СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ИНТЕНСИФИКАЦИИ ГАЗО- И ЖИДКОФАЗНЫХ ПРОЦЕССОВ МАССООБМЕНА ЗА СЧЕТ АКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ
METHOD AND DEVICE FOR INTENSIFICATION OF MASS EXCHANGE GAS- AND LIQUID-PHASE PROCESSES BY ACOUSTIC VIBRATIONS

Область техники, к которой относится изобретение.
Изобретение относится к способам интенсификации процессов массообмена, в которых в качестве интенсифицирующего фактора используется звук.
Уровень техники.
Прототипом предлагаемых способа и устройства является изобретение (RU 2362617). Изобретение относится к устройствам для приготовления суспензий, эмульсий, растворов, разрушения взвешенных фаз, интенсификации химических реакций путем воздействия на жидкость энергией акустического излучения. Рабочая камера смесителя ограничена с одной стороны излучающей поверхностью, а с другой стороны - отражающей поверхностью, принадлежащей резонатору. Резонатор расположен во внутреннем объеме корпуса смесителя и укреплен на термоупругодеформируемом подвесе. Внутренняя полость подвеса заполнена рабочим веществом с температурным коэффициентом расширения. Размер этой полости в направлении деформирования при температуре, принятой за начальную, определяют из выражения Lo=/f, где - температурный коэффициент скорости звука в обрабатываемой жидкости, f - частота акустических колебаний.
Достоинство описанного способа состоит в повышении производительности аппарата.
Недостатком способа является то, что источник ультразвука является сложным техническим устройством требует питания от сложного дорогого источника. Вся система озвучивания обладает низким КПД. Описанный способ эффективен только лишь в жидкой среде.
Аналогом предложенных способа и устройства является изобретение (RU 94027025), представляющее собой гидродинамический излучатель, содержащий герметизированную емкость с входным и выходным патрубками, имеющими запорно-раздаточную арматуру, и размещенные внутри емкости ультразвуковой вибратор с концевым волноводом, подсоединенный к выходу генератора ультразвуковых колебаний, и сопло, установленное во входном патрубке, отличающийся тем, что герметизированная емкость снабжена резонирующими стержнями, расположенными параллельно концевому волноводу, имеющему углубление на торце и установленному соосно напротив сопла, а генератор ультразвуковых колебаний дополнительно снабжен амплитудно-модулирующим устройством.
Достоинство описанного способа состоит в повышении эффективности проводимых внутри аппарата процессов.
Недостатком способа является то, что источник ультразвука является сложным техническим устройством требует питания от сложного дорогого источника. Описанный способ эффективен только лишь в жидкой среде.
Раскрытие изобретения.
Задачей изобретения является разработка способа и устройства для озвучивания массообменных процессов с целью их интенсификации с наименьшими затратами энергии на производство звука, а также с простым аппаратурным оформлением источника звука. При этом необходимо предусмотреть возможность озвучивания процессов с участием газовых фаз.
В способах озвучивания, известных ранее в качестве источника звука, использовались ультразвуковые преобразователи, имеющие низкий акустический КПД, которые требовали питания от ультразвуковых генераторов, электрический КПД которых, также, редко превышает 50%. Ультразвуковое оборудование - это сложные и дорогие электротехнические устройства, в работе которых, к тому же, часто участвует опасное высокое электрическое напряжение. Ультразвуковое озвучивание применимо в жидких средах, однако озвучивание газофазных процессов также весьма перспективно.
Предлагаемый способ и устройство для озвучивания сред внутри массообменных аппаратов заключается в следующем. Нагнетаемые и (или) отводимые из аппарата среды необходимо пропускать через устройство, состоящее из коробчатого резонатора 1 (фиг.1), которое погружено в озвучиваемую среду 2. На стенке резонатора необходимо смонтировать язычковый излучатель 3. Язычковый излучатель (фиг.2) представляет собой пластину, в которой выполнен надрез по трапециевидному контуру 4. Круглые отверстия 5 служат для удаления концентраторов напряжений. Между корпусом излучателя 6 и язычком 7 имеется небольшой зазор 11 для прохода среды. Материал для изготовления излучателя должен обладать развитыми упругими свойствами. От трубопровода 8 (фиг.1) необходимо провести байпасную ветку 9 с регулирующей арматурой 10.
Работа излучателя осуществляется следующим образом. В период пуска аппарата по трубопроводам 8 начинается движение сред. Арматура 10 при этом должна быть открыта, движение среды в основном идет по байпасной линии 9 и немного через зазор 11. Для начала озвучивания необходимо прикрывать проход через байпас, направляя больше жидкости (газа) на излучатель. Под действием движущейся массы язычок совершает колебательные движения, излучая широкий спектр звуковых частот. Резонатор 1 также является источником звука. Расход вещества через излучатель необходимо регулировать арматурой 10, добиваясь максимальной амплитуды колебаний язычка для максимальной интенсивности озвучивания.
При реализации изобретения могут быть получены следующие результаты:
1. Озвучивающая аппаратура не требует подвода опасной электрической энергии. Звуковые колебания производятся за счет энергии (давления) нагнетаемой в аппарат среды - что весьма привлекательно при внедрении. КПД процесса озвучивания более высокий, чем в методах с применением ультразвука.
2. Аппаратурное оформление предлагаемого способа можно характеризовать как простое и позволяющее исключить размещение в аппарате сложных электрических и механических узлов.
3. Интенсификация процессов может осуществляться как в жидкой, так и в газовой фазе.
Краткое описание прилагаемых фигур
На фигуре 1 изображен схематичный разрез озвучиваемого аппарата.
На фигуре 2 схематично изображены две проекции излучателя.