ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Формование полимеров из "Физические методы интенсификации процессов химической технологии" Фильтрование. В процессах фильтрования и пропитки твердых тел происходит движение жидкой фазы относительно пор и каналов в твердой фазе. Интенсификация этих процессов может быть достигнута при увеличении скорости относительного движения жидкости. Не случайно поэтому многочисленные работы были посвящены исследованиям влияния вибраций, ультразвука и ударных волн на течение жидкостей в капиллярах. В коллоидных системах существенное влияние на процесс начинают приобретать электрические явления, и поэтому для интенсификации технологических процессов, например в мембранных аппаратах для ультрафильтрации, используют электрические поля. [c.126] Возбуждение колебаний в рассматриваемых системах принципиально возможно тремя способами колебаниями фильтрующих элементов, жидкости и непосредственно твердых частиц суспензии. В литературе описаны первые два способа, а последний, в связи со специальными требованиями к свойствам чабтиц, не упоминается. [c.126] Ермиловым и др. [5]. Для возбуждения колебаний фильтрующего элемента в диапазоне частот 50- 2000 Гц использовался электродинамический вибратор, а на частотах 10 и 20 кГц-магнитострикционный преобразователь с кодщентратором. Фильтрующий элемент представлял собой перфорированные диски, между которыми закреплялась ткань, колебания подводились к центру дисков. При разделении 20% (масс.) суспензии молибденита в бутилацетате с ультразвуковым воздействием на частоте 20 кГц и звуковом давлении до 0,15 МПа производительность составила около 20 мл/(см2-с) отмечено наличие двух режимов фильтрации с образованием уплотненного фильтрующего слоя осадка и с его разрушением. [c.126] Для частоты 100 Гц граничная область амплитуды колебаний составляла 75- 100 мкм. Производительность растет пропорционально росту амплитуды колебаний, однако с ростом амплитуды понижается степень дисперсности получаемого продукта. Размер частиц основной фракции был меньше диагонали ячейки ткани в первом случае в 10, а во втором в 3-4 раза. Таким образом, используя акустическое воздействие с регулируемыми частотой и амплитудой, принципиально можно управлять не только производительностью, но и составом классифицируемых суспензий, причем грубая настройка на заданный размер производится выбором фильтрующего материала. [c.126] Очистка и регенерация фильтрующих материалов и элементов весьма трудоемка и является проблематичной в технологии. Из физических методов наиболее эффективны динамические. Введение колебаний в дисперсную систему приводит к образованию сложных нестационарных локальных напряжений и потоков жидкости, способствующих дезагрегации, отрыву частиц и выносу их в объем жидкости. В зависимости от физико-химических свойств системы и ее конструктивных факторов должны существовать оптимальные амплитудно-час-тотные характеристики воздействия. При прочих равных условиях предпочтение следует отдать режимам, создающим кавитацию, турбулентность и особенно импульсным методам. Ряд устройств с использованием указанных принципов был разработан в НИИхиммаше совместно с МИХМом. [c.127] Пропитка. Капиллярная пропитка является важнейшей стадией многих технологических процессов. Таких, как выщелачивание, производство нанесенных катализаторов, придание различным материалам необходимых свойств. [c.127] Длительность и полнота пропитки в основном могут быть лимитированы такими факторами, как вязкость жидкости и смачивание твердой фазой, наличие защемленного газа. Поэтому интенсифицирующее воздействие должно быть направлено на уменьшение влияния этих факторов на процесс. [c.127] Снятие капиллярных ограничений при помощи ультразвука было исследовано в ряде работ [7]. Впервые Ричардс обнаружил влияние ультразвука на подъем жидкости в капиллярах. В его экспериментах использовались стеклянные трубки с внутренним диаметром =0,5-2 мм, имевшие входной рупор. При нормальном падении волн на отверстие рупора в трубке наблюдался дополнительный подъем уровня жидкости ДН (сверх высоты капиллярного уровня), пропорциональный силе звука. Это наблюдение было подтверждено затем Ояма. Пинуар использовал этот эффект для измерения звуковой энергии в воде. [c.128] В серии работ Е. Г. Коновалова и И. Н. Германовича, описанных в монографии [27], обнаружено, что дополнительный подъем ДЯ под действием ультразвука (частота /=20 кГц, интенсивность /=3,5 Вт/см ) линейно растет при повышении температуры и увеличении диаметра. Максимальная высота и скорость подъема наблюдались при контакте капилляров с поверхностью излучателя. На кривых, отображающих зависимость скорости и высоты подъема от расстояния между торцом капилляра и йзлучателем, имеются чередующиеся максимумы и минимумы. Описывая этот эффект, зарегистрированный как открытие, авторы первоначально предположили, что при расположении капилляра на поверхности излучателя действует насосный эффект. [c.128] Розин и Н. П, Тихонова (Одесский Государственный университет) модифицировали прибор Ричардса с целью измерения интенсивности звука в проводящих жидкостях. Используя известный метод измерения поверхностного натяжения, предложенный Ребиндером, они разработали компенсационный метод измерения интенсивности звука. В пузырьках, образуемых в акустическом поле, максимальное давление воздуха много выше, чем в отсутствие поля. При увеличении интенсивности звука форма мениска становилась более плоской. По мнению авторов, это эквивалентно действию постоянного давления, направленного внутрь капилляра и не зависящего от угла наклона капилляра относительно звукового фронта. [c.128] Баранцев и В. Н. Моторин (Московский лесотехнический институт) на основании проведенных экспериментов предположили, что акустическая кавитация в жидкости приводит к срезанию части амплитуды ультразвуковой волны во время фазы разрежения, что приводит к появлению средней (постоянной) составляющей в давлении около устья капилляра. [c.129] Подробное обсуждение ультразвукового капиллярного эффекта дано в специально посвященной этому явлению монографии [27]. [c.129] МИХМом совместно с Институтом физической химии АН СССР была предпринята попытка дополнительной экспериментальной проверки эффекта [28]. Исследовалось влияние геометрии входных отверстий капилляров в докавитационном и кавитационном режимах на движение жидкости через капилляр. [c.129] В первой серии экспериментов открытые капиллярные трубки (с/=1 мм) с коническими входами (рис. 6.6, о) опускались в ванну с водой. Колебания создавались магнитострикционным преобразователем типа ПМС-6, работающим в кавитационном режиме /=20 кГц, /=3 Вт/см ). При включении ультразвука наблюдалось повышение уровня мениска (АН 0), если расширение было обращено вниз, и опускание (ДЖО), если расширение было обращено вверх. [c.129] Результаты проведенных опытов можно объяснить, предположив, что возникновение разности давления р Д Я связано с зависимостью гидравлического сопротивления от направления течения жидкости. При очень малых колебательных скоростях течение ламинарно, и эффект асимметрии не обнаруживается (ДЯ=0). Если же ламинарность течения нарушается, то и гидравлическое сопротивление сужающегося канала, как известно, становится существенно меньше, чем расширяющегося. Следует заметить, что не только прокол в мембране, но и просто плоский торец капилляра представляет собой асимметричную систему, что объясняет наблюдаемый в капиллярах ДЯэффект. [c.130] Для выяснения роли кавитации в ультразвуковом капиллярном эффекте были проведены опыты, в которых изучалось прохождение пучка света через кавитационную область в фазе разрежения и сжатия. Интенсивность прошедшего пучка в фазе разрежения оказалась на 20% меньше, чем в фазе сжатия. Это можно объяснить тем, что объем кавитационных пузырьков в фазе разрежения больше, чем в фазе сжатия. Вместе с тем в фазе разрежения у входа в капилляр поток направлен из капилляра наружу, а в фазе сжатия - в обратном направлении, т. е. в капилляр. Это означает, что кавитационные пузырьки больше препятствуют вытеканию, чем втеканию, создавая дополнительный эффект асимметрии. [c.130] Кавитационная область у входа в капилляр усиливает асимметрию гидравлического сопротивления втеканию и вытеканию жидкости и является своеобразным синхронным клапаном, регулирующим течение жидкости через капилляр. [c.130] Таким образом, авторы большинства приведенных работ расходятся в толковании механизма явления, названного ультразвуковым капиллярным эффектом . Получившая наибольшее распространение кавитационная гипотеза объясняет ультразвуковой капиллярный эффект ударами кумулятивных струй или в упрощенном варианте давлением, возникающим при захлопывании кавитационных пузырьков около устья капилляра [29]. [c.130] Приведенные факты указывают на то, что собственно кавитация не является источником постоянного давления, создающего ультразвуковой капиллярный эффект. Для окончательного разграничения кавитационных и гидродинамических явлений в обсуждаемом эффекте необходимы эксперименты с амплитудами колебательных скоростей в жидкости, при которых наступает кавитация, но в ее отсутствие. [c.131] Вернуться к основной статье