Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии

Стартовая страница
О системе
Технические требования
Синтез
Обучающий модуль
Справка по системе
Контакты
Искать:
  Расширенный   Формализованый   По связи разделов
 А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я 
Общий каталог эффектов
Ультразвуковое диспергирование
Размельчение твердых веществ или жидкостей под действием ультразвуковых колебаний

Анимация

Описание

Ультразвуковое диспергирование - тонкое размельчение твердых веществ или жидкостей, т.е. переход веществ в дисперсное состояние с образованием золя под действием ультразвуковых колебаний. Обычно термином диспергирование обозначается размельчение твердых тел в жидкой среде. Диспергирование жидкостей в газах (воздухе) называется распылением, а жидкостей в жидкостях - эмульгированием.

Ультразвуковое диспергирование позволяет получать высокодисперсные (средний размер частиц - мкм и доли мкм), однородные и химически чистые смеси (суспензии - твердых частиц в жидкостях, золи - капель жидкости в газовой среде, гели - газа в жидкости, эмульсии - нерастворенные жидкости в жидкостях).

Диспергирование суспензий осуществляется при воздействии ультразвука на агрегаты твердых частиц, связанных между собой силами слипания, спекания или спайности. При ультразвуковом диспергировании суспензий дисперсность продукта увеличивается на несколько порядков по сравнению с традиционным механическим измельчением.

Для протекания ультразвукового диспергирования необходима кавитация, т.к. измельчение веществ происходит под действием ударных волн, возникающих при захлопывании кавитационных полостей, каверн и начинается при интенсивности I ультразвука, превышающей некоторое пороговое значение Ith. Величина Ith составляет обычно несколько Вт/см2 и зависит от кавитационной прочности жидкости, состояния поверхности твердой фазы, а также от характера и величины сил взаимодействия между отдельными частицами твердой фазы.

С ростом I скорость диспергирования возрастает; она возрастает также с увеличением хрупкости и с уменьшением твердости и спайности частиц диспергируемого материала. Наиболее эффективно ультразвуковое диспергирование. Происходит при обработке аморфных веществ и агрегировании веществ типа почвы и горных пород, при расщеплении текстурированных материалов типа целлюлозы, стеклянной ваты, асбеста, при действии на растительные и животные клетки.

Достаточно легко диспергируется каолин, гипс, слюда, сера, графит и т.д., труднее - чистые металлы. Для получения суспензий металлов рационально сочетание процессов их химического или электролитического осаждения с ультразвуковым диспергированием.

Диспергирование существенно интенсифицируется, если наряду со знакопеременным звуковым давлением с амплитудой РS на жидкость наложить постоянное (статическое) давление Р0. В этом случае существенно возрастают пиковые значения давления в ударной волне и кавитационное разрушение твердой фазы, оцениваемое по убыли вещества из монолита, перешедшего в дисперсное состояние, ускоряется в десятки, сотни и даже тысячи раз при разных затратах акустической энергии.

Существует оптимальное соотношение между  Р0 и РS при котором происходит наиболее интенсивное диспергирование твердой фазы (рис. 1).

 

Эмпирические зависимости величины диспергирования твердых частиц

 

 

Рис. 1

 

Dm = f(P0) при различных РS.

1 - РS =106 Па (10 атм).

2 - РS =2*106 Па (20 атм).

3 - РS =5*106 Па (50 атм).

 

Условием возникновения диспергирования является облучение жидкости с имеющимися в ее объеме твердыми частицами звуковым полем определенной частоты и интенсивности.

Форма сосудов с диспергирующей жидкостью может быть различной. Звуковое и силовое поля приложены к поверхности жидкости. Результатом их воздействия является силовое поле, возникающее в жидкости, и движении частиц твердого вещества, находящегося в жидкости.

 

Ключевые слова

 

Области техники и экономики

 

Применение эффекта

Ультразвуковое диспергирование широко используется в лабораторной практике для получения суспензий, для подготовки образцов к минералогическому анализу и т.п., в ряде технологических процессов в химической, пищевой, фармацевтической, текстильной, лакокрасочной промышленности и др. отраслях. Оно позволяет получать материалы сверхтонкой дисперсности, которые используются в порошковой металлургии; в технике изготовления ферритов - сверхтонкое измельчение порошков ферритов улучшает эксплуатационные характеристики ферритовых сердечников; ультразвуковое диспергирование применяется также при изготовлении высокодисперсных люминофоров, повышающих качество изображения  и увеличивающих светоотдачу экранов электронно - лучевых трубок; ультразвуковое диспергирование полупроводниковых материалов увеличивает их термоэлектрическую эффективность.

В существующих ультразвуковых диспергаторах в качестве источника ультразвука используются либо гидродинамические излучатели, либо излучатели на основе электромеханически-активных материалов, например, магнитострикционных преобразователей.

Реализации эффекта

Техническая реализация явления

Проще всего залить в лабораторную ультразвуковую ванну смесь воды с подсолнечным маслом и включить  получится эмульсия. При этом характерный размер капелек масла в воде можно существенно уменьшить дополнительным нагревом жидкости до 60-700С, и/или повышением статического давления в смеси (например, закрыть ванну герметичным колпаком, и подать воздух при избыточном давлении 0,1-0,3 атм).

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.

Формализованное описание Показать

Стартовая страница  О системе  Технические требования  Синтез  Обучающий модуль  Справка по системе  Контакты 
Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина