книги из ГПНТБ / Кардашев, Г. А. Тепломассообменные акустические процессы и аппараты

каном-резонатором. Принцип действия аппарата состоит в следующем. Два или несколько компонентов предвари­ тельно подаются насосом в смесители, а затем в фильтры для очистки от механических примесей и далее в гидроди­ намические излучатели, где подвергаются ультразвуко­ вому воздействию.

Серия ультразвуковых проходных аппаратов УПХА, разработанная в НИИХИММАШе, предназначена для обработки жидкостей и суспензий. Аппарат УПХА-Р состоит из цилиндрических магнитострикционных излу­ чателей и рубашки охлаждения. Обрабатываемые про­ дукты 5 (рис. 100) предварительно перемешиваются в ем­ кости 6 и подаются насосом 7 в колонну с преобразовате­ лями 3, откуда поступают в сборник.

АППАРАТУРА ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ (^ШИРОКОПОЛОСНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ

Процессы пропитки, сушки, эмульгирования и др. существенно ускоряются при широкополосном воздей­ ствии. Для проведения таких процессов можно использо­ вать аппараты с электрическим разрядом, электродинами­ ческие и другие типы широкополосных излучателей.

Аппараты с электрическим разрядом в жидкости могут быть двух типов — с непосредственным воздействием и с воздействием через мембрану. Схема аппарата для непо­ средственного воздействия электрического разряда в жид­ кости на химико-технологические процессы приведена на рис. 101, а. В корпусе 1 аппарата помещеш-разрядник, состоящий из двух электродов 2 и 3, причем электрод 2 заключен в проходной изолятор, а электрод 3 соединен с корпусом аппарата и заземлен. Рабочие вещества по­ даются через штуцер 4 и выводятся через штуцер 6 На электроды разрядника генератором 5 подаются элек­ трические импульсы частотой 50 гц. Интенсивность звука и характер воздействия регулируют изменением расстоя­ ния между электродами и параметров электрических импульсов.

В общем случае аппарат может быть снабжен несколь­ кими разрядниками, тарелками, насадками, змеевиками; в него можно вводить одновременно несколько рабочих веществ. Этот метод нельзя применять, если продукты раз­ ложения или синтеза обрабатываемой жидкости не яв­ ляются конечной целью процессов, а также играют роль

201

вредных примесей или если обрабатываемая жидкость обладает высокой электропроводностью. В этих случаях воздействия передаются через мембрану. Мембрана 1 (рис. 101, б) отделяет рабочую среду 2 от воды 3, в которой происходит электрический разряд, и передает трансформи­ рованные импульсы давления в рабочую среду. Подбо-

t

Рис. 101. Электроразрядные аппараты:

а — непосредственного дейст­ вия; б — мембранного типа; в — мембранного типа для интенси­ фикации диффузионных ‘ про­ цессов

ром мембраны можно дополнительно настраивать аппа­ рат на оптимальное воздействие. Такие аппараты прове­ рены в лабораторных и производственных условиях.

На этом принципе основано устройство аппарата для интенсификации диффузионных процессов в капилляр­ нопористых телах (рис. 101, в). Аппарат состоит из трех разрядников 1 и общей мембраны 2, служащей одновре­ менно и вторым электродом, и дном рабочей ванны 3. Материал поступает в аппарат по транспортеру 4.

202

Непосредственное действие ударных волн используют для дробления и измельчения твердых' и хрупких ма­ териалов с одновременной интенсификацией массообмена, экстракции и т. д. В электрогидравлических дробилках [49] измельчаемый материал в виде крупных кусков за­ гружают в корпус дробилки (рис. 102), через который непрерывно протекает водопроводная вода; в нижней части корпуса установлены разрядные электроды. При

дования импульсов 34 гц (17 гц на каждый электрод); рабочий искровой промежуток 2,2 см; расход воды 1— 1,5 м3/ч.

Принцип импульсного акустического воздействия через мембрану использован в установке для эмульгирования жидкостей, созданной в МИХМе. Установка (рис. 103) состоит из двух основных частей: генератора высоковольт­ ных импульсов и собственного эмульгатора. Генератор, выполненный по схеме с воздушным формирующим про­ межутком, включает: силовой трансформатор с выходным напряжением 10—15 кв; импульсные масляные конденса­ торы на 60 кв, емкостью 0,03 мкф; разрядник с форми­ рующим промежутком типа «острие—пластина» с преде-

лами регулирования от 0 до 100 мм; регулировочный автотрансформатор. Генератор заключен в железный эк­ ран, который заземлен во избежание электротравматизма.

Рис. 103. Электроразрядный эмульгатор

Эмульгатор представляет собой сосуд, в котором разряд­ ная полость а с высоковольтным электродом 5 отделена мембраной 4 от рабочего объема б. Сферический отража-

Рис. 104. Электродинамический импульсный аппарат:

J — электродинамический . излучатель; 2 — смотровые окна; 3 — крышка

тель 6 разрядной полости соединен с корпусом рабочей полости фланцем. Высокое напряжение от генератора подается к эмульгатору экранированным высоковольт-

204

ным кабелем. Высоковольтный кабель вводится в разряд­ ную полость через специальный проходной изолятор. В отражателе имеются два штуцера для заливки жидкого диэлектрика, который циркулирует через'разрядную по­ лость при длительном режиме работы. Вода и эмульги­ руемая жидкость из емкостей 1 и 2 вводятся в рабочую полость, а готовый продукт (эмульсия) выпускается в сборник 3. Частота следования импульсов на данной установке составляет в среднем 60—80 импульсов в се­ кунду. Режим работы установки обеспечивает получениегидроакустических колебаний в широком спектре частот до 100 кгц.

В импульсных аппаратах используют также электро­ динамические излучатели. Простейший аппарат, разра­ ботанный в МИХМе, представляет собой сосуд, дном которого служит мембрана электродинамического излу­ чателя (рис. 104). Модификацией подобных устройств являются проходные аппараты, в которых мембраной служит цилиндрическая труба.

Аналогичная аппаратура с электроразрядными излу­ чателями, применительно к задачам интенсификации тех­ нологических процессов пищевого производства, разра­ ботана И. А. Роговым с сотрудниками.

ТЕПЛООБМЕННАЯ АППАРАТУРА

Интенсификация теплообмена в котельных установках, выпарных аппаратах, теплообменниках и других аппара­ тах связана с предотвращением осаждения кристаллов t на теплообменной поверхности. При этом используют импульсное питание магнитострикторов, излучающая по­ верхность которых 'имеет акустический контакт со стен­ кой или самой жидкостью. Типичная схема введения уль­ тразвуковых колебаний в паровой котел приведена на рис. 105. Излучающая поверхность соединена с мембра­ ной, закрепленной по контуру в патрубке, последний заполнен водой и связан с основной емкостью котла через специальный дисковый кран.

Процессы кристаллизации интенсифицируют также

спомощью магнитострикторов 1>встраиваемых в аппарат

собрабатываемым раствором 2 (рис. 106). Преобразова­

тель питается от импульсного генератора; частота следо­ вания импульсов от 10 до 1500 в секунду [60].

Авторами данной книги совместно с А. В. Салосиным и А. С. Першиным разработана конструкция ультразвуко-

205

вого кристаллизатора-диспергатора проходного типа для получения мелкодисперсной суспензии при низких тем­ пературах. Аппарат (рис. 107) состоит из пьезоэлектри­ ческого преобразователя 1 с концентратором 2, рубашек охлаждения, реакционного стакана 3 и морозильной ка­ меры 4.. Корка твердого замороженного вещества уда­ ляется с конусной поверхности морозильной камеры 4 под действием акустического поля излучателя. В качестве рабочих веществ использовали водные растворы этилен­ гликоля, глицерина и поваренной соли, а также хлорметилен, ацетон и толуол, имеющие температуру замер-

Рис. 108. Ультразвуковой активатор:

/ — подогреватель раствора; 2 — змеевик; 3 — выходной патрубок; 4 — корпус; 5 — внутренняя циркуляционная труба активатора; 6 — на­

13—20 кгц, электрическая мощность генератора 200 вт, максимальная амплитуда колебаний 40 мкм, средняя начальная дисперсность твердой фазы 100—200 мкм, конечная до 10 мкм.

Полупромышленная ультразвуковая установка для кристаллизации фтористого алюминия создана Н. Ю. Тю­ риным [1 ]. Кристаллизуемый раствор делят на две части и меньшую (3,3%) подвергают воздействию мощного уль­ тразвука интенсивностью 10 вт/см2 в специальном актива­ торе (рис. 108). Получаемую желеобразную суспензию добавляют затем к основной массе раствора в качестве затравки. Активатор состоит из подогревателя раствора и змеевика. Ультразвуковые колебания возбуждаются в растворе магнитостриктором с концентратором, на конце которого расположен, излучатель из восьми параллельных металлических дисков общей площадью 50 см2.

207

ЭКСТРАКТОРЫ И МАССООБМЕННЫЕ КОЛОННЫ

Ультразвуковой горизонтальный экстрактор типа сме­ сителя-отстойника с мап-штострикторами, вмонтирован­ ными в днища смесительных камер, разработан И. А. Яку­

ками).

Н. А. Буренковым [9] разработаны массообменные аппараты с использованием электромеханических вибра­ торов. Вибрационная насадочная колонна (рис. ПО) состоит из вертикальной медной трубы 4 высотой 1680 мм,

208

внутренним диаметром 60 мм. Внутри колонны помещена штанга 5 с восемью стаканами, имеющими решетчатое

Рис. 111. Массообменный колонный вибрационный аппарат:

электрического котла с регулятором давления. Эксцен­ триковый вибратор 2 (С-482), закрепленный на пру­ жине 1 приводит в колебательное движение штангу со стаканами и насадкой; частота колебаний составляет около 50 гц. Колонна и вибратор упруго закреплены на каркасе