Акустический фильтр для разделения частиц жидких дисперсных систем

Изобретение относится к устройствам для разделения и концентрирования частиц жидких дисперсных систем: суспензий, взвесей в поле стоячей ультразвуковой волны и может быть использовано в биологии, медицине, пищевой промышленности. Фильтр включает рабочую камеру с подводящим и отводящим патрубками, установленную в охладительной камере, включенной в систему циркуляции охлаждающей жидкости, и ультразвуковой излучатель, размещенный в охладительной камере. Ультразвуковой излучатель выполнен в виде шарового сегмента, который обращен вогнутой поверхностью к рабочей камере. Плоскость основания шарового сегмента параллельна продольной центральной оси рабочей камеры и находится от нее на определенном расстоянии. Технический результат состоит в повышении производительности устройства, а также в улучшении качества разделения частиц жидких дисперсных систем. 5 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для разделения и концентрирования частиц жидких дисперсных систем: суспензий, взвесей и т.п. в поле стоячей ультразвуковой волны и может быть использовано в биологии, медицине, пищевой промышленности и т.д.

Известно устройство для осветления суспензий, содержащее рабочую камеру в виде прямоугольного корпуса, элемент для подвода суспензии, приемники осветленной жидкой фазы и сгущенных продуктов; устройство снабжено источником ультразвука, расположенным на одной стенке корпуса, а противоположная стенка установлена на расстоянии, кратном одной второй длины волны ультразвука, при этом приемники сгущенных продуктов выполнены в виде щелевых отсекателей и установлены в нижней части рабочей камеры под зонами пучности давлений ультразвуковой стоячей волны, а элемент для подвода суспензии снабжен дозатором для подачи флокулянтов, SU 1426950.

Недостатком такого устройства является отсутствие системы охлаждения рабочей камеры, что может привести к нежелательному нагреву суспензии, при этом устройство не обеспечивает достаточной степени разделения взвешенных частиц по фракциям, поскольку для предотвращения перегрева суспензии необходима весьма большая скорость ее прохождения через рабочую камеру, что может воспрепятствовать удержанию в ней частиц.

Известен акустический фильтр для разделения частиц жидких дисперсных систем, включающий вертикально расположенную рабочую камеру с подводящими и отводящими патрубками. Рабочая камера установлена в охладительной камере, включенной в систему циркуляции охлаждающей жидкости. Ультразвуковой излучатель выполнен в виде пластин, размещенных в охладительной камере и укрепленных на наружной поверхности рабочей камеры, US 5626767 (А).

Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящего изобретения.

Оно позволяет исключить необходимость больших скоростей жидкой среды в рабочей камере для ее охлаждения, что улучшает удержание частиц в рабочей камере в сравнении с SU 1426950. Однако прототипу присущ ряд серьезных недостатков.

Прежде всего следует отметить невысокую плотность ультразвуковой энергии в рабочей камере вследствие отсутствия возможности фокусировки и концентрации энергии от излучателя больших размеров в камере значительно меньшего размера. Пьезокристаллические и магнитострикционные ультразвуковые излучатели имеют пределы интенсивности ультразвука, излучаемого с единицы поверхности, как правило, не более 2-3 Вт/см2, что ограничивает в устройстве-прототипе плотность ультразвуковой энергии в рабочей камере и соответственно производительность акустического фильтра.

Кроме того, ультразвуковое поле, создаваемое плоскими излучателями устройства-прототипа, является неравномерным, что обусловлено наличием выраженных локальных максимумов ультразвуковой энергии в рабочей камере вследствие особенностей диаграммы направленности плоского излучателя. Эта диаграмма характеризуется центральным максимумом со значительной амплитудой и боковыми лепестками со значительно меньшей амплитудой. Вследствие этого в рабочей камере в зоне, соответствующей центральному лепестку диаграммы направленности излучателя, силы ультразвукового поля, удерживающие частицы жидкой дисперсной системы, в несколько раз превышают силы ультразвукового поля в других частях камеры, что создает своего рода «дыры» в акустическом фильтре и существенно ухудшает качество разделения частиц, особенно близких друг к другу по размерам и акустическим параметрам, в частности по скорости распространения ультразвука в материале частиц.

Задачей настоящего изобретения является повышение производительности устройства, а также улучшение качества разделения частиц жидких дисперсных систем.

Согласно изобретению в акустическом фильтре для разделения частиц жидких дисперсных систем, включающем рабочую камеру с подводящим и отводящим патрубками, установленную в охладительной камере, включенной в систему циркуляции охлаждающей жидкости, и ультразвуковой излучатель, размещенный в охладительной камере, ультразвуковой излучатель выполнен в виде шарового сегмента, шаровой сегмент обращен вогнутой поверхностью к рабочей камере, плоскость основания шарового сегмента параллельна продольной центральной оси рабочей камеры и находится от нее на расстоянии

,

где R - радиус вогнутой поверхности шарового сегмента;

D - диаметр основания шарового сегмента;

l - длина рабочей камеры.

Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии настоящего изобретения критерию «новизна».

Благодаря реализации отличительных признаков изобретения объект приобретает два принципиально новых, весьма важных свойства.

Во-первых, обеспечивается возможность фокусировки ультразвуковой энергии в рабочей камере и создания в рабочей камере высокой удельной плотности этой энергии, существенно превышающей максимальную плотность энергии, излучаемой с единицы поверхности ультразвукового излучателя. Это позволяет значительно увеличить производительность устройства.

Во-вторых, ультразвуковое поле, создаваемое в рабочей камере, значительно более равномерно распределяется по ее объему, что предотвращает образование акустических «дыр» в фильтре и существенно повышает качество разделения частиц жидких дисперсных систем.

Заявителем не выявлены источники информации, в которых содержались бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат.

Указанные новые свойства объекта обусловливают, по мнению заявителя, соответствие изобретения критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где изображено:

на фиг.1 - схема установки, продольный разрез;

на фиг.2 - схема, иллюстрирующая взаимное расположение

излучателя и рабочей камеры;

на фиг.3 - разрез А - А на фиг.1;

на фиг.4 - схема, иллюстрирующая диаграмму направленности ультразвукового излучения заявленного устройства,

на фиг.5 - схема, иллюстрирующая диаграмму направленности ультразвукового излучения устройства-прототипа.

Акустический фильтр для разделения частиц жидких дисперсных систем включает рабочую камеру 1 с подводящей 2 и отводящей 3 магистралями, установленную в охладительной камере, содержащей корпус 4 и крышку 5, включенной в систему циркуляции охлаждающей жидкости, содержащую емкость 6, насос 7, подающий через магистраль 8 охлаждающую жидкость (в данном примере - воду) в охладительную камеру. Насос 7 связан с емкостью 6 магистралью 9. Охлаждающая жидкость отводится из охладительной камеры в емкость 6 через магистраль 10. Корпус 4 охладительной камеры выполнен из стекла, крышка 5 охладительной камеры выполнена из алюминиевого сплава. Внутри охладительной камеры, в конкретном примере в ее крышке 5 установлен пьезокерамический ультразвуковой излучатель 11, выполненный в виде шарового сегмента, который обращен вогнутой поверхностью к рабочей камере 1. Плоскость 12 основания шарового сегмента параллельна продольной центральной оси 13 рабочей камеры 1 и находится от нее на расстоянии

,

где R - радиус вогнутой поверхности шарового сегмента с центром в точке О;

D - диаметр основания шарового сегмента;

l - длина рабочей камеры.

Благодаря такой геометрии излучаемые ультразвуковые волны должны сходиться в точке О, находящейся за рабочей камерой 1, при этом энергия ультразвукового излучения практически полностью поступает в рабочую камеру 1 (фиг.2).

Жидкая дисперсная система, в данном примере разбавленный буферной жидкостью гомогенат нервной ткани животного из лабораторной посуды (не показана), с помощью насоса 14 засасывается в рабочую камеру 1 через магистраль 2. Всасывающий патрубок насоса 14 соединен с рабочей камерой 1 магистралью 3, нагнетательный патрубок насоса 15 соединен с приемной емкостью 17 магистралью 18. Ультразвуковой излучатель 11 питается от генератора 19 электрических колебаний ультразвуковой частоты.

Устройство работает следующим образом.

Жидкая дисперсная система содержит в данном примере частицы, представляющие собой обломки клеточных мембран нервной ткани (изображены кружочками на фиг.1, 3), размером более 0,5 мкм, и синаптосомы, представляющие собой микросферы диаметром менее 0,5 мкм (изображены точками на фиг.1, 3).

Жидкая дисперсная система поступает в рабочую камеру 1 и подвергается воздействию ультразвукового излучения, которое создается излучателем 11 и представляет собой стоячую ультразвуковую волну.

Благодаря реализации признаков настоящего изобретения ультразвуковое поле более равномерно и не имеет выраженных локальных максимумов (фиг.4), присущих ультразвуковому полю, создаваемому устройством-прототипом (фиг.5). Под действием сил радиационного давления, возникающих в стоячей ультразвуковой волне, в рабочей камере 1 удерживаются частицы жидкой дисперсной системы размером более 0,5 мкм. Частицы меньшего размера, представляющие интерес для лабораторных исследований в области функциональной нейрохимии, проходят в приемную емкость 17. Удерживаемые в рабочей камере 1 крупные частицы представляют собой отходы, которые по окончании процесса удаляются из рабочей камеры 1.

Процесс разделения частиц жидкой дисперсной системы в рабочей камере 1 связан с выделением тепловой энергии в рабочей камере 1, а также с нагревом излучателя 11. Для поддержания заданной рабочей температуры камеры 1 и излучателя 11 насосом 7 в охладительную камеру из емкости 6 подается охлаждающая жидкость. После прохождения охладительной камеры охлаждающая жидкость возвращается в емкость 6.

В рабочей камере 1 благодаря сферической форме излучателя и геометрии устройства в целом концентрируется ультразвуковая энергия высокой плотности. Это позволяет увеличить расход жидкой дисперсной системы через рабочую камеру 1 и соответственно повысить производительность устройства. Равномерность ультразвукового поля в рабочей камере позволяет повысить качество разделения частиц жидкой дисперсной системы за счет обеспечения возможности разделения близких по размеру частиц. Это объясняется тем, что при равномерности ультразвукового поля в рабочей камере величина сил, удерживающих частицы, практически одна и та же по всему объему рабочей камеры. Вследствие этого устройство, настроенное путем установки параметров ультразвукового излучения на удержание частиц определенного размера, будет надежно удерживать эти и более крупные частицы в рабочей камере.

Для изготовления устройства использованы широко известные конструкционные материалы и заводское оборудование. Это обстоятельство, по мнению заявителя, позволяет сделать вывод о том, что данное изобретение соответствует критерию «промышленная применимость».

Акустический фильтр для разделения частиц жидких дисперсных систем, включающий рабочую камеру с подводящим и отводящим патрубками, установленную в охладительной камере, включенной в систему циркуляции охлаждающей жидкости, и ультразвуковой излучатель, размещенный в охладительной камере, отличающийся тем, что ультразвуковой излучатель выполнен в виде шарового сегмента, шаровой сегмент обращен вогнутой поверхностью к рабочей камере, плоскость основания шарового сегмента параллельна продольной центральной оси рабочей камеры и находится от нее на расстоянии ,
где R - радиус вогнутой поверхности шарового сегмента;
D - диаметр основания шарового сегмента;
l - длина рабочей камеры.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оборудованию для проведения процессов отстаивания для разделения неоднородных систем. .

Изобретение относится к оборудованию для проведения процессов отстаивания, т.е. .

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности, в частности к переработке жидких нефтешламов с повышенным содержанием механических примесей. .

Изобретение относится к технике обогащения полезных ископаемых и позволяет повысить качество разделения минеральных частиц и уменьшить габариты. .

Отстойник // 1690812
Изобретение относится к технике обезвоживания и уплотнения пульп различных материалов и может быть использовано в сельскохозяйственном производстве, при обогащении полезных руд.

Изобретение относится к способам разделения суспензий или смесей двух несмешивающихся жидкостей в тонкослойных отстойниках и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности как в основных технологических процессах, так и для очистки сточных вод от гипса, песка, загрязненного нефтепродуктами, и других трудноудаляемых мазеобразных осадков Цель изобретения - повышение эффективности разделения за счет ускорения отвода трудновыделяемого компонента при одновременном повышении производительности ,, Способ разделения суспензий или смесей двух несмешивающихся жидкостей в тонкослойных отстойниках включает подачу исходной суспензии или смеси, разделение в тонкослойном блоке с наклонными элементами с образованием трудновыделяемого компонента , отвод разделенных компонентов, наложение вибраций на тонкослойный блок в плоскости, параллельной наклонным элементам,, Частота вибраций составляет 0,5-75 Гц, амплитуда вибраций Х (1-7) мм, а скорость перемещения наклонных элементов удовлетворяет соотношению 2,4 L vft k K 4,2, где V к - средняя скорость перемещения наклонных элементов тонкослойного блока в направлении, противоположном направлению удаления трудновыделяемого компонента} vne,k средняя скорость перемещения наклонных элементов тонкослойного блока в направлении, совпадающем с направлением удаления трудновыделяемого компонента .

Изобретение относится к области очистки жидкостей, в том числе природных вод, может быть использовано преимущественно в малогабаритных промышленных,, коммунальных и полевых водоочистных установ ках и позволяет повысить эффективность очистки.

Изобретение относится к песколовкам и может использоваться в гидротехнике

Изобретение относится к устройству для уменьшения момента и/или скорости турбулентной жидкости, например, в осветлителе. Может использоваться при осаждении или отделении суспендированных твердых частиц от жидкости, например, в городских системах водоочистки, очистке сока сахарного тростника или целлюлозно-бумажном производстве. Устройство для уменьшения турбулентности, вызванной потоком первой жидкости из трубы или шланга во вторую жидкость внутри резервуара. Устройство выполнено с возможностью погружения во вторую жидкость, первая и вторая жидкости могут быть одинаковыми или различными, при этом указанное устройство содержит: первую и вторую жесткие пластины, одну или более распорок, каждая из которых прикреплена как к первой пластине, так и ко второй пластине, по меньшей мере, четыре перегородки, жестко прикрепленные ко второй пластине, причем перегородки расположены симметрично относительно оси, которая проходит через центр отверстия в первой пластине и которая также перпендикулярна обеим указанным пластинам, и имеются пространства между соседними перегородками, что позволяет некоторому количеству жидкости проходить между соседними перегородками. Первая и вторая пластины имеют приблизительно одинаковые размеры и форму, за исключением того что первая пластина имеет центральное отверстие, через которое может проходить труба или шланг, так что трубу или шланг устанавливают для вывода первой жидкости в пространство между первой и второй пластинами. Распорки удерживают первую и вторую пластину в неподвижном положении друг относительно друга и параллельно друг другу. Вторая пластина выполнена с возможностью отклонения потока первой жидкости приблизительно на 90 градусов, превращая приблизительно линейный поток, который является приблизительно параллельным оси, в радиальный направленный наружу поток, который является приблизительно параллельным второй пластине, и перегородки дополнительно выполнены с возможностью: рассеивания энергии потока первой жидкости, предотвращения турбулентности на границе раздела между первой и второй жидкостями и предотвращения образования вихрей. Осветлитель для осаждения или отделения суспендированных твердых частиц от жидкости, содержащий резервуар, в котором установлено множество устройств для уменьшения турбулентности. Технический результат - повышение эффективности разделения. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 пр.

Изобретение относится к области очистки оборотных и сточных вод, а также иных жидкостей от механических примесей и эмульгированных в них капель, и может быть использовано в нефтяной, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, угольной, химической и других отраслях промышленности. Тонкослойный отстойник содержит корпус с подводящим каналом-распределителем, наклонные параллельные пластины, делитель потока в виде струенаправляющих вертикальных лопаток переменной длины с увеличением последней в направлении потока исходной жидкости, впускной и выпускной патрубки, бункер для осадка. Делитель потока расположен в подводящем канале-распределителе. Отстойник снабжен жалюзийной решеткой, состоящей из пластин, размещенной в подводящем канале с зазором к вертикальным лопаткам делителя потока, при этом жалюзи решетки установлены с наклоном к потоку жидкости. На корпусе аппарата установлен вибропривод, присоединенный при помощи штока к верхнему или нижнему концу жалюзийной решетки либо к верхнему или нижнему концу каждой из пластин жалюзийной решетки, а другой конец жалюзийной решетки либо этих пластин присоединен к корпусу с помощью шарнира, причем место входа штока в корпус герметизировано с помощью сильфона. Способ эксплуатации тонкослойного отстойника заключается в подаче загрязненной воды в подводящий канал-распределитель, при этом вибропривод включается при достижении максимального предельно допустимого гидравлического сопротивления тонкослойного отстойника, фиксируемого датчиком давления, и вибропривод отключается при снижении гидравлического сопротивления ниже минимального предельно допустимого гидравлического сопротивления тонкослойного отстойника по сигналу от датчика давления. Техническим результатом является повышение производительности с 29,6 м3/ч до 36 м3/ч, т.е. на 30-40%, за счет равномерного распределения жидкости по живому сечению отстойника и дополнительно на 20% за счет форсированного удаления осадка с поверхности пластин. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к устройству (1), предназначенному для манипулирования объектами (О), находящимися в канале (2) внутри текучей среды (F), в частности жидкости. Устройство включает в себя - канал (2), идущий вдоль продольной оси (X), причем канал (2) имеет поперечное сечение с шириной (L), измеренной вдоль первой поперечной оси (Y), и толщиной (е), измеренной вдоль второй поперечной оси (Z), перпендикулярной к первой. Ширина (L) больше толщины (е) или равна ей и канал имеет располагающиеся вдоль второй поперечной оси (Z) первую (3) и вторую (4) стенки. Устройство содержит генератор (10) акустических волн, генерирующий акустические волны в канале по меньшей мере от одной из указанных стенок (3; 4), причем указанный генератор (10) акустических волн работает на частоте f, отличной от резонансной частоты f0 канала (2) вдоль второй поперечной оси (Z). В результате происходит формирование по меньшей мере одного слоя (N) объектов посредством акустической фокусировки. Технический результат: возможность менять положение фокусировки объектов внутри канала, возможность фокусировки объектов по всему размеру канала. 8 н. и 19 з.п. ф-лы, 5 пр., 13 ил.
Наверх