|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Эмульгирование ультразвуковое |
 | |
Анимация
Описание
Явление перехода одной из взаимно нерастворимых жидкостей в дисперсное состояние в среде другой под действием акустических колебаний называется ультразвуковым эмульгированием, или, иначе, ультразвуковым диспергированием в жидкости.
Ультразвуковое эмульгирование позволяет получать высокодисперсные, практически однородные и химически чистые эмульсии. Для протекания ультразвукового эмульгирования необходима кавитация, условия возникновения и протекания которой определяют основные зависимости эмульгирования от интенсивности и частоты ультразвука, температуры, давления, наличия растворенных газов и т.п.
Детальный механизм образования капель эмульсии под действием кавитации не известен, существуют лишь гипотезы.
В соответствии с первой из них кавитационная полость в одной из жидкостей вблизи раздела двух фаз в стадии захлопывания увлекает и отрывает капельки от общей массы другой жидкости.
Другая гипотеза объясняет образование эмульсии распадом на капельки кумулятивных струй, образовавшихся при несимметричном захлопывании кавитационных полостей. Эмульгирование начинается, когда интенсивность ультразвука превышает некоторое значение Ith, ниже которого процесс не протекает. Например, Iп для систем масло - вода на частоте 25 кГц лежит в пределах от долей Вт/см2 до нескольких Вт/см2. Величина Ith снижается, если эмульгирование протекает вблизи поверхности твердой фазы, инициирующей образование кавитации. При I > Ith скорость образования эмульсии растет с увеличением интенсивности ультразвука. С увеличением времени экспонирования концентрация эмульсии возрастает, достигая некоторого предельного значения. Существование предельной концентрации обусловлено одновременным протеканием процесса противоположного направления - акустической коагуляции - и изменением в ходе процесса условий для возникновения кавитации.
Выражение, описывающее кинетику ультразвукового эмульгирования с учетом протекания коагуляции, имеет вид:
,
где V - объем рассматриваемой эмульсии;
С - концентрация;
А- площадь границы раздела двух жидких фаз;
a, b - параметры, зависящие от акустического поля, свойств границы раздела и др. условий;
Aa - скорость образования дисперсной фазы;
bVCn - скорость коагуляции;
n - показатель коагуляции, равный числу взаимодействующих частиц.
Эмульгирование может протекать в широком диапазоне частот; практически используемые частоты не превышают 2…3 МГц. Диаметр капель дисперсной фазы не зависит от интенсивности ультразвука и незначительно зависит от частоты. Так, например, при увеличении частоты ультразвука с 20 КГц до 2 МГц диаметр капель уменьшается лишь вдвое. Минимальный размер капель при ультразвуковом эмульгировании 0,1 мкм.
Образование дисперсной фазы облегчается с понижением вязкости исходных компонентов. С уменьшением межфазного натяжения снижается значение Ith, а при заданных надпороговых значениях I получаются более концентрированные эмульсии.
Ключевые слова
Разделы наук
Фазовые переходы
Ударные и детонационные волныАкустика
Механические колебания и волны
Упругость и пластичность
Используется в научно-технических эффектах
| Получение аэрозоля из жидкости с помощью акустических колебаний звукового или ультразвукового диапазона (Акустическое распыление) |
Используется в областях техники и экономики
Используются в научно-технических эффектах совместно с данным эффектом естественнонаучные эффекты
| 1 | | Акустическая кавитация (Акустическая кавитация) |
| 1 | | Переменная часть давления, возникающая в среде при прохождении звуковой волны (Звуковое давление) |
| 1 | | Переход одной из взаимно нерастворимых жидкостей в дисперсное состояние в среде другой под действием акустических колебаний (Эмульгирование ультразвуковое) |
Применение эффекта
Процессы акустического эмульгирования (а часто и сопутствующие им по условиям технологии последующие процессы деэмульгирования) перспективно использовать при мыловарении, при обезвоживании сырых нефтей и очистке нефтяных емкостей и танкеров, в технологии производства пищевых продуктов (сливочного масла, маргарина), при получении битумных (асфальтовых) эмульсий, при переработке эмульсий натурального каучука, получения консистентных смазок, охлаждающих жидкостей для металлообработки, при производстве эмульсионных красок (водо-дисперсионных, водоэмульсионных и латексных) и т.д.
Реализации эффекта
Техническая реализация явления
Проще всего залить в лабораторную ультразвуковую ванну смесь воды с подсолнечным маслом и включить получится эмульсия.
Литература
1. Ультразвук / Под ред. И.П. Голяминой. - М.: Советская Энциклопедия, 1979.
2. Бреховских Л.М., Гончаров В.В. Введение в механику сплошных сред. - М.: Наука, 1982.
3. Акустополяризационные измерения характеристик анизотропии горных пород (методические рекомендации). - Апатиты, 1985.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |
