with acoustic energy
US20090038932A1 (en) * 2007-08-08 2009-02-12 Battelle Memorial Institute Device and method for noninvasive ultrasonic treatment of fluids and materials in conduits and cylindrical containers
JP5143082B2 (ja) * 2009-05-22 2013-02-13 株式会社日立製作所 液液抽出システム
CN101654339B (zh) * 2009-08-26 2011-12-07 广西大学 一种超声强化石灰消和乳化的装置
JP2011067772A (ja) * 2009-09-26 2011-04-07 Kobe Univ 被処理水の殺菌方法及びその装置
CN101811751B (zh) * 2010-04-15 2012-02-22 南京航空航天大学 行波型超声反应器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2025833A1 (en) * 1989-09-21 1991-03-22 Michele Zocchi Method and apparatus for producing human autologous collagen
JPH06207893A (ja) * 1992-02-14 1994-07-26 Nippon Sci Kk 放射能測定用生物組織の溶解法
RU2427362C1 (ru) * 2010-09-08 2011-08-27 Андрей Александрович Геталов Способ получения эмульсионного косметического средства

Non-Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Cosmetic preparations and raw materials:safety and efficiency", XIV INTERNATIONAL RESEARCH AND PRACTICE CONFERENCE, October 2009 (2009-10-01)
"Mashinostroenie", 1979, article "Vibrations in technique. Manual"
ARMANOVICH I.G.; LEVIN V.I.: "Equations of mathematical physics", 1969, M., NAUKA
BERGMAN L., ULTRASONICS AND ITS APPLICATION IN SCIENCE AND TECHNIQUE.-M. : INOSTRANNAYA LITERATURA, 1956
BRONIN F.A.: "Analysis of cavitation fracture and dispergating of solids in high intensity ultrasonic field. Author's abstract thesis in Engineering Science", MISIS, 1967
CHERVYAKOV V.M.; ODNOLKO V.G., APPLYING OF HYDRODYNAMIC AND CAVITATION EFFECTS IN ROTOR APPARATUS.- M. : IZD-VO MASHINOSTROENYE, 2008
HMELEV V.N.; POPOVA O.V.: "Multifunctional ultrasonic apparatus and their implementation in small productions, agriculture and household conditions", SCIENTIFIC MONOGRAPH
KOSHLYAKOV N.S.; GLINER E.B.; SMIRNOV M.M.: "Partial equations in mathematical physics. M.", IZD-VO VYSHAYA SHKOLA, 1970
KRASYLNIKOV V.A., ACOUSTIC AND ULTRASONIC WAVES IN THE AIR, WATER AND SOLIDS-M. : FIZMATGIZ, 1960
MARGULIS M.A., FUNDAMENTAL PRINCIPLES OF SONOCHEMISTRY. CHEMICAL REACTIONS IN ACOUSTIC FIELDS. - M.: VYSHAYA SHKOLA, 1984
See also references of EP2591850A4
SIRITYUK M.G.: "Intense ultrasonic field", 1968, article "Experimental investigations of ultrasonic cavitation"
V.I. DEMENKO; A.A. GETALOV; T.V. PUCHKOVA; E.A. HOTENKOVA: "Effective method impoverishment of emulsifier while production of cosmetic emulsion", RAW MATERIALS AND PACKAGING, no. 10, pages 12

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130203864A1 (en) * 2010-09-08 2013-08-08 Andrej Getalov Method of Production of Cosmetics Emulsion
US20130213484A1 (en) * 2011-03-16 2013-08-22 Andrey Getalov Method of simultaneous processing and volume preparation of emulsion cosmetics
US8894269B2 (en) * 2011-03-16 2014-11-25 Andrey Getalov Ultrasonic cavitation method of simultaneous processing and volume preparation of emulsion cosmetics
US20130126005A1 (en) * 2011-07-25 2013-05-23 Andrej Getalov Method of ultrasonic cavitation treatment of liquid medium
US20150217263A1 (en) * 2012-03-26 2015-08-06 Cavitanica Ltd. Method of simultaneous cavitation treatment of liquid media different in composition
US20150078114A1 (en) * 2012-05-21 2015-03-19 Cavitanica Ltd. Simultaneously and ultrasonically induced cavitation fluid processing method

Also Published As

Publication number Publication date
RU2479346C1 (ru) 2013-04-20
JP2014531304A (ja) 2014-11-27
EP2591850A4 (en) 2015-02-18
AT13317U8 (de) 2014-01-15
EP2591850A1 (en) 2013-05-15
US20130215703A1 (en) 2013-08-22
CN103140282B (zh) 2015-06-17
CN103140282A (zh) 2013-06-05
IN2014DN03143A (ru) 2015-05-22
RU2011135703A (ru) 2013-03-10
AT13317U1 (de) 2013-10-15
DE11870168T1 (de) 2013-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013032358A1 (ru) Способ одновременной ультразвуковой кавитационной обработки различных по составу жидких сред
WO2012150874A1 (ru) Способ ультразвуковой кавитационной обработки жидких сред и расположенных в среде объектов
WO2013015708A1 (ru) Способ ультразвуковой кавитационной обработки жидких сред
RU2501598C1 (ru) Способ одновременной ультразвуковой кавитационной обработки объемов жидких сред
US20150217263A1 (en) Method of simultaneous cavitation treatment of liquid media different in composition
RU2427362C1 (ru) Способ получения эмульсионного косметического средства
WO2012125067A1 (ru) Способ одновременной обработки и получения объемов эмульсионного косметического средства
Harada et al. Emulsion generating microchannel device oscillated by 2.25 MHz ultrasonic vibrator
Wang et al. Transition mechanisms of translational motions of bubbles in an ultrasonic field
RU2540608C1 (ru) Способ ультразвуковой кавитационной обработки жидких сред
Stoforos Acoustic Enhancement of Continuous Flow Cooling.
RU2551490C1 (ru) Способ ультразвуковой кавитационной обработки жидких сред и расположенных в среде объектов
RU2304459C2 (ru) Ультразвуковой диспергатор
RU2009119873A (ru) Способ получения эмульсионного косметического средства
RU2309008C1 (ru) Кавитационный реактор
RU2229947C1 (ru) Способ глубокой обработки жидких и газообразных сред и генератор резонансных колебаний для его осуществления
RU2471571C2 (ru) Ультразвуковая колебательная система
Abramenko et al. The ultrasonic flowing reactor for intensive ultrasonic processing of liquids in thin layer
TW201102156A (en) Emulsifying apparatus
UA71760A (en) A method for pasteurization of liquid foodstuffs in the flow and a mechanism for realization of the same

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201180036948.7

Country of ref document: CN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011870168

Country of ref document: EP

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11870168

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13813506

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2014528323

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE