Реактор для отримання колоїдних розчинів аморфних металів

Реферат: Реактор для отримання колоїдних розчинів аморфних металів містить ємність з електродами, генератор електричних імпульсів, електродіалізатор, віброплатформу, вібратор, виконаний у вигляді закріпленого на ємності насоса з вхідним і вихідним патрубками, у яких нижні частини виконані горизонтальними і з перфорацією і вони розміщені одна над одною. У насоса вертикальні частини вхідного та вихідного патрубка і у діалізатора частина вихідного патрубка проходять через камеру охолодження, яка виконана з термопровідного матеріалу, а за межами ємності вона виконана з термоізоляцією. UA 102153 U (12) UA 102153 U UA 102153 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі нанотехнологій, зокрема до пристроїв для отримання колоїдних розчинів, що містять металеві колоїдні частинки, і може бути використана для виготовлення каталізаторів, сорбентів, косметичних засобів, лікарських препаратів, харчових і біологічно активних добавок, медичних виробів, матеріалів медичного і косметичного призначення. Відомий пристрій для отримання колоїдних розчинів металів, що містить реактор з електродами, підключеними до генератора імпульсів, і з вхідним та вихідним патрубками для прокачування деіонізованої води і віброплатформу з вібратором, встановлену під днищем реактора, при цьому в нього введений електродіалізатор, вихідним патрубком підключений до вхідного патрубка реактора, а вхідний патрубок електродіалізатора є вхідним патрубком пристрою (Патент України № 23565, МПК7 B01J 13/00, Бюл. № 7, 25.05.2007). Недоліком пристрою є неможливість забезпечити умови для утворення колоїдних розчинів аморфних металів з покращеними фізичними і хімічними властивостями, що знижує його ефективність. Відомий пристрій для отримання колоїдних розчинів металів, що містить реактор з електродами, підключеними до генератора імпульсів, електродіаліз-затор, віброплатформу, вібратор і патрубки, відрізняється тим, що вібратор виконаний у вигляді закріпленого на реакторі насоса, на вході з'єднаного з порожниною реактора, а на виході спорядженого кавітатором, вихід якого також заведений в цю порожнину (Патент України № 84013, МПК7 B01J 13/00, 10.10.2013, Бюл. № 19/2013). Недоліком пристрою є неможливість забезпечити умови для утворення колоїдних розчинів аморфних металів з покращеними фізичними і хімічними властивостями, що знижує його ефективність. Найбільш близьким аналогом є реактор для отримання колоїдних розчинів металів, що містить ємність з електродами, генератор електричних імпульсів, електродіалізатор, віброплатформу, вібратор, виконаний у вигляді закріпленого на ємності насоса з вхідним і вихідним патрубками, кавітатор і патрубки, у вхідного і вихідного патрубків насоса нижні частини виконані горизонтальними і з перфорацією, і вони розміщені одна над одною та вздовж ємності, на горизонтальній частині вхідного патрубка отвори перфорації розташовані на її боковій і верхній поверхні, а на горизонтальній частині вихідного патрубка отвори перфорації розташовані на її нижній поверхні, у вхідного патрубка діаметр отворів перфорації рівний діаметру робочого каналу кавітатора (Патент України № 94000, МПК7 B01J 13/00, 27.10.2014, бюл. № 20). Недоліком реактора є неможливість забезпечити умови для охолодження води до температури в межах 0…4 °C і подачі її в зону електричних розрядів для утворення колоїдних розчинів аморфних металів з покращеними фізичними і хімічними властивостями, що знижує його ефективність. В основу корисної моделі поставлена задача розробити такий реактор для отримання колоїдних розчинів аморфних металів, в якому проходження вертикальних частин вхідного та вихідного патрубка насоса і частини вихідного патрубка діалізатора через камеру охолодження, виконання якої з термопровідного матеріалу і виконання її за межами ємності з термоізоляцією, виконання у насоса вертикальних частин вхідного та вихідного патрубка і у діалізатора частини вихідного патрубка із термопровідного матеріалу, виконання ємності з термоізоляцією дозволяє забезпечити умови для охолодження води до температури в межах 0…4 °C і подачі її безпосередньо в зону електричних розрядів між гранулами для утворення колоїдних розчинів аморфних металів з покращеними фізичними і хімічними властивостями, і підвищити таким чином його ефективність. Поставлена задача вирішується тим, що реактор для отримання колоїдних розчинів аморфних металів, що містить ємність з електродами, генератор електричних імпульсів, електродіалізатор, віброплатформу, вібратор, виконаний у вигляді закріпленого на ємності насоса з вхідним і вихідним патрубками, у яких нижні частини виконані горизонтальними і з перфорацією і вони розміщені одна над одною, у насоса вертикальні частини вхідного та вихідного патрубка і у діалізатора частина вихідного патрубка проходять через камеру охолодження, яка виконана з термопровідного матеріалу, а за межами ємності вона виконана з термоізоляцією, у насоса вертикальні частини вхідного та вихідного патрубка і у діалізатора частина вихідного патрубка виконані із термопровідного матеріалу, ємність виконана з термоізоляцією. Проходження вертикальних частин вхідного та вихідного патрубка насоса і частини вихідного патрубка діалізатора через камеру охолодження, дозволяє інтенсивно охолоджувати 1 UA 102153 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 воду, яка проходить через них, і подавати її найбільш охолодженою безпосередньо в зону електричних розрядів між гранулами. Виконання камери охолодження з термопровідного матеріалу, дозволяє інтенсивно охолоджувати газ і воду, які контактують з камерою в ємності, для підтримання оптимальної температура води в ємності. Виконання камери за межами ємності з термоізоляцією дозволяє підтримувати необхідну температуру в ній для інтенсивного охолодження води, яка проходить по патрубках, розташованих в камері охолодження і зменшує витрати твердої форми вуглекислого газу, так як вона не витрачається на охолодження атмосферного повітря навколо цієї частини камери. Виконання у насоса вертикальних частин вхідного та вихідного патрубка і у діалізатора частини вихідного патрубка із термопровідного матеріалу дозволяє інтенсивно охолоджувати воду, яка проходить по патрубках, розміщених в камері охолодження, за рахунок швидкої теплопередачі від води до охолоджених стінок цих елементів. Виконання ємності з термоізоляцією дозволяє підтримувати необхідну температуру в ній для інтенсивного охолодження води. Все це сприяє швидкому охолоджуванню розплавлених наночастинок в деіонізованій воді і утворенню колоїдних розчинів аморфних металів з покращеними фізичними і хімічними властивостями. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де на фіг. 1 представлений реактор для отримання колоїдних розчинів аморфних металів, з фрагментами поздовжнього розрізу; на фіг. 2 - нижня частина вхідного патрубка з перфорацією, поперечний розріз; на фіг. 3 - нижня частина вихідного патрубка з перфорацією, поперечний розріз. Пристрій містить герметичну ємність 1 з накривкою 2, які виготовлені з діелектричного матеріалу, електроди 3 і 4, з'єднані з виходами генератора імпульсів 5, віброплатформу 6 з вібратором, який виконаний у вигляді закріпленого на ємності насоса 7, електродіалізатор 8. Насос 7 на вході з'єднаний з парубком 9, нижня частина якого виконана горизонтальною і розташована вздовж ємності 1, і виконана із перфорацією, отвори 10 якої розташовані на її боковій і верхній поверхні. На виході насос 7 з'єднаний з парубком 11, нижня частина якого також виконана горизонтальною і розташована вздовж ємності 1, і виконана з перфорацією, отвори 10 якої розташовані на її нижній поверхні. Нижні торці патрубків 9, 11 споряджені заглушками 12. Горизонтальні частини цих патрубків розміщені одна над одною і вздовж ємності 1. Електродіалізатор 8 має вхідний патрубок 13 і вихідний 14, верхня частина якого є резинова трубка, а нижня виконана із термопровідного матеріалу. На патрубку 14 розміщена засувка 15. У насоса 7 вертикальні частини вхідного патрубка 9 та вихідного патрубка 11 і у діалізатора 8 нижня частина вихідного патрубка 14, проходять через камеру 16 охолодження, яка виконана з термопровідного матеріалу, а за межами ємності вона виконана з термоізоляцією 17. Камера 16 споряджена кришкою 18 з термоізоляцією 19. Вертикальні частини патрубків 9, 11 виконані із термопровідного матеріалу. Камера 16 споряджена запобіжним клапаном 20, який розміщений на кришці 18. На ємності 1 встановлений патрубок 21 з засувкою 22 для виведення або введення газів і є патрубок 23 для відведення колоїдного розчину металів, на якому встановлена засувка 24. Віброплатформа споряджена упорами 25 для попередження зміщення на ній ємності 1 при роботі реактора, а генератор імпульсів 5 з'єднаний з електродами 3 і 4 за допомогою електроліній 26 і 27. Ємність 1 і кришка 2 виконані з термоізоляцією 28. Ємність 1 споряджена термометром 29. Реактор працює таким чином. В ємність 1 завантажують металеві гранули, а в камеру 16 охолодження завантажують, наприклад, тверду форму вуглекислого газу ("сухий лід"). Подають рідину, наприклад воду, через вхідний патрубок 13 в електродіалізатор 8, де відбувається її очищення. Деіонізована вода з нього через вихідний патрубок 14, частина якого проходять через камеру 16 охолодження, надходить в ємність 1 охолодженою. При заповнені ємності до заданого рівня води подачу деіонізованої води в неї припиняють і включають насос 7. Вода через вхідний патрубок 9 засмоктується насосом 7 з ємності 1 і подається по вихідному патрубку 11 назад в ємність, знов засмоктується насосом 7 і т.д. При цьому, у вертикальних частинах вхідного патрубка 9 та вихідного патрубка 11, які проходять через камеру 16 охолодження, вода додатково охолоджується до температури в межах 0…4 °C. Включають генератор імпульсів 5 і здійснюють електроерозійне диспергування гранул електричними імпульсами з амплітудою більш 1000 А і тривалістю менше 100 мкс. При цьому між гранулами і електродами 2 і 3 виникають електричні розряди, що супроводжується підвищенням температури до декількох тисяч градусів. Поверхні металевих гранул в зонах електричних розрядів руйнуються на найдрібніші частинки, які розлітаються з швидкостями, що перевищують 1 км/с, і дуже швидко 2 UA 102153 U 5 10 15 20 25 охолоджуються у деіонізованій воді. При цьому найбільше охолоджена вода під тиском надходить з отворів 10 на горизонтальній частині вихідного патрубка 11 безпосередньо в зону електричних розрядів між гранулами і її температуру підтримують в межах 0…4 °C. Висока швидкість охолоджування розплавленої наночастинки обумовлює фіксацію рідкофазної структури, тобто обумовлює аморфізацію наночастинок в колоїдному розчині. В результаті в рідині накопичується нанодисперсний металевий порошок в аморфному стані. Аморфний стан металу, з якого складаються наночастинки, додає колоїдним частинкам нові фізичні властивості. Кристалічний і аморфний стани тіла різняться за такими своїми фізичними властивостями, як розчинність, температура плавлення, твердість, питома вага. Тіла в аморфному стані мають нижчі точки плавлення, меншу питому вагу і меншу твердість, більшу розчинність і доступніші дії хімічних агентів. У процесі електроерозійного диспергування гранул за допомогою працюючого насоса 7, здійснюється вібрація ємності 1, при цьому за рахунок динаміки цівок найбільше охолодженої води, яка під тиском надходить безпосередньо в зону електричних розрядів між гранулами на їх поверхню, відбувається їх додаткове зміщення між собою. Ці зміщення металевих гранул і вібрація, яка передається на них, сприяє частішому виникненню електричних розрядів і активізує їх електроерозію. Під дією електричних розрядів у рідкому середовищі розвиваються значні гідродинамічні сили і виникають ультразвукові хвилі, які сприяють більшому подрібненню металевого порошку Використання діелектричної свіжо приготованої деіонізованої води, виключає шунтування електричного ланцюга середовищем диспергування і дозволяє направити всю енергію електричних розрядів на електроерозію і отримати колоїдні розчини з великою концентрацією металу. При роботі реактора в режимі електроерозійного диспергування гранул деіонізована вода в заданій кількості постійно подається в ємність 1, а колоїдний розчин, що утворюється відводиться з неї через патрубок 23. Саме тому дана корисна модель у сукупності з новими суттєвими ознаками забезпечує підвищення ефективності роботи запропонованого реактора. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 1. Реактор для отримання колоїдних розчинів аморфних металів, що містить ємність з електродами, генератор електричних імпульсів, електродіалізатор, віброплатформу, вібратор, виконаний у вигляді закріпленого на ємності насоса з вхідним і вихідним патрубками, у яких нижні частини виконані горизонтальними і з перфорацією і вони розміщені одна над одною, який відрізняється тим, що у насоса вертикальні частини вхідного та вихідного патрубка і у діалізатора частина вихідного патрубка проходять через камеру охолодження, яка виконана з термопровідного матеріалу, а за межами ємності вона виконана з термоізоляцією. 2. Реактор для отримання колоїдних розчинів металів за п. 1, який відрізняється тим, що у насоса вертикальні частини вхідного та вихідного патрубка і у діалізатора частина вихідного патрубка виконані із термопровідного матеріалу. 3. Реактор для отримання колоїдних розчинів металів за п. 1, який відрізняється тим, що ємність виконана з термоізоляцією. 3 UA 102153 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут інтелектуальної власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4