Вихревое соноплазмохимическое устройство



Владельцы патента RU 2704419:

Камлер Анна Владимировна (RU)

Изобретение относится к вихревому соноплазмохимическому устройству для обработки жидких сред, которое может быть использовано, например в системах кондиционирования воды для обеззараживания водопроводной, морской и сточных вод. Устройство содержит корпус, входной патрубок, резонаторные камеры с вакуумной зоной, выполненные с возможностью закручивания в них потока жидкости и генерирования упругих колебаний, распространяющихся по направлению потока жидкости, обеспечивая кавитацию в потоке жидкости, трубчатые анод и катод, входные штуцера для подачи газовой смеси и выходное сопло. Изобретение обеспечивает комбинированное воздействие на жидкие среды сопровождающих ультразвуковую кавитацию эффектов и присущих плазме специфических свойств. 1 ил.

 

Устройство относится к физико-химическим инструментам плазмохимических технологий, а также к экологии и может быть использовано, например, в системах кондиционирования воды, в частности, для обеззараживания водопроводной, морской и сточных вод.

Цель создания устройства - расширение возможностей плазмохимических технологий, включая соноплазменные технологии, используемые в основном для осуществления гетеро-фазных процессов, и в том числе для решения важной и актуальной задачи - обеззараживания водопроводной, морской и сточных вод.

Предлагаемое устройство - соноплазмохимический реактор, обеспечивающее достижение поставленной цели, характеризуется тем, что включает комбинацию взаимно адаптированных вихревого гидроакустического излучателя и трубчатого плазмохимического реактора, что позволяет получить синергичную эффективность, за счет мощной кавитации в вихревом потоке, проходящем через трубчатый плазмохимический реактор.

Известно, что плазмохимические процессы высокопроизводительны, при почти полной необратимости протекающих реакций. Одной из важных областей применения плазмохимии, является технология обеззараживания воды, поскольку взаимодействие активных частиц плазмы с вредными химическими соединениями или микроорганизмами приводит к их разрушению.

В настоящее время известно множество методов очистки и обеззараживания воды: механическая фильтрация, биохимические методы, химические методы, озонирование, акустическая, ультрафиолетовая, электроимпульсная, рентгеновская обработка, воздействие ударными волнами. Одними из перспективных методов водоподготовки и очистки сильнозагрязненных сточных вод являются методы, основанные на плазмохимических процессах в жидко-газовых средах. (Абрамова А.В., Булычев Н.А., Градов О.М. и др. Воздействие плазмы на биологические объекты в жидкофазных средах. «Перспективные материалы и технологии». Витебск, 2011; Patent WO 2014182715A1, 2013; Булычев А., Казарян Н.А., Чернов М.А., и др. Воздействие плазменного разряда в жидкости на микробиологические объекты и создание технологии плазменной стерилизации воды. Альтернативная энергетика и экология. 2013. №5 (126), ч. 2. - С. 114-119; Patent US 7067204 В2, Chinese ZL 03807461.3, Korean 10-2004-7015057).

Несмотря на некоторые успехи, достигнутые при испытаниях, холодная плазменная обработка воды не получила распространения на практике, поскольку источники холодной плазмы технически сложно и экономически невыгодно масштабировать.

Существенно повышает эффективность плазменной обработки комбинация вышеупомянутого способа с ультразвуком, генерируемым, в частности, несложными в исполнении, относительно недорогими и хорошо зарекомендовавшими себя гидроакустическими преобразователями (Саруханов Р.Г., Пучков В.В., Шибуня В.С и др., АС 1251962, АС 1732531, АС 1472433, АС 1550713, АС 1480215, АС 1494317 АС 1034790, RU 2651197, RU 2467956).

Известно, что гидроакустические преобразователи, излучающие широкополосный спектр акустических колебаний, в ряде случаев предпочтительнее моно-частотных пьезоэлектрических и/или магнито-стрикционных излучателей ультразвука. В частности, импульсный вихревой гидроакустический излучатель весьма эффективен для интенсификации технологических процессов в жидкостях, за счет того, что жидкая среда, поступая в вихревые камеры, испытывает действие изменяющихся во времени центробежных сил, вследствие чего реализуется импульсный режим генерации и повышается амплитуда колебаний частиц в жидкости (Саруханов Р.Г., и др. SU 1579580 A1, 1983). Известно также, что комбинированное (сочетанное) действия различных физических факторов часто оказывается весьма эффективным при воздействии на ряд физико-химических процессов (Акопян В.Б., Ершов А.Ю. Ультразвук в медицине, ветеринарии и экспериментальной биологии). - М: «ЮРАЙТ». 2016, 223 с).

Эффективность соноплазменных процессов убедительно доказана, однако, лишь в лабораторных условиях на малопроизводительных лабораторных установках (S. Nomura, Н. Toyota Sonop lasma generated by a combination of ultrasonic waves and microwave irradiation Appl. Phys. Lett. 2003, 83, 4503; A. Zolezzi-Garreton, О Abramov, V. Abramov US 20100039036 A1, 2008; S. Mukasa, S. Nomura, H. Toyota, Measurement of Temperature in Sonoplasma Japanese Journal of Applied Physics 2004 43, 1, 5B; A. Zolezzi-Garreton P. n: 20150139853, 20160272518; P. Cintas, S. Tagliapietra, M. Caporaso et al., Enabling technologies built on a sonochemical platform: Challenges and opportunities, Ultrasonics Sonochemistry 2015, 25, Pp 8-16;. Абрамов O.B, Абрамов B.O., Андрианов Ю.В., и др., Соноплазменный разряд в жидкой фазе, Материаловедение, 2009, 2, 143, с. 57; Абрамов В.О., Андриянов Ю.В., Кистерев Э.В., и др. Плазменный разряд в кавитирующей жидкости, Инженерная физика, 2009, 8, с. 34.). Сообщалось даже о возможности термоядерных реакций с излучением холодных нейтронов в поле мощного ультразвука (Taleyarkhan R.P., West C.D., Cho J.S., et al. Evidence for Nuclear Emissions During Acoustic Cavitation. Science 2002, 295, 1868; M. Sato, H. Sugai, T. Ishijima, at al. Condition of Multibubble Sonofusion and Proposal of Experimental Setup, arXiv:physics/0508191), так и не получивших достоверного подтверждения (Shapira D., Saltmarsh М., Nuclear Fusion in Collapsing Bubbles-Is It There? An Attempt to Repeat the Observation of Nuclear Emissions from Sonoluminescence, Phys. Rev. Lett. 2002, 89, 10, 104302).

Предлагаемое изобретение - соноплазмохимический реактор - характеризуется тем, что включает комбинацию взаимно адаптированных вихревого гидроакустического излучателя и трубчатого плазмохимического реактора, что позволяет получить синергичную эффективность, за счет мощной кавитации в вихревом потоке, проходящем через трубчатый плазмохимический реактор.

Устройство легко масштабируемо, например, организацией параллельных потоков.

Устройство включает: входной патрубок (1), в корпусе вихревого устройства (2), резонаторные камеры (3) с вакуумной зоной (4), трубчатые анод и катод (5), выходное сопло (6), входные штуцера для подачи газовой смеси (7), отверстия в трубчатых катоде и аноде (8).

Устройство функционирует следующим образом:

Жидкая среда поступает по каналу 1 в корпусе соноплазмохимического вихревого устройства 2 в вихревые резонаторные камеры (3) с вакуумной зоной (4), в которых поток закручивается. Вихревое движение в эллипсоидальных вихревых камерах характеризуется ускорениями потока у стен вихревых камер с меньшей кривизной, то течение рабочей среды оказывается сильно турбулизированным и нестационарным. При этом камеры 3 периодически заполняются рабочей средой и опорожняются, генерируя при этом упругие колебания, распространяющиеся по направлению потока. В результате, постоянно и резко меняющиеся по величине и направлению скорости и градиенты скоростей в потоках жидкости в резонансных камерах обуславливают импульсный режим генерации колебаний, зависящий, в том числе и от кривизны поверхностей вихревых камер определяющих структуру и анизотропию поля скоростей и давлений.

В результате функционирования устройства, поток жидкости направляется по каналу (1) в корпусе соноплазмохимического вихревого устройства (2) в вихревые резонаторные камеры (3) с вакуумной зоной (4), расположенные на входе устройства, в жидкости возникает кавитация и в промежуток между электродами (5), попадает поток кавитирующей жидкости, совершающей, к тому же вихревое движение. Дополнительно, через отверстия (8), поступающий через входные штуцеры (7) для подачи газовой смеси газ, обеспечивает увеличение количества кавитирующих пузырьков. В электрическом поле, такие кавитационные пузырьки, несущие поверхностный заряд (Сиротюк М.Г., Акустическая кавитация, М. Наука, 2008), выстраиваются в цепочки, образуя множество микроканалов в промежутке между электродами, облегчая электрический пробой и поддерживая электрический разряд, сходный по своим свойствам с аномальным тлеющим разрядом (Химическая энциклопедия, 1992). Такой разряд с развитой поверхностью микроканалов приводит к увеличению диффузионных потоков химически активных частиц из плазмы в жидкость, ускоряя технологические процессы, в частности разрушая биомакромолекулы, включая вирусы, и подавляя жизнеспособность отдельных клеток, в том числе болезнетворных бактерий. Обработанная в вихревом соноплазмохимическом устройстве вода покидает устройство через сопло (6).

Следует отметить, что трубчатая конструкция устройства, объединенная с гидроакустическим преобразователем, легко масштабируема вплоть до промышленных размеров, в частности, увеличением числа параллельных потоков.

Как следует из вышеприведенного, совокупность отличительных признаков заявленного устройства обеспечивает комбинированное воздействие на жидкие среды, движущиеся с высокими градиентами скоростей в потоке, и мощных импульсов давления, создаваемых кавитационными пузырьками, в купе с влиянием порождаемой между электродами плазмой.

В результате проведенного анализа уровня техники, источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного устройства, не обнаружен, следовательно, заявленное устройства соответствует условию "новизна".

Дополнительный поиск известных решений показал, что заявленное устройство не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку предложенное техническое решение обладает свойствами, обеспечивающими сочетанное действие сопровождающих ультразвуковую кавитацию эффектов и присущих плазме специфически свойств. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию «изобретательский уровень».

Для заявленного технического решения в том виде, как оно охарактеризовано в изложенной формуле устройства, нет препятствий для его реализации с получением вышеуказанного результата. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию "промышленная применимость".

Предлагаемое устройство создает необходимое разнообразие, обеспечивая возможность оптимального выбора устройств для интенсификации ряда процессов, в том числе и обеззараживания водопроводной, морской и сточных вод.

Вихревое соноплазмохимическое устройство для обработки жидких сред, содержащее корпус, входной патрубок, расположенные на входе устройства резонаторные камеры с вакуумной зоной, выполненные с возможностью закручивания в них потока жидкости, а также с возможностью периодического заполнения рабочей средой и опорожнения, и генерирования упругих колебаний, распространяющихся по направлению потока жидкости, обеспечивая кавитацию в потоке жидкости, трубчатые анод и катод, в промежуток между которыми попадает поток кавитирующей жидкости, совершающей вихревое движение, входные штуцера для подачи газовой смеси, при этом трубчатые анод и катод выполнены с отверстиями для поступающей через входные штуцера газовой смеси, которая обеспечивает увеличение количества кавитирующих пузырьков, и выходное сопло.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу низкотемпературной регенерации в системе окисления влажным воздухом. Способ включает направление сырьевого потока, содержащего отработанный уголь и некоторое количество образующего отложения загрязнителя, через теплообменник в установку окисления влажным воздухом для регенерации отработанного угля, добавление окислителя в сырьевой поток, осуществление процесса окисления влажным воздухом части сырьевого потока в установке окисления влажным воздухом с получением обработанного материала, содержащего регенерированный угольный материал, и отходящего газа, содержащего остаточный кислород в концентрации от примерно 5% до примерно 15% по объему, и направление обработанного материала из установки окисления влажным воздухом через теплообменник.

Группа изобретений относится к водоочистке. Система очистки воды включает бак для воды высокой температуры 102, беспламенный источник нагрева 112, цилиндрический сосуд 118 (гнездо гидроциклона), первый насос 148, счетчик образования водяного пара 150, а также конденсатор водяного пара и теплообменник 152.

Изобретение относится к комплексной обработке нефтесодержащих вод и может быть использовано в отраслях промышленности, где происходит образование промывных, ливневых и технологических загрязненных вод, содержащих нефтепродукты наряду с другими растворенными и механическими примесями с целью снижения негативного воздействия на окружающую среду.

Группа изобретений относится к очистке грунтов, воды от нефти и нефтепродуктов с помощью биотехнологии. Предложены нефтеокисляющий биопрепарат, биосорбент на его основе и способ его приготовления.

Изобретение относится к способу очистки технологических конденсатов от сероводорода и аммиака. Технический результат заключается в повышении степени очистки технологических конденсатов и отходящих компонентов, а также снижении эксплуатационных затрат на осуществление процесса.

Изобретение относится к области очистки природных и сточных вод, а именно к флотационным машинам для очистки загрязненной воды. Флотационная установка для очистки природных и сточных вод содержит флотационную камеру 1, сатуратор 4, скребковый механизм шламоудаления 7, лоток 5 для сбора флотошлама, трубопроводы подачи исходной 2 и отвода очищенной 3 воды.

Группа изобретений относится к области сельского хозяйства. Способ состоит в опреснении воды с использованием солнечной энергии.

Предложен способ получения гранулированного материала для очистки и обеззараживания питьевой воды, включающий стадию смешения сорбирующих и обеззараживающих веществ и полимерного связующего и стадию термического сжатия исходной смеси, отличающий тем, что в качестве сорбирующего вещества используют активированный уголь с йодным числом более 1000 мг/г, а стадию термического сжатия исходной смеси мелкодисперсных сорбирующих и обеззараживающих веществ и полимерного связующего проводят методами экструзии или горячего спекания при температуре на (10-40)°С выше температуры размягчения полимерного связующего и при сжатии смеси, составляющей (12-25)%, при соотношении активированный уголь:обеззараживающее вещество:полимерное связующее (0,1-1):(74-84,9):(10-25) мас.

Предложен способ получения гранулированного материала для очистки и минерализации питьевой воды, включающий стадию смешения сорбирующих, минерализующих веществ и полимерного связующего и стадию термического сжатия исходной смеси и отличающийся тем, что в качестве сорбирующего вещества используют активированный уголь с йодным числом более 1000 мг/г, а стадию термического сжатия исходной смеси мелкодисперсных сорбирующих, минерализующих веществ и полимерного связующего проводят методами экструзии или горячего спекания при температуре на 10-40°С выше температуры размягчения полимерного связующего и при сжатии смеси, составляющей 12-25%, при соотношении активированный уголь : минерализующее вещество : полимерное связующее 5-50:35-85:10-25 мас.%, с последующим дроблением полученного пористого блочного материала и его фракционирования.

Изобретение относится к способу электрохимической обработки воды дезинфектантами в виде гидроксильного радикала (ОН), атомарного кислорода (О), кислорода (O2), озона (O3), перекиси водорода (H2O2), хлорноватистой кислоты HClO и гипохлорит-иона ClO-, включающему введение в обрабатываемую воду дезинфектантов, получаемых путем прямого электролиза в проточном режиме обрабатываемой воды, содержащей 0,1÷20 мг/л хлорида натрия.

Изобретение может быть использовано при создании биоразлагаемых материалов. Способ получения органомодифицированного гидроксиапатита путем прививки молочной кислоты включает модификацию гидроксиапатита в растворе этилового спирта и молочной кислоты с использованием ультразвуковой диспергации.

Предложены технологии разрушения стойких водонефтяных эмульсий ультразвуковым методом, где эмульсию (ВНЭ) нагревают, вводят реагент-деэмульгатор и воду и в зависимости от изменяющегося в процессе разрушения эмульсий размера преобладающего количества капель воды последовательно изменяют частоту и удельную акустическую мощность ультразвукового воздействия по мере укрупнения капель воды.

Изобретение относиться к фармацевтической промышленности, а именно к способу производства биогенных препаратов. Способ производства биогенного препарата включает использование сырья из субпродуктов и боенских отходов, выдержку сырья в условиях холодильника, измельчение сырья, разведение его активным раствором гипохлорита натрия в при последующей экстракции сырья в условиях холодильника, при этом экстракцию проводят в условиях холодильника при последующем разведении экстракта гипохлоритом натрия и обработкой полученного экстракта ультразвуком, далее осуществляют фильтрацию полученного экстракта, фасовку и стерилизацию в автоклаве при определенных условиях.

Группа изобретений относится к нефтяной промышленности и может быть использована для переработки нефтесодержащих шламов, а также углеводородсодержащих сырьевых смесей.

Изобретение относится к фармацевтической промышленности, а именно к способу получения биологически активного концентрата из кожи марала. Способ получения биологически активного концентрата из кожи марала, включающий измельчение кожи до состояния фарша, смешивание фарша с водой, гомогенизацию смеси с последующим ферментативным гидролизом смеси в присутствии ферментов СГ-50 и папаина, при одновременном вводе ферментов в смесь сырье-вода, под действием ультразвуковых колебаний и температуре процесса 36-38°С при постоянном помешивании, далее проводят сушку экстракта, при определенных условиях.

Группа изобретений относится к способу и устройству ультразвуковой очистки изделий и может быть использована для очистки закрытых радиационных источников (ЗРИ) в радиационно-защитной камере.

Изобретение относится к области очистки нефтей и нефтепродуктов, от серо-, азот- и кислородсодержащих соединений путем контактирования с неорганическим сорбентом и обработки ультразвуком, и может быть использовано в подготовке нефти к транспортировке и/или в цикле подготовки сырой нефти к переработке или очистке нефтепродуктов перед использованием.

Изобретение относится к ультразвуковой и гидродинамической обработке растворов, материалов и сырья, в частности к установке для модификации низкосортного известнякового щебня.

Изобретение относится к области биохимии. Предложен способ получения молочной кислоты из сахаросодержащих продуктов и отходов их переработки.

Изобретение может быть использовано для получения наноструктурированных порошков феррита висмута BiFeO3, применяемых в микроэлектронике, спинтронике, устройствах для магнитной записи информации, в производстве фотокатализаторов, материалов для фотовольтаики.

Изобретение относится к области прививки белка на субстрат по оптически задаваемому шаблону. Описывается способ печати адгезивного шаблона на полимерной щетке, находящейся на поверхности подложки в виде нанометрового необрастающего слоя.

Изобретение относится к вихревому соноплазмохимическому устройству для обработки жидких сред, которое может быть использовано, например в системах кондиционирования воды для обеззараживания водопроводной, морской и сточных вод. Устройство содержит корпус, входной патрубок, резонаторные камеры с вакуумной зоной, выполненные с возможностью закручивания в них потока жидкости и генерирования упругих колебаний, распространяющихся по направлению потока жидкости, обеспечивая кавитацию в потоке жидкости, трубчатые анод и катод, входные штуцера для подачи газовой смеси и выходное сопло. Изобретение обеспечивает комбинированное воздействие на жидкие среды сопровождающих ультразвуковую кавитацию эффектов и присущих плазме специфических свойств. 1 ил.

Наверх