УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРОТОЧНЫЙ РЕАКТОР

Полезная модель относится к области ультразвуковой техники, предназначенной для кавитационной обработки жидкостей, и может быть использована для проведения различных сонохимических реакций, в частности экстрагировании различных полезных веществ из растительного и животного сырья.
Известны устройства для использования ультразвуковых колебаний для всех процессов, эффективные только в условиях создания и поддержания в жидкости кавитационного процесса в стадии «развитой кавитации». При реализации такого процесса формируемые в жидкой или жидкодисперсной средах кавитационные пузырьки, в стадии их захлопывания, обеспечивают максимальное энергетическое воздействие на окружающую их жидкость [Гершгал Д.Α., Фридман В.М. «Ультразвуковая технологическая аппаратура» М.: «Энергия», 1976.].
2
2
Известны ультразвуковые реакторы для реализации технологических процессов в воде, которые обеспечивают интенсивность ультразвуковых колебаний 10…15 Вт/см, а в вязких жидкостях (маслах, нефти и т.п.) режим развитой кавитации реализован ими только при интенсивностях более 30…50 Вт/см. [Патент РФ №2272670 Ультразвуковой химический реактор. 27.03.2006 Бюл. №9].
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является ультразвуковой проточный реактор, содержащий проточную камеру, расположенный в ней и соединенный с источником ультразвуковых колебаний излучатель в виде стержня переменного сечения, причем участки стержня большего сечения расположены вдоль стержня так, что расстояние между центрами этих участков соответствует половине длины волны используемых ультразвуковых колебаний. Форма переходов между участками стержня большего и меньшего сечений выбрана линейной, радиальной или экспоненциальной из условий обеспечения заданного направления ультразвуковых колебаний во внутренний объем проточной камеры [Патент РФ №2403085 Ультразвуковой проточный реактор. 10.11.2010 Бюл. №31].
Это техническое решение позволяет создавать высокие интенсивности ультразвуковых колебаний, имеет большую площадь излучения и обеспечивает эффективную реализацию различных физико-химических процессов.
В то же время, из-за выполнения переходов между участками стержня большего и меньшего сечения вогнутыми сферическими поверхностями, излучаемые ультразвуковые колебания фокусируются и распространяются только в пространстве между соседними участками излучателя большего сечения. В основной объем камеры между ее внутренней стенкой и поверхностью излучателя ультразвуковые колебания не направляются. Таким образом, неравномерность ультразвуковой обработки, низкая производительность и невозможность обработки жидкостей с высоким коэффициентом затухания ультразвуковых колебаний ограничивают возможности применение прототипа в качестве ультразвукового реактора проточного типа.
Технической задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является устранение неравномерности ультразвуковой обработки, повышение производительности устройства и обеспечение обработки жидкостей с высоким коэффициентом затухания ультразвуковых колебаний для повышения эффективности его работы в качестве ультразвукового реактора проточного типа.
Решается эта техническая задача тем, что ультразвуковой проточный реактор содержит проточную камеру в виде полого цилиндра и расположенных в ней, соединенных с источником ультразвуковых колебаний излучателей и отражателей ультразвука, при этом излучатели выполнены в виде двух коаксиальных цилиндрических магнитострикционных элементов, установленных с зазором, равным 0,10-0,15 внутреннего диаметра внешнего коаксиального магнитострикционного элемента, а излучатели жестко соединены: внешний - с верхней крышкой проточной камеры, а внутренний с нижней, при этом внутренний излучатель, соединенный с нижней крышкой, совмещен своей внутренней стенкой с отверстием, выполненным по оси проточной камеры, для выведения обработанного продукта из камеры, кроме того верхняя и нижняя крышки имеют как минимум по два отверстия для загрузки продукта и выгрузки, причем в качестве отражателей ультразвука используются внутренняя поверхность проточной камеры и цилиндрические поверхности магнитострикционных элементов.
Технический результат от применения полезной модели выражается в увеличении производительности реализуемых с ее помощью технологических процессов и обеспечении равномерной ультразвуковой обработки, причем время такой обработки легко регулируется давлением подаваемой жидкости.
Ультразвуковой проточный реактор схематично показан на фиг. 1 и фиг. 2.
Проточный содержит установленную на основании 1 проточную камеру 2 в виде полого цилиндра, расположенный в ней, соединенный с источником ультразвуковых колебаний излучатель, и отражатели ультразвука, при этом излучатель выполнен в виде двух коаксиальных цилиндрических магнитострикционных элементов. Эти элементы установлены с некоторым зазором относительно друг друга и жестко соединены, внешний - с верхней крышкой 3 проточной камеры, с выполненными в ней отверстиями 4 для загрузки обрабатываемого продукта и закрепленной на камере 2 с помощью болтов 5 соединен первый элемент 6. Внутренний магнитострикционный элемент 7, установленный с зазором равным 0,10-0,15 внутреннего диаметра внешнего коаксиального магнитострикционного элемента, соединен с нижней крышкой 9. Цилиндр, соединенный с нижней крышкой, совмещен своей внутренней стенкой 8 с отверстием, выполненным по оси проточной камеры, для выведения обработанного продукта из нее, кроме того, и верхняя крышка, и нижняя крышка 10 имеют как минимум по два отверстия для загрузки и выгрузки продукта. В качестве отражателей ультразвука используются внутренняя поверхность проточной камеры и цилиндрические поверхности магнитострикционных элементов.
Работает реактор следующим образом. При загрузке под давлением обрабатываемого продукта внутрь корпуса 2, установленного на основании 1, герметически закрытого верхней крышкой 3 при помощи болтов 5 с отверстиями 4, он попадает в зазор между наружным цилиндрическим стрикционным элементом 6 и внутренней поверхностью корпуса, где подвергается воздействию ультразвуковых колебаний генерируемых элементом 6 и отражаемых стенкой корпуса 2. Опускаясь вниз в направлении нижней крышки 9, продукт достигает нижнего среза элемента 6, где подвергается сосредоточенному воздействию ультразвука и разворачивается в направлении верхней крышки 3. Далее, проходя между поверхностями магнитострикционных элементов 6 и 7, установленным с зазором равным 0,10-0,15 внутреннего диаметра внешнего коаксиального магнитострикционного элемента, поток подвергается воздействию ультразвука генерируемого с обеих сторон. Разворачиваясь под действием верхней крышки 3 в противоположном направлении, продукт оказывается под действием ультразвуковых колебаний, генерируемых элементом 7 внутрь полости заполненной обрабатываемым продуктом. Завершая обработку в реакторе, продукт через отверстие, выполненное по оси проточной камеры, удаляется из нее для участия в последующих циклах переработки. В случае накопления высококонцентрированного продукта в нижней части корпуса 2, он удаляется через отверстия 9, которые одновременно могут быть использованы при санитарно-гигиенической обработке корпуса.
Такая конструкция ультразвукового проточного реактора позволяет осуществлять более равномерную обработку продукта ультразвуком, а время такой обработки легко регулируется давлением подаваемой жидкости.