УСТРОЙСТВО АКТИВАЦИИ ГАЗОВОЙ ИЛИ ЖИДКОСТНОЙ СРЕДЫ (ВАРИАНТЫ)

Устройство относится к топливной энергетике и может найти применение для активации газовой или жидкостной среды, поступающей в энергетическую установку, использующую в качестве рабочей среды органическое топливо.
Известна установка для термической переработки нефтесодержащих фракций, включающая сообщенные между собой устройство для обработки исходного сырья в виде емкостного аппарата; устройство выделения конечных продуктов и устройства для охлаждения и конденсации конечного продукта в виде теплообменного аппарата; (см. Краткий справочник нефтепереработчика, Рудин М.Г., Драбкин А.Е. - Л.: Химия, 1980).
Известна установка для обработки нефтесодержащих продуктов, включающая генератор, излучатель акустических колебаний и генератор электромагнитных колебаний (RU 2215775).
Недостатками известных установок являются: недостаточная производительность из-за ограниченных возможностей для интенсификации процесса обработки исходного сырья; сложность конструкции, в частности связанная с необходимостью катализатора.
Задачей настоящей полезной модели, из которой вытекает, заявляемый технический результат является повышение производительности, снижение энергетических затрат, связанное с повышением эффективности рабочих процессов топливно-энергетической установки при упрощении технологической обработки сред, поступающих в энергетическую установку.
Заявленный технический результат достигается тем, что устройство может содержать:
по первому варианту -
корпус с расположенными продольно направлению движения среды входным и выходным патрубками, по меньшей мере один, акустический излучатель с покрытием из полимерного композиционного материала (ПКМ), закрепленного с помощью кронштейнов через вибродемпфирующие прокладки к указанному корпусу, при этом кронштейны могут быть как с покрытием из полимерного композиционного материала так и без него;
по второму варианту -
акустически прозрачный корпус с внутренней стороны без покрытия или с покрытием из полимерного композиционного материала и расположенными продольно направлению движения среды входным и выходным патрубками, один или более акустических
излучателя, закрепленных снаружи или внутри корпуса в виде колец или сегментов с покрытием из полимерного композиционного материала;
по третьему варианту -
акустически прозрачный корпус с внутренней стороны без покрытия или с покрытием из полимерного композиционного материала и расположенными продольно направлению движения среды входным и выходным патрубками, два или более акустических излучателя, один из которых покрыт полимерным композиционным материалом и закреплен внутри корпуса на его продольной оси через вибродемпфирующие прокладки к указанному корпусу, один или более других - снаружи или внутри корпуса в виде колец или сегментов с покрытием из полимерного композиционного материала.
При этом в каждом из вариантов:
полимерный композиционный материал представляет собой термически обработанную смесь из нескольких химических элементов IV и VIII групп таблицы химических элементов Д.И.Менделеева, ряда неорганических химических соединений (оксиды и соли химических элементов) и органических промоторов в органическом полимере.
в качестве органической полимерной составляющей ПКМ применяются эпоксидные компаунды, термопластичные органические полимеры (например, полиэтилен, полипропилен, полиамид), цианакрилаты.
фракционный состав неорганической составляющей ПКМ должен быть широким и размеры частиц не должны превышать 500 мкм.
в качестве химических элементов в составе ПКМ применяются в отдельности цирконий, гафний, железо, кобальт, никель и другие элементы IV и VIII групп таблицы химических элементов Д.И.Менделеева или смесь нескольких химических элементов IV и VIII групп таблицы химических элементов Д.И.Менделеева.
в качестве оксидов в составе ПКМ применяются в отдельности оксид цинка, оксид магния, оксид марганца, оксид ртути, оксид меди, оксид хрома или смесь нескольких из перечисленных оксидов.
в качестве солей химических элементов в составе ПКМ применяются в отдельности карбонат кальция, карбонат магния, карбонат калия, карбонат меди, карбонат марганца, бихромат калия или смесь нескольких из перечисленных солей химических элементов.
в качестве органических промоторов в составе ПКМ применяются вещества содержащие в своем составе по крайней мере одну арильную группу и вторичные амины (например, дифениламин, бензимидазол, изатин, фталимид).
в излучателях в зависимости от подаваемой среды используются четыре вида сигнала: первый - переменного импульсного напряжения с частотой близкой к его резонансной; второй - группы сигналов, спектральные составляющие которой равномерно распределены по всему диапазону частот; третий - группы сигналов, спектральные составляющие которой носят случайный убывающий характер; четвертый - переменного импульсного напряжения с частотной вобуляцией;
каждый из акустических излучателей может использоваться как в ультразвуковом так и в звуковом диапазонах частот.
Заявленная полезная модель поясняется фигурами: на фиг.1, 2 - 1 вариант устройства, на фиг.3, 4 - 2 вариант, на фиг.5, 6 - 3 вариант.
Осуществлена полезная модель может быть следующим образом.
Устройство активации газовой или жидкостной среды состоит из корпуса 1, акустического излучателя 2, покрытия полимерного композиционного материала 3, кронштейнов крепления акустического излучателя 4, вибродемпфирующих прокладок 5, входного патрубка 6, выходного патрубка 7 и элементов крепления (условно не показаны).
В варианте 1 (фиг.1 или 2) - акустический излучатель 2 или два излучателя 2 (для усиления встречным направлением акустических колебаний) с покрытием полимерного композиционного материала 3 располагается(ются) поперечно потоку активируемой среды.
В варианте 2 (фиг.3) - один или более акустических излучателя 2 располагаются снаружи устройства и передают акустические колебания покрытию полимерного композиционного материала 3 через корпус устройства 1. Покрытие полимерного композиционного материала 3 нанесено на внутреннюю поверхность корпуса устройства.
В варианте 2 (фиг.4) - один или более акустических излучателя 2 располагаются внутри корпуса устройства в виде колец или сегментов с покрытием из полимерного композиционного материала.
В варианте 3 (фиг.5) - используются два или более акустических излучателя 2. Один акустический излучатель 2 располагается на одной оси с корпусом 1 внутри устройства. Этот акустический излучатель покрыт полимерным композиционным материалом. Один или более акустических излучателя 2 располагаются снаружи устройства и передают акустические колебания покрытию полимерного композиционного материала 3 через корпус устройства 1. Покрытие полимерного композиционного материала 3 нанесено на внутреннюю поверхность корпуса устройства.
В варианте 3 (фиг.6) - используются два или более акустических излучателя 2. Один акустический излучатель 2 располагается на одной оси с корпусом 1 внутри устройства. Этот акустический излучатель покрыт полимерным композиционным материалом 3. Один или более акустических излучателя 2 располагаются внутри корпуса устройства в виде колец или сегментов с покрытием из полимерного композиционного материала.
Использование вариантов со встречным распространением акустических колебаний и с направлением акустических колебаний в сторону оси устройства, позволяет усилить активацию потока рабочей среды, за счет большего времени нахождения активируемой среды в зоне действия акустических колебаний и контакта с полимерным композиционным материалом.
Устройство активации газовой или жидкостной среды работает следующим образом.
На входной патрубок 7 подается газовая или жидкостная среда. При подаче рабочих импульсов на акустический излучатель 2 звуковая волна через полимерный композиционный материал 3 проходит в активируемую среду, где под действием физико-химических эффектов перехода энергии от звуковой волны к внутренним степеням свободы, возникающих в результате взаимодействия акустических волн с веществом, происходит активация газовой или жидкостной среды.
При прохождении акустической волны через полимерный композиционный материал происходит изменение формы импульса, при применении 1, 2, 3, 4 видов используемых сигналов и его огибающей при применении 2 и 3 видов используемых сигналов, в результате известного эффекта дисперсии звуковой волны.
Наличие органической полимерной составляющей в композиционном материале расширяет область дисперсии, в результате чего имеется широкий спектр времен релаксации и области релаксации перекрываются по частоте. При прохождении через микронеоднородности в составе ПКМ в виде неорганических химических элементов, оксидов и солей с различными характеристиками взаимодействия с акустическими колебаниями (том числе обладающих пьезоэффектом, например, оксид цинка) возникает изменение, состояния электронов, системы спинов и спиновых волн. Взаимодействие акустических волн с электронами проводимости ведет к поглощению релаксационного типа. Данные эффекты, в сочетании с используемыми видами акустических импульсов, приводят к изменению формы акустической волны и ее огибающей.
Изменение формы акустической волны и ее огибающей, при наличии множества гармоник звуковых колебаний прошедших через ПКМ, с меньшими энергетическими затратами приводит к неравновесному состоянию активируемой среды, возбуждая
внутренние степени свободы - колебательные и вращательные движения молекул, процессы ионизации и диссоциации, химические реакции и перестройку внутренней структуры активируемой среды.
Источники информации:
Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Глав. ред. И.П.Голямина. - М.: «Советская энциклопедия, 1979.
Бергман Л., Ультразвук и его применение в науке и технике, пер. с нем., 2 изд., М., 1957.
Михайлов И.Г., Соловьев В.А. и Сырников Ю.П., Основы молекулярной акустики, М., 1964.
Физическая акустика, под ред. У.Мэзона, пер. с англ., т.2, ч.А, М., 1968.
Маргулис М.А. Основы звукохимии (химические реакции в акустических полях), М., Высш. шк., 1984.