Устройство для интенсификации химических процессов в жидкой среде

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в химической, пищевой и фармакологической промышленности как устройство для интенсификации процессов гомогенизации, перемешивания и регулирования скорости химических реакций.
Известно перемешивающее устройство (Патент РФ № 2528843), состоящее из двигателя, рабочих органов и исполнительного механизма, который находится в отдельном корпусе. Исполнительный механизм состоит из кривошипно-коромыслового механизма, на коромысле закреплено центральное зубчатое колесо, которое входит в зацепление с периферийными зубчатыми колесами. Центральное зубчатое колесо установлено на крышке корпуса реактора с возможностью вращения и соединено с двигателем через кривошипно-коромысловый механизм, состоящий из кривошипа, шатуна и коромысла, а рабочие органы соединены с валами зубчатых колес. Рабочие органы могут быть выполнены в виде лопастей с отверстиями.
Недостатком данного устройства является то, что его невозможно использовать для гомогенизации высоковязких веществ, а также применять для каталитического процесса травления печатных плат.
Известно устройство для смешения и получения однородных смесей - центробежный смеситель (патент РФ № 2505349, прототип), состоящий из цилиндрического корпуса с основанием, приводного вала с цапфой и закрепленными на ней криволинейными лопастями. Отличительной особенностью устройства является наличие двух криволинейных отражательных лопастей, закрепленных симметрично на цапфе и обращенных выпуклой поверхностью по направлению вращения приводного вала и двух криволинейных подрезающих лопастей, закрепленных симметрично на торцах кронштейна, осевая линия которого расположена перпендикулярно горизонтальной осевой линии расположения отражательных лопастей, а подрезающие лопасти образуют своей выпуклой поверхностью острый угол с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса смесителя, при этом ближняя к оси вращения кромка подрезающей лопасти и дальняя от оси вращения кромка отражательной лопасти совершают свое движение вокруг оси вращения по окружности с одинаковым радиусом. Недостатком такого устройства является низкий коэффициент полезного действия (КПД) и сложность конструкции.
Известен способ очистки поверхностей меди и ее сплавов от продуктов коррозии и окисления соединениями меди (II) (Патент РФ № 2604162), заключающийся в том, что раствором кислоты в присутствии окислителя, в качестве которого используют кислород воздуха, а в качестве кислоты - водный раствор 0,033 н., 0,053 н., 0,06 н., 0,07 н., 0,237 н. или 0,47 н. азотной кислоты обрабатывают поверхность из меди и ее сплавов. Очищаемую поверхность полностью погружают в указанный водный раствор кислоты, в котором осуществляют интенсивное перемешивание, перемешивание и барботаж воздуха или барботаж воздуха, при этом контролируют расход кислоты и накопление соединений меди (II), а после обработки отработанную реакционную смесь аккуратно сливают, металл или сплав один-два раза промывают дистиллированной водой и сушат. Недостатком данного способа является использование отдельных систем для перемешивания и подачи воздуха в реакционную среду.
Технической задачей заявляемой полезной модели является интенсификация химических процессов в жидкой среде.
Поставленная задача решается путем разработки устройства с использованием низкочастотных аксиальных колебаний инфразвукового и начала звукового диапазона. В поле акустических воздействий в зависимости от амплитудно-частотных характеристик колебательного контура, образуются волновые процессы, которые насыщают жидкую среду газом или наоборот, дегазирует. Процессом управляют путем изменения частоты и амплитуды внешнего воздействия.
Устройство для интенсификации химических процессов в жидкой среде (фиг.1) состоит из линейного колебательного контура 1, фторопластового вибропоршня 2, диаметр которого соответствует диаметру реактора 3 с минимальным зазором, закрепленного на линейном колебательном контуре 1 при помощи винтового соединения 10, реактора 3, подъемного стола 4, корпуса 5 и якоря 6. Линейный колебательный контур крепят к корпусу 5 винтовыми соединениями 11. Корпус фиксируют винтовыми соединениями 12. Винтовое соединение 10 (фиг.2), представляет собой анкер 7 закрепленный на колебательном контуре 1 эпоксидной смолой 8 и резьбового соединения М6 9, которое фиксирует вибропоршень 2. Сигнал от генератора низкочастотных колебаний, через усилитель подают на линейный колебательный контур 1 устройства (фиг.3).
Колебательный контур 1 посредством винтового соединения 10 приводит в движение вибропоршень 2, который передает воздействие в реактор 3.
Пример 1.
2
2
Печатную плату помещают в реактор 3 и заливают 20 мл травильным раствором KI - I, приготовленным из стандарта-титра Калий йодистый (Калий йодид) 0,1 H. С помощью низкочастотного генератора через усилитель подают сигнал частотой 15 Гц и амплитудой 2,2 на линейный колебательный контур 1 в течение 10 минут. В качестве объектов травления используют медные печатные платы размером 1 см на подложках гетинакс ГФ-135 или фольгированный стеклотекстолит СФ-1-35. Скорость обработки поверхности контролируют по изменению оптической плотности водных растворов до и после воздействия низкочастотных колебаний. Измерение оптической плотности водных растворов проводят методом абсорбционной спектроскопии спектрофотометром ПЭ-5400В. водных растворов Изменение оптической плотности без низкочастотного воздействия составляет ΔD = 0,04. Изменение оптической плотности после воздействия низкочастотных колебаний составляет ΔD = 0,23. Таким образом, скорость обработки поверхности увеличивается в 5,75 раз.
Пример 2.
2
2
Печатную плату помещают в реактор 3 и заливают 20 мл травильным раствором KI - I, приготовленным из стандарта-титра Калий йодистый (Калий йодид) 0,1 H. С помощью низкочастотного генератора через усилитель подают сигнал частотой 15 Гц и амплитудой 2,2 на линейный колебательный контур 1 в течение 10 минут. В качестве объектов травления используем металл марки «Армко» размером 1 см. Спектрофотометром ПЭ-5400В методом абсорбционной спектроскопии водных растворов измеряют оптическую плотность водных растворов до и после воздействия низкочастотных колебаний. Изменение оптической плотности без низкочастотного воздействия составит ΔD = 0,07. Изменение оптической плотности при низкочастотном воздействии составит ΔD = 0,26. Из чего следует, что скорость обработки поверхности увеличивается в 3,71 раз.
Пример 3.
-5
-3
В 50 мл раствора тиазинового красителя метиленового с концентрацией 2,81⋅10 моль/л добавляют 1,5 мл раствора аскорбиновой кислоты с концентрацией 5.68⋅10 моль/л. Процесс деколаризации фиксируют методом абсорбционной спектроскопии с помощью спектрофотометра ПЭ-5400 (кювета толщиной оптического пути 10 мм) для мономерной формы красителя (λ=665 нм) каждые 5 минут в течение 20 минут. В раствор тиазинового красителя метиленового добавляют раствор аскорбиновой кислоты как описано выше, подают низкочастотное колебательное воздействие с частотой 15 Гц и амплитудой 2,2 см. Полученные результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1
D
Оптическая плотность (± 0,005) растворов без низкочастотного воздействия и при введении колебаний
(υ=15 Гц, U=5 В, τ = 20 мин;pH 5,6-5,8)
Времяреакции,мин
Мономер
Без низкочастотных воздействий
Принизкочастотном воздействии
0
0,859
0,868
5
0,788
0,807
10
0,744
0,754
15
0,718
0,747
20
0,711
0,739
Δ<i>D</i><sub>0-20</sub>
0,148
0,129
Из таблицы 1 видно, что оптическая плотность мономерной формы красителя в реакции деколоризации аскорбиновой кислотой без низкочастотного воздействия меняется сильнее, чем при введении в раствор низкочастотных колебаний. В поле низкочастотных воздействий наблюдается замедление окислительно-восстановительного процесса.
Пример 4.
-5
-3
Берем 50 мл раствор тиазинового красителя метиленового с концентрацией 2,81⋅10 моль/л добавляем в него 1,5 мл раствора аскорбиновой кислоты концентрации 5.68⋅10 моль/л. Процесс деколаризации фиксируем методом абсорбционной спектроскопии с помощью спектрофотометра ПЭ-5400 (кювета толщиной оптического пути 10 мм) для димерной формы красителя (λ=615 нм) каждые 5 минут в течение 20 минут. Повторяем описанную методику, только после введения раствора аскорбиновой кислоты сразу подаем низкочастотное воздействие частотой 15 Гц и амплитудой 2,2 см. Полученные результаты представлены в таблице 2.
Таблица 2
D
Оптическая плотность ( ± 0,005) растворов без низкочастотного воздействия и при введении колебаний
(υ=15 Гц, U=5 В, τ = 20 мин;pH 5,6-5,8)
Время реакции,мин
Димер
Без низкочастотных воздействий
При низкочастотном воздействии
0
0,515
0,520
5
0,462
0,467
10
0,437
0,443
15
0,414
0,434
20
0,403
0,430
Δ<i>D</i><sub>0-20</sub>
0,112
0,090
Из полученных данных видно, что оптическая плотность димерной формы красителя в реакции деколоризации аскорбиновой кислотой без низкочастотного воздействия меняется сильнее, чем при введении в раствор низкочастотных колебаний. В поле низкочастотных воздействий наблюдается замедление окислительно-восстановительного процесса.