|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Акустическая коагуляция |
 | |
Анимация
Описание
Акустическая (как правило ультразвуковая) коагуляция - процесс сближения и укрупнения взвешенных в газе или жидкости мелких твердых частиц, жидких капелек и газовых пузырьков под воздействием акустических колебаний. При коагуляции уменьшается дисперсность сред, оцениваемая по общей поверхности частиц в единице объема, и число частиц дисперсной системы. В результате коагуляции происходит осаждение взвешенных частиц в газе или жидкости твердых частиц и капелек.
В аэрозолях мелкие частицы подвергаются воздействию гравитационного поля, участвуют в броуновском движении, увлекаются конвективными и гидродинамическими течениями. При наложении ультразвукового поля возникают дополнительные силы, способствующие коагуляции: взвешенная в газе или жидкости частица вовлекается в колебательное движение, на нее действует давление звукового излучения, вызывая ее дрейф, она увлекается акустическими течениями и т.д.
Кинетика процесса коагуляции аэрозолей характеризуется формулой:
,
где n - концентрация частиц за время облучения;
n0 - концентрация частиц в начальный момент облучения (t = 0);
k - коэффициент коагуляции, зависящий от свойств аэрозоля и параметров ультразвукового поля.
Степень и скорость коагуляции определяются несколькими факторами. Основной из них - интенсивность Iп. На рис. 1 представлены графики зависимости степени осаждения n/n0 от времени облучения ультразвуком и его интенсивности для тумана хлористого аммония.
Зависимости степени осаждения n/n0 от времени облучения ультразвуком и его интенсивности для тумана хлористого аммония
Рис. 1
1 - I=1,0 Вт/кв.м.;
2 - I=2,0 Вт/кв.м.;
3 - I=3,0 Вт/кв.м.;
4 - I=4,0 Вт/кв.м.
Видно, что при больших интенсивностях ультразвука степень коагуляции за короткое время достигает высокого значения.
Осаждение частиц разных размеров происходит при разной частоте колебаний: чем меньше частицы, тем выше требуемая частота. На практике обычно используют звук с частотами 0,5-20 кГц; при этом осаждаются частицы размером 0,5-5 мкм.
На процесс коагуляции оказывают влияние также время экспозиции, которое зависит от Iп (при Iп=1,0 Вт/кв.м. весь процесс протекает в течение нескольких секунд), и исходной концентрации аэрозоля (с увеличением концентрации эффективность коагуляции возрастает). Этот метод коагуляции эффективен при концентрации частиц і1-2 г/м3.
Увеличение звукового давления Рзв резко снижает время осаждения t (см. рис. 2).
Зависимость постоянной времени коагуляции от звукового давления
Рис. 2
Коагуляция гидрозолей протекает в условиях жидкой дисперсионной среды. Скорость коагуляции гидрозолей также определяется интенсивностью ультразвука.
Коагуляция частиц неустойчивых суспензий наблюдается при облучении ультразвуком даже небольшой интенсивности, у стойких суспензий - при длительном возбуждении ультразвуком повышенной интенсивности.
Физический эффект проявляется в баках различной геометрической формы, в трубопроводах.
Ультразвуковое поле воздействует на весь объем газа, жидкости, твердых частиц, находящихся в контакте друг с другом.
Ключевые слова
Разделы наук
Применение эффекта
Акустическая коагуляция применяется для осаждения промышленных пылей, дымов, туманов. Звуковое поле чаще всего создается, так называемыми, сиренами и свистками далее укрупненные коагуляционным эффектом частицы осаждаются фильтрами и обычными механическими улавливателями, например, уклонами.
Коагуляция гидрозолей осуществляется в ультразвуковом диапазоне и практически применяется для очистки жидкостей в химической и пищевой промышленности, например, при обработке вина.
Реализации эффекта
Техническая реализация эффекта
Простейшая техническая реализация состоит в заполнении обычной лабораторной ванны для ультразвуковой очистки коллоидным раствором. При включении ультразвука раствор становится более вязким, или даже затвердевает.
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.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |
