Спосіб збурення пневмогідравлічної кавітації

Спосіб збурення пневмогідравлічної кавітації, що включає подачу рідини, надання переміщень розташованим в рідині збурювачам кавітації та створення в ній газорідинної суміші, який відрізняється тим, що газорідинну суміш створюють подачею стиснутого газу з пульсацією, частота якої кратна частоті власних коливань наявних в рідині ядер кавітації, з тиском, що не менш ніж вдвічі перевищує тиск в рідині. (19) (21) u201106785 (22) 30.05.2011 (24) 26.12.2011 (46) 26.12.2011, Бюл.№ 24, 2011 р. (72) СТАРЧЕВСЬКИЙ ВОЛОДИМИР ЛЮДВИГОВИЧ, ШЕВЧУК ЛІЛІЯ ІВАНІВНА, АФТАНАЗІВ ІВАН СЕМЕНОВИЧ (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА" 3 Поставлена задача вирішується тим, що в способі збурення пневмогідравлічної кавітації, який включає подачу рідини, надання переміщень розташованим в рідині збурювачам кавітації та створення в ній газорідинної суміші, згідно з корисною моделлю, газорідинну суміш створюють подачею стиснутого газу з пульсацією, частота якої кратна частоті власних коливань наявних в рідині ядер кавітації, з тиском, що не менш ніж вдвічі перевищує тиск в рідині. Подачею газу, що під тиском подається в рідину в робочу зону кавітатора, з пульсацією, частота якої кратна частоті власних коливань завжди наявних в рідині ядер кавітації, підвищується інтенсивність кавітаційного поля. Це відбувається завдяки тому, що співпадіння частоти власних коливань ядер кавітації із частотою пульсацій газу збурює явище резонансу, яке супроводжується миттєвим зародженням, розширенням та подальшим сплескуванням кавітаційних бульбашок і, крім того, джерелами зародків кавітаційних бульбашок тут постають проникаючі в рідину у великій кількості струминки пульсуючого стиснутого газу. Зміною частоти пульсацій та тиску стиснутого газу, що подається в робочу зону кавітатора, регулюють інтенсивність самоутворення зародків кавітації, що надає можливість регулювання в конкретних часових проміжках кількості кавітаційних бульбашок в одиниці об'єму газорідинної суміші, а отже, і інтенсивності хімічних реакцій чи очисних процесів та зумовленої цим якості вихідного готового продукту. Поряд з тим, у запропонованому способі є можливість регулювання інтенсивності та ефективності хімічних реакцій в робочій зоні кавітатора завдяки підбору найефективнішого для конкретних інгредієнтів хімічних реакцій певного виду збурюючого кавітацію газу. Даному способу властива довговічність та висока надійність реалізуючого його обладнання завдяки відсутності в ньому приводів рухів збурювачів кавітації та незначна собівартість реалізації завдяки можливості рециркуляції збурюючого кавітацію газу, замкнутості технологічного циклу та його багаторазового використання. Поряд з тим, відсутність у даному способі обертових чи коливних збурювачів кавітації, механізмів їх приводу забезпечує його енергоощадність. Суть способу проілюстрована на кресленні технологічній схемі очищення води від біологічного забруднення. Забруднену воду із резервуару 1 (чи відкритої водойми) насосом 2 по трубопроводу 3 подають в кавітатор 5. Одночасно із балона 9 трубопроводом 4 в кавітатор 5 подають пульсуючий струмінь стиснутого газу під тиском, що не менш ніж вдвічі перевищує тиск рідини в кавітоторі, наприклад понад 1 МПа. Пульсацію газу із частотою, кратною частоті власних коливань, завжди наявних в рідині ядер кавітації молекул води, тобто 22 Гц або 44 Гц, забезпечують вмонтованим в трубопровід 4 подачі газу пневмоелектрозолотником 6. Проходячи крізь отворифорсунки сферичної насадки 4, якою в кавітаторі 5 закінчується трубопровід 4 пульсуючої подачі стиснутого газу, газовий струмінь розсіюється на 66135 4 велику кількість окремих струминок, створюючи газорідинну суміш. Поверхневий натяг рідини формує із цих струминок газові бульбашки, які стають джерелами зародків кавітаційних каверн, сплескування котрих супроводжується формуванням імпульсної ударної сферичної хвилі. Вивільнена при сплескуванні кавітаційних бульбашок енергія приводить до розриву мембран мікроорганізмів, тобто до їх руйнування, внаслідок чого забруднена вода очищується від біологічного забруднення. Поряд з тим, як відомо, сплескування кавітаційних бульбашок активізує хімічні реакції в рідині, що додатково сприяє очищенню забрудненої води, підвищуючи її санітарногігієнічні показники. У подальшому через вертикальне вихідне сопло 8 кавітатора 5 суміш відпрацьованих газів, включно із новоутвореним внаслідок руйнування мікроорганізмів вуглекислим газом СO2, виділеним із рідини в кавітаторі розчиненим повітрям тощо, відсмоктують вакуумним насосом 11 із рідини, трубопроводом 6 зворотної подачі подають на позицію 13 фільтрування від механічних домішок, крапель рідини тощо. Тут, у разі потреби, із суміші відпрацьованих газів виокремлюють очищений робочий газ, подають його на компресор 10, звідки під тиском він знову поступає у балон 9 стиснутого газу. Очищена вода з кавітатора по трубопроводу 5 надходить в замкнутий резервуар-відстійник 12. Тут очищена вода відстоюється, а утворений осад періодично очищують через фланцевий отвір А. Залишки суміші відпрацьованого газу в резервуарі-відстійнику 12 випаровуються із очищеної води і через фланцевий отвір Б у його верхній частині їх відсмоктують вакуумним насосом 11 у трубопровід 6 зворотної подачі, поступаючи після очищення через компресор 10 у резервуар 9 стиснутого газу. Таким чином забезпечують замкнутий цикл використання стиснутого газу, що зводить до мінімуму його витрати. Відстояну від осаду і залишків газу очищену воду насосом 2 трубопроводом 7 подають у резервуар 14 очищеної води для подальшого її цільового використання. Для забору води в ньому передбачені насос 2 та трубопровід 8. Для регулювання тисків газу і води в трубопроводах вмонтовано регулюючі вентилі 3, для вимірювання тиску робочого газу - манометр 7. Різновид газу для реалізації даного способу обирають залежно від характеру забруднення рідини і технологічних вимог на ступінь її очищення. Так для знезараження води від бактерій різновиду Pseudomona достатнє застосовування вуглекислого газу СО2, а від бактерій Sarcina доречно застосовувати інертний газ аргон Аr. Ступінь очищення води в цих випадках сягає 7580 %. Найкращого результату (до 90 %) очищення води від дріжджів Saccharomyces даним способом досягають при використанні кисню О2. Аналогічно підходять до вибору різновиду газу і при використанні даного способу для ініціювання та активації хімічних реакцій в інших технологічних процесах. Перевагами даного способу збурення кавітації в рідинах порівняно із відомими є: 5 - висока продуктивність, придатність для обробки значних обсягів рідин та енергоощадність порівняно із ультразвуковою кавітаційною обробкою; Комп’ютерна верстка М. Мацело 66135 6 - простота реалізації та висока надійність обладнання, порівняно із різноманітними способами гідродинамічного збурення кавітації, завдяки відсутності обертових та рухомих механізмів в кавітаторах. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601