Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия) (1040516), страница 137
Текст из файла (страница 137)
Сила Стокса, возникающая в результате торможения потока у поверхности частицы, ввиду сферич. симметрии колебании пузырьна стремится оттолкнуть частицу от пузырька. Сила Озеена, обусловленная инерционностью частицы, в связи с временнбй несиммотрией колебаний пузырька стремится подтянуть частицу к пузырьку. Расстояние, на к-ром величина этих сил уравнивается, зависит от размеров пузырька и частицы, а также от плотности частицы и вязкости жидкости. Расстояние от центра пузырька до местоположения частицы, при к-ром имеет место равенство сил, наа. радиусом аахвата, т.
к, частицы, лежащие в этой зоне, притягиваются к пузырьку. Подтянутые н поверхности пузырька частицы разрушаются ударными волнами, возникающими при захлопывании кавитационного пузырька. Особенностью механизма УЗ-вого диспергирования является то, что очень мелкие частицы отталкиваются пузырьком, т. к. их радиус захвата лежит внутри наиболыпего радиуса колеблющегося пузырька. Т. о., происходит сепарация частиц и разрушению подвергаются только частицы сравнительно крупных размеров. Другая особенность этого механизма состоит з том, что частицы не разламываются на более или менее крупные кусни, а под воздействием ударных волн происходит обкалывание частиц с поверхности. и через нек-рое время они принимают вид хорошо обкатанной морской гальки.
Т. к. для УЗ-вого диспергирования важную роль играют кавитационные пузырьки, его проводят на низких частотах (8 — 20 кГц) и при высоких интенсивностях УЗ (2 — 3 Вт/сма). В промышленности этот процесс применяется, когда необходимо получать очень тонкие суспеизии красителей, окислов металлов и др.
Пример интенсифицирую- щего действия УЗ в газах— получение чистых полупроводниновых материалов (кремния, германия) из газовой фазы. Ускорение процесса в атом случае обусловливается акустич. течениями, воаникающими как в объеме газа, так и у поверхности сильно нагретои затравки. Зги течения обеспечивают подведение свежих порций газа к поверхности затравки, а также способствуют раарушеиию поверхностного пограничного диффузионного слоя.
При одинаковых прочих технологич. условиях полупроводниковые стержни при воздействии УЗ получаются более плотными и массивными, чем без УЗ. Кроме того, у стержиеи, полученных без УЗ, поверхность имеет столбчатую структуру, что уменьшает выход готового продукта. Для получения сильных акустич. течений необходимо воздействовать на процесс акустич. колебаниями низкой частоты (около 5 к1'ц), при уровне интенсивности 155 †1 дБ. Пример интенсифицирующего действия УЗ в жидкой среде — растворение в УЗ-вом поле. Ускорение растворения в атом случае происходит под воздействием трех факторов.
Во-первых, возникающие у твердой поверхности акустич. течения переводят процесс из области молекулярной диффузии в область конзективной диффузии, при к-рои 'скорость процесса значительно выше. Во-вторых, кавитационные пузырьки, разрушая твердую поверхность, аначптельно увеличивают площадь растворения. В-третьих, микротечения от колеблющихся навигационных пуаырьков турбулизуют жидкость у твердой поверхности, снимая тем самым диффузионные ограничения.
В результате УЗ-вого воздействия удается ускорить процесс растворения в 5 — 10 раз. Т. к. для этого процесса такзке важна кавита- юлотлция ция, то необходимо работать па относительно низких частотах (8 — 20 крц) и при больших интенсивностях (2 — 3 В77см>). Примером оптимизирующего действия УЗ е газах моязет служить акустич. гранулирование. Механизм этого процесса состоит в том, что на поверхности струи акустич, колебаниями создастся гармонич. возмущение, принуждающее струю расплава разрываться на капли строго определенных размеров, к-рые, застывая, образуют гранулы одинакового размера. Ввиду того что В этом процессе акустич, колеоания создают только начальное возмущение, а его развитие происходит аа счет энергии струи, для воздействия на процесс требуется малая интенсивность звука — 0,01 — 0,1 Вт)см'. Частоту необходимо подбирать, руководствуясь формулой Рэлея: 7' = ВМ,51Ы, где и — скорость истечения струи из сопла, 37 — диаметр сопла.
Наибольшее распространение этот процесс получил при гранулировании минеразьных удобрений. Примером оптимизирующего дезствия УЗ в жидкости является анустич. центрнфугирование. При движении продукта вдоль ротора центрифуги происходит разделение траекторий осаждения твердых частиц суспензии в аависимостн от их размеров. 1\рупные частицы имеют более крутую траекторию осаждения и быстро выводятся из жидкости.
Оставшиеся мелкие частицы флотируются кавитационпыми пузырьками так жо, как и пря дяспергироваини. Под дейстакем выталкивающей силы гидростатич, давления в поле центробежных сил эти пузырьки совместно с захваченными частицами двигаются к фильтруюшей перегородке, Пуаырек проходит сквозь фильтрующу>о перегородку и уходит к границе раздела жидкость — газ, а собранные нм частицы задерживаются перегородкой.
Накапливаясь, этн частицы образуют агрегаты больших размеров, к-рые под действием центробежных сил отбрасываются на периферию ротора, где и выводятся из жидкости. Применение акустич. цоптрифугирозания целесообразно для разделения мелкодисперспых суспеизий, т. к, в этом случае удается резко снизить величину фактора разделения. Так, для рааде- пения суспензии красителя Внонго красное» требуется фактор рааделгния, равный 12 000 я (д — ускоренно силы тяжести), а при акустич.
воздействии — всего ли>пь 1500 у. Поскольну в этом процессе важную роль играют кавитационные пузырьки, его необходамо проводить на относительно низких частотах и при больших интенсивностях УЗ. Лиаь> П>изин>сиио осаооы ультразауко- ВОВ техиологии, М,, 13370; Ил ьи и А.
В. и В р., ыехааэзм аюнтонионш>го Везствал пульсирую>яих гаВОВмх 3>уз>33>ВВОВ, «Акзст. >В.», 1979, т. ! а, В. з. и, Г. Йовичиий. ФИЛЬТР— устройство для выделения (или подавления) элоктрич. сигнала в задааной полосе частот.
Наряду с электрич. комтурами для атих целей испольауютси пы>аоолгхтрич. Ф. и Ф. на поверхностных аиустич. волнах. См. А кястовлакжроннкн. ФЛОТАЦИЯ вЂ” процесс равд> л«- ния мелких твердых частиц (гл. обр. минералов), основанаый на различии в их смачиааемости водой. Ф. прим>- няется для обогащения минерального сырья перед промышленной переработкой на предприятинх цветной а чбрной металлургии, а также при очистке сточаых вод в условиях проммшленного производства. Процесс Ф. обусловлен твм, что гидрофобные (плохо смачивавмыв водой) частицы избирательно ввмрвааяютси на границе раздела фав (пбычио газа и воды) и отделяются пт гадрпфильных (хорошо смачиввеммх) частиц. При Ф. пузырьки гааа иаи капли масла прилипают к плохо смачиваемым водой частицам и поднимают их к поверхности.
Ф. осуществляется е смеси иамельченной руды с водой (т. н. флотационной пульпе), иуда тем или ииыи способом вводятся пузырьки воздуха. Минеральные частицы прилипают к воздушным пузырькам и вместе с ними уносятся восходящими потоками в пенный продукт — концентрат. Частицы пустой породы остаются в пульпе и образуют отходы Ф. (в зависимости от состава полезных ископаемых возможен и другой вариант, — когда е пену всплывает пустая порода).
Возмо>кпость обрааования флотационного комплекса частица — пузырек зависит от фвзико-химич. свойств поверхностного слоя минеральной частицы и воды. Для создания н усиления разницы а гидратированности Флптяция разделяемых минералов к пульпе добавляются флотационные реагенты, к-рые подразделяются на; с о б и р ат е л и, ухудшающие смачиваемость поверхности минералов водой, что способствует прилипаиию эоадушного пузырька к частице и улучшению флотируемости; п е н о о б р а з о в ат е л и, способствующие тонкому диспергированию вводимого во флотационную машину воздуха и образованию устончивой пены; м о д и ф и к а т ор ы, регулирующие действие собирателеи, усиливая или ослабляя их, что способствует выделенизо в пенный продукт одного минерала или определенной группы минералов; д е и р е сс о р ы, улучшающие смачиваемость минеральных частиц, ухудшая при атом флотируемостгб а к т и в а т ор ы, улучшающие взаимодействие собирателей с поверхностью минералов.
Тем не менее Ф. в ряде случаев характеризуется значительной длительностью процесса, неполным извлечением компонентов и высоким расходом дорогостоящих флотационных реагентов. Для интенсификации различных стадий Ф. перспективным является использование УЗ высокой интенсивности, когда имеют место аяугтичггяиг течения, яаэитация И кагитациоияая эрозия. Так, предварительное озвучивание воды перед Ф. приводит к существенному изменению ее физико-химич. свойств: повышению окислвтельной способности и к структурным изченениям, влияющим на смачиваемость поверхности минералов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
