Исследование процесса и разработка аппаратов ультразвукового диспергирования жидкостей

• Автор: Шалунов, Андрей Викторович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Бийск
• Количество страниц: 159 с. : ил.

Содержание
Введение.
1 Применение диспергирования жидкостей и необходимость использования новых перспективных способов диспергирования

1.1 Способы диспергирования жидкостей.

1.1.1 Г идравлическое диспергирование.

1.1.2 Механическое диспергирование

1.1.3 Пневматическое диспергирование

1.1.4 Электростатическое диспергирование

1.2 Анализ состояния процессов химических технологий, основанных на диспергировании жидкостей.

1.2.1 Мокрая очистка газов от дисперсных примесей.

1.2.2 Очистка газов от примесей.

1.2.3 Распылительная сушка
1.2.4 Проблемы распылительной технологии, перспективные способы диспергирования жидкостей.
1.3 Принцип и физический механизм ультразвукового диспергирования жидкостей.
1.3.1 Классификация способов ультразвукового диспергирования жидкостей.
1.3.2 Механизмы каплеобразования при диспергировании жидкости в слое
1.3.3 Анализ факторов, влияющих на эффективность ультразвукового диспергирования.
1.4 Практическая реализация и применение ультразвукового диспергирования.
1.4.1 Существующие ультразвуковые аппараты для диспергирования жидкости
1.4.2 Структура ультразвукового оборудования для
диспергирования жидкости.
1.5 Постановка задач исследования.
2 Теоретическое исследование процесса ультразвукового диспергирования жидкостей с целью установления оптимальных режимов ультразвукового воздействия
2.1 Анализ физического механизма процесса диспергирования жидкостей путем кавитационного возбуждения капиллярных волн.
2.1.1 Определение зависимости звукового давления в слое диспергируемой жидкости от толщины этого слоя
2.1.2 Определение радиуса кавитационного пузырька в зависимости от факторов, влияющих на процесс кавитации.
2.1.3 Определение величины амплитуды давления во фронте ударной волны, возникающей при захлопывании кавитационного пузырька.
2.1.4 Определение амплитуды капиллярных волн, возникающих на поверхности жидкости
2.2 Теоретические основы управления процессом ультразвукового диспергирования.
2.2.1 Контроль толщины слоя диспергируемой жидкости
2.2.2 Определение вязкости диспергируемой жидкости.
3 Исследование процесса и выявление оптимальных режимов ультразвукового диспергирования
3.1 Подтверждение кавитационной природы диспергирования жидкостей.
3.2 Разработка экспериментального стенда для определения оптимальных условий диспергирования.
3.2.1 Принцип электромеханических аналогий.
3.2.2 Выбор материалов для проведения экспериментальных исследований.
3.2.3 Методика проведения экспериментальных исследований.
3.2.4 Определение собственных характеристик колебательной системы и коэффициентов пропорциональности между измеряемыми электрическими сигналами и соответствующими физическими величинами.
3.2.5 Определение оптимальных условий ультразвукового диспергирования
4 Практическая реализация ультразвукового диспергирования жидкости
4.1 Разработка способа управления процессом ультразвукового диспергирования
4.2 Разработка структурной схемы ультразвукового аппарата для реализации предложенного способа управления процессом ультразвукового диспергирования
4.3 Создание ультразвуковых аппаратов, реализующих предложенный способ управления процессом диспергирования.
4.3.1 Разработка схемы электрической принципиальной электронного генератора ультразвуковой частоты.
4.3.2 Разработка ультразвуковых колебательных систем для диспергирования жидкости.
4.3.3 Разработка рабочих инструментов для диспергирования жидкостей
4.4 Подтверждение эффективности разработанного способа управления процессом диспергирования в реальных технологических процессах
4.4.1 Нанесение фоточувствительного слоя на поверхность кремниевой пластины путем диспергирования фоторезиста
4.4.2 Применение ультразвукового диспергирования для химикомеханического полирования полупроводниковых пластин
4.4.3 Применение ультразвукового диспергирования для оптимизации процесса тепловой сушки жидких растительных
экстрактов
щ Заключение
Список использованных источников


Примером таких технологических процессов могут служить в области химической технологии мокрая очистка газов от различных дисперсных примесей, абсорбция газовых примесей, как для их очистки, так и для выделения целевых компонентов, сушка и одновременное гранулирование материалов в области радиоэлектронной промышленности нанесение паяльных флюсов при автоматическом изготовлении печатных плат, покрытие полупроводниковых пластин фоточувствительным слоем на стадии фотолитографии при производстве полупроводниковых схем и др. Все перечисленные технологические процессы являются базовыми в своих отраслях промышленности, поэтому эффективная реализация процесса диспергирования в этих технологиях является важной задачей. В этой связи перспективным направлением совершенствования технологических процессов является применение новых способов диспергирования жидкостей. К таким способам относится диспергирование за счет использования энергии механических колебаний ультразвуковой УЗ частоты высокой интенсивности ультразвуковое диспергирование. Ультразвуковой способ пока не получил промышленного применения в широких масштабах. Это в первую очередь связано с сильной зависимостью производительности диспергирования от свойств диспергируемой жидкости, приводящей к необходимости подбора необходимой величины ультразвукового воздействия для каждой диспергируемой жидкости в зависимости от ее свойств, площади диспергирующей поверхности и требуемой производительности диспергирования. На сегодняшний день, ввиду недостаточности знаний о процессах, происходящих в диспергируемой жидкости, их взаимном влиянии, подбор требуемой величины ультразвукового воздействия осуществляется вручную, на основании субъективных ощущений оператора или по косвенным признакам. Несмотря на существенность обозначенной проблемы, в настоящее время существует крайне мало теоретических исследований и практических наработок, позволяющих ее решить. Таким образом, задача изучения степени влияния свойств жидкости на процесс ее диспергирования и определение необходимых параметров ультразвукового воздействия является актуальной. Целью работы является совершенствование процесса ультразвукового диспергирования жидкостей за счет обеспечения автоматического поддержания оптимальных режимов ультразвукового воздействия при реализации различных процессов химической технологии. Работа является продолжением исследований, проводимых в Лаборатории акустических процессов и аппаратов Бийского технологического института филиала Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова. Автор выражает глубокую благодарность коллективу лаборатории, а также Хмелеву Владимиру Николаевичу за полезные замечания и консультации, поддержку и помощь в работе. В настоящее время в различных отраслях химической промышленности, медицине, электронной промышленности все большее распространение получают производственные технологии, основанные на диспергировании жидкостей. В области химической технологии диспергирование жидкости относится к сфере гидромеханических процессов и представляет собой один из наиболее распространенных и эффективных способов развития поверхности контакта фаз между жидкостью и газом паром 1. Поверхность раздела фаз является лимитирующей величиной практически во всех химикотехнологических процессах связанных с тепломассопередачей, процессах сушки, адсорбции и ряда других 2, 3. Поэтому диспергирование жидкости с требуемыми размерами капель является важной задачей химической технологии. В настоящее время существует большое количество способов диспергирования жидкости, использующих в своей основе различные физические эффекты. Использование того или иного физического эффекта для получения капель жидкости определяет пригодность конкретного способа диспергирования для осуществления требуемого химикотехнологического процесса. В основу существующих на сегодняшний день способов диспергирования жидкостей положены различные способы подвода энергии, расходуемой непосредственно на диспергирование жидкостей. В соответствии с этим можно выделить следующие наиболее часто применяемые на практике способы диспергирования жидкостей 4, представленные на рисунке 1.