5 Билет

А)Для передачи ультразвуковых колебаний от преобразователя на рабочий инструмент или в рабочую среду в ультразвуковых установках применяют концентраторы и волноводы; последние имеют постоянную площадь поперечного сечения и цилиндрическую форму.

Волноводы применяют, когда нет необходимости в усилении амплитуды колебаний преобразователя. Концентраторы являются трансформаторами скорости; они имеют переменную площадь поперечного сечения чаще цилиндрической формы. Благодаря такому сечению они преобразуют ультразвуковые колебания малой амплитуды, сообщаемые преобразователем и сосредоточенные на его входном торце, в колебания большей амплитуды выходного торца. Последние сообщаются рабочему органу (инструменту) ультразвуковой установки. Усиление амплитуды происходит из-за разницы площадей входного и выходного торцов концентратора — площадь первого (входного) торца концентратора всегда больше площади второго.

Волноводы и концентраторы должны быть резонансными, т. е. их длина должна быть кратна целому числу полуволн (λ/2). При этом условии создаются наилучшие возможности для согласования их с источником питания, колебательной системой в целом и присоединяемой к ним массой (рабочим инструментом).

В ультразвуковых технологических установках наибольшее применение имеют концентраторы экспоненциальной (рис. 14, а), конической (рис. 14, б) и ступенчатой форм. Последние выполняют с фланцем (рис. 14, в) или без него (рис. 14, г). Встречаются и конические концентраторы с фланцем (например, в преобразователе типа ПМС-15А-18), а также комбинированные концентраторы, у которых ступени выполняют разной формы.

Б) Процессы в химии

Под действием ультразвуковой кавитации ускоряются реакции механохимического происхождения, имевшие место в озвучиваемой среде до воздействия ультразвука.

Одновременно инициируются специфические звукохимические реакции, которые без ультразвука не могут быть осуществлены и в основе которых лежит механизм разрыва химических связей. Таким образом, возникновение кавитации может привести к началу химической реакции. Особенно это заметно в воде и других полярных растворителях.

Что позволяют звукохимические реакции в процессе кавитации в жидкости?

1. Изменить пространственную ориентацию, свойства молекул;

2. Деформировать, рвать межмолекулярные цепочки на отдельные фрагменты;

В этом отношении звукохимические явления являются одним из видов механохимических реакций.

Как проявляются механохимические реакции?

1. Как проявление механохимических реакций в среде могут наблюдаться люминисценция, эрозия, появление активных радикалов, диссоциирование молекул.

2. Очень часто наблюдается появление надперикисей, перикисей водорода, ионов азотной и азотистой кислот, комплексов типа: (Н2О∙О2)(ОН∙О2), гидротированных электронов.

3. Образуемые вещества могут дать начало звукохимическим реакциям в парогазовой среде кавитационной области или даже в жидко среде, тогда образуемые продукты диффундируют в жидкость и там вступают в реакции

4. Под действием УЗ ускоряются реакции механохимического происхождения, имевшие место в неозвученной среде.

5. Одновременно инициируются специфические реакции, которые без УЗ не могут быть осуществлены, и в основе которых лежит механизм разрыва химических связей.

Таким образом, возникновение кавитации приводит к началу химической реакции. Особенно это проявляется в воде и полярных растворителях.

Основным типом протекающих здесь реакций являются окислительно-восстановительные реакции (Таблица 3.1).

Таблица 3.1 Окислительно-восстановительные реакции при ультразвуковом воздействииВещества, присутствующие в озвучиваемом растворе Влияние природы газа на скорость реакции (в порядке убывания) Основные продукты реакции после озвучивания

Окислительно-восстановительные реакции в жидкости

В фазе захлопывания пузырька происходит электронный пробой. При наличии в парогазовой кавитационной смеси газов СН4, NH3, H2 и водяного пара может образоваться более 20 простых и сложных органических веществ, в том числе глицин, аланин, N-метилаланин, р-аланин, мочевина, N-метил-мочевина и кислоты — гликолевая, молочная, янтарная, аспарагиновая, глютаминовая, иминодиуксусная, муравьиная, пропионовая, ot-оксимасляная и др.

Все химические реакции начинаются с определенного порога, совпадающего с началом кавитации. Первоначально выход продуктов реакции пропорционален удельной мощности и времени озвучивания. После превышения некоторого значения интенсивности скорость звукохимической реакции резко уменьшается. Это объясняется тем, что при высоких интенсивностях ультразвука растет максимальный размер пузырьков и они не успевают захлопнуться за полупериод волны.