Повышение эффективности кавитационно-акустических воздействий на химико-технологические процессы в аппаратных системах с жидкой фазой значительной вязкости

• Автор: Хмелев, Сергей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Бийск
• Количество страниц: 156 с. : ил.

Введение
1 Ультразвуковая кавитационная интенсификация процессов в аппаратных системах с жидкой фазой значительной вязкости и необходимость повышения эффективности таких процессов.
1.1 Анализ состояния процессов химических технологий, основанных на воздействии ультразвуковыми колебаниями на жидкие среды, характеризующихся значительной вязкостью

1.1.1 Воздействие ультразвука на полимеры.

1Л .2 Воздействие ультразвука на эпоксидные смолы.

1.1.3 Гомогенизация высокомолекулярных соединений.

1.1.4 Кавитационная обработка нефтепродуктов

1Л.4.1 Применение ультразвуковой кавитационной обработки для снижения вязкости нефтепродуктов
1.1.4.2 Ультразвуковые кавитационные способы обработки нефти с целью повышения выхода легких фракций холодный крекинг

1.1.4.3 Создание водотопливных эмульсий.

1.1.4.4 ереработка нефтешламов при помощи ультразвука.

1.1.5 Применение ультразвука при производстве биодизеля.
1.2 Анализ современного состояния ультразвукового оборудования для реализации кавитационного процесса в жидких средах
1.3 Постановка задач исследования.
2 Теоретическое исследование процессов возникновения кавитации в жидких средах характеризующихся значительной вязкостью
2.1 Теоретический анализ механизма возникновения кавитации в жидких средах значительной вязкости.
2.2 Определение размеров кавитационного пузырька в линейновязкой жидкости в зависимости от вязкости этой жидкости
2.3 Определение размеров кавитационного пузырька в нелинейно
вязкой жидкости в зависимости от вязкости этой жидкости.
2.4 Теоретическое исследование процесса формирования кавитационной области для определения оптимального по размерам технологического объма и режимов акустического воздействия.
3 Исследование процесса и выявление оптимальных режимов ультразвуковой кавитационной обработки жидких сред со значительной вязкостью.
3.1 Определение оптимальных параметров интенсивности ультразвуковых колебаний для жидких сред с различной вязкостью
3.1.1 Разработка измерительного стенда для исследования влияния свойств обрабатываемых сред на электрические параметры колебательных систем
3.1.2 Выбор оборудования и материалов для проведения экспериментальных исследований
3.1.3 Методика проведения экспериментов.
3.1.4 Исследование УЗ кавитационного воздействия на высоковязкие жидкие среды
3.1.5 Методика установления оптимального ультразвукового воздействия на технологические среды в производственных
условиях
3.2 Определение оптимальных условий резонансного усиления ультразвуковых колебаний
3.2.1 Разработка измерительного стенда для определения оптимальных условий резонансного усиления колебаний.
3.2.2 Методика проведения эксперимента
3.2.3 Исследование резонансных промежутков
4 Разработка ультразвуковых технологических аппаратов для кавитационной обработки жидких сред со значительной вязкостью и
проверка эффективности разработанного оборудования
4.1 Разработка ультразвуковых колебательных систем
4.1.1 Обоснование предельных характеристик по мощности известных колебательных систем
4.1.2 Разработка УЗКС для технологических аппаратов с потребляемой мощностью до Вт
4.1.2.1 Общие подходы к проектированию УЗКС повышенной мощности
4.1.2.2 Разработка пьезоэлектрического преобразователя увеличенной мощности.
4.1.2.3 Разработка бустерного звена.
4.1.2.4 Разработка рабочего излучающего инструмента.
4.1.2.5 Разработка УЗКС.
4.2 Разработка проточных камер для ультразвуковых технологических аппаратов с УЗКС, содержащих в своем составе многополуволновые рабочие излучающие инструменты.
4.3 Описание разработанных УЗКС.Л
4.4 Исследование функциональных возможностей и эффективности разработанных ультразвуковых технологических аппаратов
4.4.1 Обезвреживание и разделение нефтешламовых месторождений.
4.4.2 Технология ультразвукового диспергирования суспензии катализатора крекинга нефти.
4.4.3 Технология ультразвукового кавитационного преобразования углеводородного сырья.
4.4.4 Модификация нсотверждениых эпоксидных композиций.
4.4.5 Исследование влияния диспергирования волластонита с помощью
ультразвука.
Заключение
Список использованных источников


При продолжительном воздействии на растворы макромолекул ультразвуковыми колебаниями, как правило, наблюдается необратимое снижение вязкости этих растворов. Расщепление больших молекул на более мелкие подтверждалось снижением вязкости растворов желатина, крахмала, агарагара и др. Действию ультразвуковых волн подвергались разбавленные растворы поливинилацетата, полиакрилового эфира и нитроцеллюлозы в органических растворителях. При этом вязкость озвученных растворов оставалась низкой даже после того, как растворитель был осторожно удален нагреванием, а осадок вновь растворен , . Предполагалось, что ультразвуковая деполимеризация заключается в механическом разрушении частиц в результате соударений. Однако в некоторых исследованиях установлено, что на деполимеризацию в ультразвуковом поле значительно влияют кавитационные процессы, протекающие при воздействии ультразвука. В дегазированной жидкости, в которой крайне затруднена кавитация, не наблюдалось снижения молекулярного веса высокополимеров. Для подтверждения решающего влияния кавитации на ультразвуковую деструкцию макромолекул проводилось УЗ воздействие на растворы полистирола в толуоле и оксиэтилцеллюлозы в воде в присутствии воздуха и после тщательной деаэрации для подавления кавитации. Результаты проведенных исследований представлены в виде зависимостей па рисунке 1. Продолжительность озЗучибаний, пин 1 дегазированный раствор 2 в присутствии воздуха Рисунок 1. Анализ графиков показал, что действительно, в дегазированных растворах деструкции не наблюдалось. Полученные результаты экспериментальных исследований подтверждают, что деполимеризация обусловлена в основном кавитацией, возникающей в ультразвуковом поле высокой интенсивности. И.Е. Эльпинер считает, что с научнопрактической точки зрения остается важным, что кавитационные явления служат почти единственным источником механических сил, вызывающих своеобразную деградацию озвучиваемых макромолекул. Установлено, что скорость деполимеризации зависит не от строения полимеров, а от вероятной разности исходной и предельной степеней полимеризации и от концентрации полимера. Скорость деполимеризации падает при больших концентрациях и высокой вязкости раствора. Конечный молекулярный вес, достигаемый при деполимеризации ультразвуком, при прочих одинаковых условиях зависит от интенсивности облучения . При снижении интенсивности до определенного предела деполимеризация прекращается, а при ее увеличении скорость деполимеризации возрастает. Эпоксидная смола одна из разновидностей синтетических смол, широко используемых при производстве лакокрасочных материалов, клеев, компаундов, а также абразивных и фрикционных материалов, используется как связующее при производстве слоистых пластиков на основе стеклоткани, таких как стеклотекстолит. Отрасли применения эпоксидных смол включают в себя электротехническую и радиоэлектронную промышленность, ракето, авиа, судо и машиностроение, а также строительство, где они используются как компонент заливочных и пропиточных компаундов, клеев, герметиков, связующих для армированных пластиков. Одним из преимуществ эпоксидных смол является широкая возможность модификации структуры для повышения эксплуатационных свойств эпоксидных полимеров и композитов на их основе. Известно, что эксплуатационные характеристики композиционных материалов во многом определяются технологическими свойствами исходных, неотвержденных композиций, такими как вязкость, смачивающая и пропитывающая способность и др. Для повышения эксплуатационных характеристик обычно используют низковязкие растворители или повышают температуру олигомерной композиции, что зачастую отрицательно сказывается на конечных свойствах получаемых материалов . Наиболее широко применяются физикохимические методы модификации структуры эпоксидных полимеров. Значительное влияние на структуру и свойства эпоксидных материалов оказывает их модификация при ультразвуковом воздействии. В настоящее время ультразвуковое воздействие рассматривается как один из путей совершенствования технологии эпоксидных полимерных материалов, особенно на стадии совмещения составляющих композита и формирования его структуры .