Реактор для отримання колоїдних розчинів халетних і аморфних металів

Реферат: Реактор для отримання колоїдних розчинів халетних і аморфних металів містить ємність з електродами, генератор електричних імпульсів, електродіалізатор, віброплатформу, вібратор, виконаний у вигляді закріпленого на ємності насоса з вхідним і вихідним патрубками, камеру охолодження. На вихідному патрубку на байпасі розташований кавітатор, вакуумна порожнина якого з'єднана трубкою з ємністю. При цьому трубка проходить через камеру охолодження. Вихід діалізатора з'єднаний з вихідним патрубком насоса. UA 106539 U (12) UA 106539 U UA 106539 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі нанотехнологій, зокрема, до пристроїв для отримання колоїдних розчинів, що містять халетні металеві колоїдні частинки, які можуть використовуватися для виготовлення каталізаторів, сорбентів, косметичних засобів, лікарських препаратів, харчових і біологічно активних добавок, медичних виробів, матеріалів медичного і косметичного призначення, а колоїдні розчини, що містять аморфні металеві колоїдні частинки, можуть застосовуватися у виробництві, наприклад, нових матеріалів. 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 на корисну модель № 84013, МПК7 В01J 13/00, 10.10.2013, Бюл. № 19/2013]. Недоліком реактора є неможливість забезпечити умови для регульованого охолодження води і рівномірної подачі її безпосередньо в зону електричних розрядів між гранулами, і для отримання колоїдних розчинів халетних і аморфних металів з покращеними фізичними і хімічними властивостями, що знижує його ефективність. Відомий реактор з 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, відрізняється тим, що 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 на корисну модель №94000, МПК7 B01J 13/00, 27.10.2014, бюл. № 20]. Недоліком реактора є неможливість забезпечити умови для регульованого охолодження води і рівномірної подачі її безпосередньо в зону електричних розрядів між гранулами, і для отримання колоїдних розчинів халетних і аморфних металів з покращеними фізичними і хімічними властивостями, що знижує його ефективність. Найбільш близьким до пропонованого є 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, відрізняється тим, що у насоса вертикальні частини вхідного та вихідного патрубка і у діалізатора частина вихідного патрубка, проходять через камеру охолодження, яка виконана з термопаровідного 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 [Патент України на корисну модель №102153, МПК7 B01J 13/00, 26.10.2015, бюл. № 20]. Недоліком реактора є неможливість забезпечити умови для регульованого охолодження води і рівномірної подачі її безпосередньо в зону електричних розрядів між гранулами, і для отримання колоїдних розчинів халетних і 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 халетних і аморфних металів, в якому розташування на вихідному патрубку на байпасі кавітатора, вакуумна порожнина якого з'єднана трубкою з ємністю, при цьому проходження трубки через камеру охолодження, крім того з'єднання виходу діалізатора з вихідним патрубком насоса, спорядження байпаса і трубки засувками, спорядження трубки в камері охолодження заспокоювачем потоку рідини, дозволяє забезпечити умови для регульованого охолодження води і рівномірної подачі деіонізованої води безпосередньо в зону електричних розрядів між гранулами, отримати колоїдні розчини халетних і аморфних металів з покращеними фізичними і хімічними властивостями, і підвищити таким чином його ефективність. Поставлена задача досягається тим, що реактор для отримання колоїдних розчинів халетних і аморфних металів, містить ємність з електродами, генератор електричних імпульсів, електродіалізатор, віброплатформу, вібратор, виконаний у вигляді закріпленого на ємності насоса з вхідним і вихідним патрубками, камеру охолодження, на вихідному патрубку на байпасі, розташований кавітатор, вакуумна порожнина якого з'єднана трубкою з ємністю, при 1 UA 106539 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 цьому трубка проходить через камеру охолодження, крім того вихід діалізатора з'єднаний з вихідним патрубком насоса, байпас і трубка споряджені засувками, трубка в камері охолодження споряджена заспокоювачем потоку рідини. Розташування на вихідному патрубку на байпасі кавітатора, вакуумна порожнина якого з'єднана трубкою з ємністю і проходження трубки через камеру охолодження, дозволяє в кавітаторі, при необхідності, додатково подрібнювати в кавітаційних зонах ерозії наночастинки металу і додатково охолоджувати воду із ємності і регулювати в ній температуру води в оптимальних межах 0…4 °C. З'єднання виходу діалізатора з вихідним патрубком насоса, дозволяє рівномірно подавати свіжу іонізовану воду безпосередньо у весь об'єм ємності, заповнений гранулами, що виключає шунтування електричного ланцюга середовищем диспергування в окремих його зонах і дозволяє отримати колоїдний розчини з підвищеною концентрацією металу. Використання байпаса і спорядження його і трубки засувками, дозволяє встановлювати режими обробки води з наночастинками і регулювати швидкість їх проходження в камері охолодження для забезпечення її оптимальної температури в зоні електричних розрядів. Спорядження трубки в камері охолодження заспокоювачем потоку рідини, дозволяє збільшити час розміщення рідини, яка проходить через нього в камері охолодження і додатково її охолодити. На фіг. 1 представлений реактор для отримання колоїдних розчинів халетних і 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. Він має вхідний патрубок 9, а верхня частина його вихідного патрубка 10 є резинова трубка, а нижня виконана із термопровідного матеріалу. На патрубкові 10 розміщена засувка 11. Насос 7 на вході з'єднаний з парубком 12, нижня частина якого виконана горизонтальною і розташована вздовж ємності 1, і виконана із перфорацією, отвори 13 якої розташовані на її боковій і верхній поверхні. На виході насос 7 з'єднаний з парубком 14, нижня частина якого також виконана горизонтальною і з'єднана з вихідним патрубком 10 електродіалізатора 8, ця частина виконана з перфорацією, отвори 13 якої розташовані на її нижній поверхні. Торці патрубків 12, 14 споряджені заглушками 15. Горизонтальні частини цих патрубків розміщені одна над одною і вздовж ємності 1. Вертикальні частини вхідного патрубка 12 та вихідного патрубка 14, а у діалізатора 8 нижня частина вихідного патрубка 10, виконані з термопровідного матеріалу, і проходять через камеру 16 охолодження, яка за межами ємності 1 виконана з термоізоляцією 17. Камера 16 споряджена кришкою 18 з термоізоляцією 19 і запобіжним клапаном 20, який розміщений на цій кришці. На ємності 1 встановлений патрубок 21 з засувкою 22 для виведення або введення газів і патрубок 23 для відведення колоїдного розчину металів, на якому встановлена засувка 24. На вихідному патрубку 14 розташований байпас 25 з кавітатором 26, вакуумна порожнина якого з'єднана трубкою 27 з верхньою частиною ємності 1. Частина трубки 27 проходить через камеру 16 охолодження і споряджена в ній заспокоювачем 28 потоку рідини. На трубці 27 і байпасі 25 встановлені засувка 29 і триходова засувка 30. Віброплатформа 5 споряджена упорами 31 для попередження зміщення на ній ємності 1 при роботі реактора, а генератор імпульсів 5 з'єднаний з електродами 3 і 4 за допомогою електроліній 32 і 33. Ємність 1 і кришка 2 виконані з термоізоляцією 34. Ємність 1 споряджена термометром 35. Реактор працює таким чином. Для отримання колоїдних розчинів халетних металів у ємність 1 завантажують металеві гранули, подають рідину, наприклад, воду через вхідний патрубок 9 в електродіалізатор 8, де відбувається її очищення. При заповненні ємності деіонізованою водою до заданого рівня через патрубок 21 подають в її верхню частину інертний газ, наприклад, аргон. Засувку 29 закривають, а засувку 30 переводять у режим припинення подачі води через байпас і включають насос 7. Вода через вхідний патрубок 12 засмоктується насосом 7 з ємності 1 і подається по вихідному патрубку 14 назад в ємність і т.д. Включають генератор імпульсів 5 і здійснюють електроерозійне диспергування гранул електричними імпульсами з амплітудою більш 1000А і тривалістю менше 100 мкс. При цьому між гранулами і електродами 3 і 4 виникають електричні розряди, що супроводжується підвищенням температури до декількох тисяч градусів. Поверхні металевих гранул у зонах електричних розрядів руйнуються на найдрібніші частинки, які розлітаються з швидкостями, що перевищують 1км/с, і дуже швидко охолоджуються у деіонізованій воді. 2 UA 106539 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 У процесі електроерозійного диспергування гранул за допомогою працюючого насоса 7, здійснюється вібрація ємності 1, при цьому за рахунок динаміки цівок води із ємності та деіонізованій воді із діалізатора 8, які під тиском поступають 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 свіжоприготовленої 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. У розчині не утворюються аніони і катіони, і при диспергуванні металів у воді із захисним шаром у вигляді аргону їх присутність мінімальна. Це дозволяє отримати колоїдний розчин з питомою електропровідністю менше 0,1 мкСіменс/см. Для отримання колоїдних розчинів аморфних металів 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 9 в електродіалізатор 8, де відбувається її очищення. Деіонізована вода з нього через вихідний патрубок 10, частина якого проходять через камеру 16 охолодження, надходить через патрубок 14 в ємність 1 охолодженою. При заповненні ємності 1 водою до заданого рівня заповнюють її верхню частину через патрубок 21 інертним газом, наприклад, аргоном. Засувку 29 закривають, а засувку 30 переводять в режим подачі води через байпас і включають насос 7. Вода через вхідний патрубок 12 засмоктується насосом 7 з ємності 1 і подається по вихідному патрубку 14 назад в ємність і т.д. При цьому, у вертикальних частинах вхідного патрубка 12 та вихідного патрубка 14, 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 1000А і тривалістю менше 100 мкс. При цьому між гранулами і електродами 3 і 4 виникають електричні розряди, що супроводжується підвищенням температури. Поверхні металевих гранул у зонах електричних розрядів руйнуються на найдрібніші частинки, які розлітаються з швидкостями, що перевищують 1км/с, і дуже швидко охолоджуються у деіонізованій охолодженій воді. При цьому, за рахунок постійного охолодження вода, яка під тиском поступає з отворів 13, на горизонтальній частині вихідного патрубка 14, безпосередньо в, зону електричних розрядів між гранулами, температура води там підтримується в межах 0…4 °C. Висока швидкість охолоджування розплавленої наночастки обумовлює фіксацію рідко фазної структури, тобто обумовлює аморфізацію наночасток у колоїдному розчині. У результаті в рідині накопичується нанодисперсний металевий порошок в аморфному стані. Аморфний стан металу, з якого складаються наночастки, 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 охолодженої води, яка під тиском поступає на поверхню гранул, відбувається їх додаткове зміщення між собою і т. д. У процесі роботи насоса 7 колоїдний розчин металу через патрубок 12 поступає в цей насос і кавітатор 26, де наночастинки металу додатково подрібнюються в кавітаційних зонах ерозії і через патрубок 14 потрапляє назад в ємність 1. 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 дане технічне рішення у сукупності з новими суттєвими ознаками забезпечує підвищення ефективності роботи запропонованого реактора. 55 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 60 1. Реактор для отримання колоїдних розчинів халетних і 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, камеру охолодження, який відрізняється тим, що на вихідному патрубку на байпасі розташований 3 UA 106539 U 5 кавітатор, вакуумна порожнина якого з'єднана трубкою з ємністю, при цьому трубка проходить через камеру охолодження, крім того, вихід діалізатора з'єднаний з вихідним патрубком насоса. 2. Реактор за п. 1, який відрізняється тим, що байпас і трубка споряджені засувками. 3. Реактор за п. 1, який відрізняється тим, що трубка в камері охолодження споряджена заспокоювачем потоку рідини. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 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 4