УСТРОЙСТВО УЛЬТРАЗВУКОВОГО ДИСПЕРГИРОВАНИЯ
ULTRASONIC DISPERSION DEVICE

Изобретение относится к устройствам сверхтонкого измельчения в жидких средах мелкодисперсных материалов и может найти применение в различных технологических процессах в медицинской, пищевой, химической промышленности, в частности, при изготовлении лакокрасочных материалов.
Известно устройство потокового ультразвукового диспергирования [см., например, патент RU 2081705, С1, МПК В02С 19/18 (1995.01), опубл. 20.06.1997], состоящее из корпуса с закрытыми торцами, образующего камеру измельчения, в центре которой установлен ультразвуковой вибратор, на открытых торцах корпуса установлены выходные и входные штуцера, причем выходные штуцера установлены вдоль продольной оси корпуса, а входные штуцера - вдоль поперечной оси, ультразвуковой вибратор снабжен двумя высокоамплитудными концентраторами, установленными симметрично друг другу по обе стороны от ультразвукового вибратора, при этом высокоамплитудные концентраторы закреплены к корпусу мембраной, а конец образует зазор с торцом соответствующего выходного патрубка со стороны его входа, а также последовательно, соединенные смеситель, дисольвер и насос.
Недостатком известного устройства является низкая технологичность процесса диспергирования и дисперсность получаемого после ультразвуковой обработки материала.
Техническим результатом изобретения является повышение процесса диспергирования и дисперсности получаемого после ультразвуковой обработки материала.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве ультразвукового диспергирования, состоящего из корпуса с закрытыми торцами, образующего камеру измельчения, в центре которой установлен ультразвуковой вибратор, на открытых торцах корпуса установлены выходные и входные штуцера, причем выходные штуцера установлены вдоль продольной оси корпуса, а входные штуцера - вдоль поперечной оси, ультразвуковой вибратор снабжен двумя высокоамплитудными концентраторами, установленными симметрично друг другу по обе стороны от ультразвуковоговибратора, при этом высокоамплитудные концентраторы закреплены к корпусу мембраной, а конец образует зазор с торцом соответствующего выходного штуцера со стороны его входа, согласно изобретению, входные штуцера выполнены с возможностью регулирования площади их сечения и снабжены механизмом ее регулирования, на каждом выходе устройства дополнительно введены последовательно соединенные датчик температуры, установленный на каждом из выходных штуцеров, схема сравнения, второй вход которой является технологическим, а выход соединен со входом механизма регулирования площадью сечения штуцера.
Сущность изобретения заключается в том, что входные штуцера выполнены с возможностью регулирования площади их сечения и снабжены механизмом ее регулирования, на каждом выходе устройства дополнительно введены последовательно соединенные датчик температуры, установленный на каждом из выходных штуцеров, схема сравнения, второй вход которой является технологическим, а выход соединен со входом механизма регулирования площадью сечения штуцера.
Известно [см., например, Лузгин В.И., Шестовских А.Е., Петров, Коптяков А.С. Ультразвуковые резонансные излучатели для технологий получения нанодисперсных эмульсий и суспензий. http://elar.urfu.ru/bitstream/10995/36339/1/aptee-2014-14.pdf. Дата обращ. 31.05.2018 г.], что при разрушении поверхности твердых тел под действием кавитации (кавитационная эрозия) происходит нагревание обрабатываемой жидкости и, как следствие, снижается эрозионная активность жидкости. Этим обусловлено снижение эффективности диспергирования. Согласно [см., например, Ультразвук. Маленькая энциклопедия / Глав. ред. И.П. Голямина. - М. : «Советская энциклопедия», 1979. с. 154-155] эрозионная активность жидкости характеризуется безразмерным коэффициентом, зависящим от параметров звукового поля, физико-химических свойств жидкости и избыточного давления в объеме жидкости, а управление кавитационной эрозией можно осуществить путем изменения соотношений между звуковым и статическим давлением. Изменение этого соотношения может быть достигнутопутем изменения площади сечения входного штуцера или зазора между концом высокоамплитудного конца концентратора и торцом выходного штуцера со стороны его входа [см., например, патент RU 2081705, С1, МПК В02С 19/18 (1995.01). Опубл. 20.06.1997].
Поэтому, согласно изобретению, входные штуцера выполнены с возможностью регулирования площади их сечения и снабжены механизмом ее регулирования, а на выходных штуцерах установлены датчики температуры. Датчики температуры измеряют температуру обработанного сырья, что соответствует температуре жидкости. При превышении температуры жидкости заданной температуры увеличивают площадь сечения входного штуцера, что приводит к уменьшению избыточного давления в камере. Как известно [см., например, Ультразвук. Маленькая энциклопедия / Глав. ред. И.П. Голямина. - М. : «Советская энциклопедия», 1979. с. 157] при понижении избыточного давления, особенно при температуре жидкости близкой точке кипения, доминирующий вклад в образование пузырька вносит испарение жидкости и пузырек-зародыш начинает расширяться под действием разности давлений внутри и вне его. Испарение жидкости с поверхности пузырька приводит к охлаждению прилегающих слоев жидкости и пара в пузырьке. Разность температур вызывает поток тепла от жидкости к пузырьку, идущий на испарение жидкости, что обеспечивает рост пузырька и его захлопывание.
В противном случае уменьшают площадь сечения входного штуцера, что приводит к увеличению избыточного давления в камере. При этом конденсация пара на поверхности пузырька приводит к повышению температуры и выравниванию давлений в пузырьке и жидкости, а процесс захлопывания пузырька происходит вследствие отвода тепла из пузырька в жидкость. Этим обеспечивается указанный в изобретении технический результат.
Возможность регулирования площади сечения штуцера может быть осуществлена, например, с помощью диафрагмы, выполненной в соответствии с ГОСТ 8.586.2-2005. Государственная система обеспечения единства измерений. Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. Часть 2. Диафрагмы. Технические требования[см., например, http://docs.cntd.ru/document/1200047567. Дата обращ. 05.06.2018 г.] и установленной в патрубок входного штуцера.
Регулирование площади сечения штуцера может быть осуществлено, например, с помощью реверсивного двигателя [см., например, https://cable.ru/articles/id-1106.php. Дата обращ. 05.06.2018 г.], взаимодействующего с диафрагмой и управляемого по сигналам, формируемым по разности температуры жидкости и заданной температуры.
В качестве датчика температуры может быть использован, например, датчик температуры охлаждаемой жидкости [см., например, https://motorsguide.ru/system/zamena-datchika-temperatury-ohlazhdayushhej-zhidkosti. Дата обращ. 05.06.2018 г.].
На фигуре приведен вариант построения ультразвукового диспергирования с использованием диафрагмы, где обозначено: 1 - корпус, 2 - ультразвуковой вибратор, 3 - высокоамплитудный концентратор, 4 - выходной штуцер, 5 - входной штуцер, 6 - диафрагма, 7 - датчик температуры, 8 - схема сравнения, 9 - механизм управления площадью сечения входного штуцера, 10 - мембрана. Назначение элементов ясны из их названия.
Устройство работает аналогично известному устройству с некоторыми отличиями, которые заключаются в следующем. Датчиками температуры 7, установленными на входных штуцерах, измеряется температура обработанного сырья. Результат измерения поступает на схему сравнения, на второй вход которого поступает заданное значение температуры, в качестве которого может быть использовано, например, значение температуры кипения жидкости, используемой в устройстве. Их можно найти, например, на сайте [см., например, http://infotables.ru/khimiya/12-tablitsa-temperatura-kipeniya-zhidkostej. Дата обращ. 05.06.2018 г.]. В зависимости от результата сравнения механизм управления 9 взаимодействуя с диафрагмой 6 обеспечивает либо увеличение, либо уменьшение площади сечения входного штуцера 5, что приводит соответственно к уменьшению или к увеличению избыточного давления. Этим достигается повышение процесса диспергирования и дисперсности получаемого после ультразвуковой обработки материала.