ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Физические основы воздействия ультразвуковых колебаний на среду Общие положения из "Ультразвук в процессах химической технологии" Значение ультразвука, как мощного фактора интенсификации технологических процессов, в настоящее время общеизвестно. Однако литература, относящаяся к применению ультразвука в такой важной отрасли техники, как химическая технология, далеко не достаточна. [c.4] Настоящая работа представляет собой попытку краткого освещения основных проблем применения ультразвука в процессах химической технологии. По своему характеру и объему, а также вследствие относительной новизны затрагиваемых вопросов она не может, естественно, претендовать на исчерпывающее их рассмотрение. [c.4] В книге обобщены лишь важнейшие сведения по теории, результаты экспериментальных исследований и промышленного применения ультразвука. При этом, наряду с трудами отечественных и зарубежных исследователей, использованы некоторые соображения, расчеты и экспериментальные данные авторов, частично опубликованные в периодической литературе. [c.4] Применение звуковых и ультразвуковых колебаний занимает, как известно, видное место среди новых методов исследования свойств веществ и воздействия на различные физические и химические процессы, используемые в промышленности. Эффективность ультразвуковых методов контроля и интенсификации технологических процессов столь велика, а пределы применения этих методов столь щироки, что каждый год работы в области ультразвука раскрывает все более и более значительные перспективы его промышленного использования. [c.5] Использование упругих механических колебаний, в частности в химической технологии, является весьма перспективным во многих случаях оно обеспечивает исключительно высокую интенсивность технологического процесса, не достижимую с помощью таких широко распространенных методов, как механическое перемешивание, применение высоких температур и давлений и т. п. Поэтому проблема применения ультразвука в процессах химической технологии заслуживает серьезного внимания. [c.5] Применение ультразвуковых колебаний в химической технике развивается в двух основных направлениях а) контроль технологических процессов и качества продукции и б) интенсификация производства. [c.5] Настоящая книга посвящена ультразвуковым методам интенсификации процессов химической технологии (ультразвуковые методы контроля, имеющие большое значение для химической промышленности, заслуживают отдельного рассмотрения). [c.5] Раньше полагали, что для интенсификации технологических процессов необходимы колебания высоких частот (не менее 300—500 кгц). Однако исследования последних лет показали, что упругие колебания достаточно большой амплитуды звукового или сравнительно низкого ультразвукового диапазона частот в ряде случаев не менее эффективны. [c.6] В первых опытах применения ультразвука для ускорения физико-химических явлений стремились использовать высокоинтенсивные колебания. В последнее время для этой цели З спешно применяют акустические колебания как средней (от долей вт/смР- до нескольких вт/см ), так и большой (10 вт/см и выше) интенсивности [2]. [c.6] Таким образом, современная техника практически использует упругие механические колебания весьма широкого диапазона частот и интенсивностей. [c.6] Правильный выбор параметров акустического поля (и соответственно преобразователя, генерирующего акустические колебания) с целью эффективного воздействия на технологический процесс представляет важную, но далеко не простую задачу. [c.6] Известно, что механизм гидродинамических, тепловых и диффузионных процессов химической технологии отличается большой сложностью. Во многих случаях осуществляемый в аппарате процесс представляет собой совокупность ряда физических и химических элементарных процессов или стадий, направление и интенсивность протекания которых по-разному зависят от внешних условий. Кинетика процесса определяется закономерностями протекания его лимитирующей стадии или лимитирующих стадий, которые могут быть различными для разных процессов и в разных условиях. [c.6] Сознательное изменение скорости процесса, в частности путем воздействия на него упругих колебаний, требует понимания механизма и кинетики этого процесса. Объектом воздействия должна быть прежде всего лимитирующая стадия процесса. Естественно, что для эффективного воздействия на нее необходимо располагать сведениями о зависимости направления и скорости этой стадии от параметров акустического поля. Поэтому, наряду с исследованием влияния ультразвука на разного рода сложные технологические процессы, необходимо глубокое изучение его влияния на элементарные явления, составляющие эти процессы. [c.6] Эффективное воздействие упругих колебаний на технологический процесс обеспечивается правильным выбором не только излучателя, но также и соотношений между производительностью установки, параметрами акустического поля и параметрами аппарата. При этом специалисты сталкиваются с широким комплексом разнообразных физических, физико-химических и технических вопросов, от правильного решения которых зависят интенсивность и результаты процесса. Некоторые из этих вопросов еще недостаточно изучены сведения по другим вопросам разбросаны в специальной литературе. [c.7] Ниже будут рассмотрены теоретические основы и практические пути решения указанных вопросов, а также результаты применения ультразвука в процессах химической технологии, достигнутые в настоящее время. [c.7] При одинаковой частоте колебаний скорость звука в разных средах различна она связана с химическим строением озвучиваемой среды [3, 4], что, между прочим, может быть использовано при изучении кинетики химических реакций [5, 6]. [c.8] По диапазону частот акустические колебания делятся на инфразвуковые (О—20 гц), звуковые (20—2-10 гг ), ультразвуковые (2 10 —10 гц) и гиперзвуковые ( 10 гц). Теория ультразвуковых колебаний составляет, таким образом, один из разделов акустики. [c.8] Ниже рассматриваются основные параметры акустического поля бегущих и стоячих волн для простейшего вида волнового движения — плоских волн, характеризующихся наличием плоского фронта. Если колеблющаяся система велика по сравнению с длиной волны, то в ней распространяются так называемые бегущие волны в противном случае бегущие волны в результате отражения от граничных поверхностей системы накладываются и превращаются в стоячие. [c.8] На указанных процессах сказываются также эффекты второго порядка, ощутимые при интенсивных акустических колебаниях (звуковой ветер, радиационное давление и др.), и ультразвуковая кавитация. [c.9] Вернуться к основной статье