Реактор для отримання колоїдних розчинів металів

Реферат: Реактор для отримання колоїдних розчинів металів містить ємність з електродами, генератор електричних імпульсів, електродіалізатор, віброплат-форму, вібратор, виконаний у вигляді закріпленого на ємності насоса з вхідним і вихідним патрубками, кавітатор і патрубки. У вхідному і вихідному патрубках насоса нижні частини виконані горизонтальними і з перфорацією, і вони розміщені одна над одною та вздовж ємності. UA 94000 U (12) UA 94000 U UA 94000 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 тощо. Відомий спосіб отримання колоїдних розчинів наночастинок металів, що заснований на електроерозійному диспергуванні поверхні металевих гранул і електродів електричними розрядами у воді в реакторі, вода має питому електропровідність не більше 0,1 мкСіменс/см, а воду з завислими наночастинками, що мають розміри менше 100 нм, багато разів направляють в реактор, не допускаючи збільшення концентрації іонів в розчині, при цьому електризують наночастинки в полі електричних розрядів з високим градієнтом потенціалу, крім того, над поверхнею колоїдного розчину створюють атмосферу з інертного газу, наприклад аргону (Патент України на корисну модель № 24391, МПК B22F 9/14, Бюл. № 9, 25.06.2007). Недоліком пристрою є неможливість додаткової обробки отримуваного колоїдного розчину, що знижує його ефективність. Відомий також пристрій для отримання колоїдних розчинів металів, що містить реактор з вхідним і вихідним патрубками для прокачування деіонізованої води і електродами, підключеними до генератора імпульсів, і віброплатформу з вібратором, встановлену під днищем реактора (Патент України на корисну модель № 18215, МПК B22F 9/14, Бюл. № 11, 15.11.2006). Недоліком пристрою є неможливість використовувати вібратор для додаткового подрібнювання наночастинок металу в колоїдному розчині за рахунок активізації електроерозії, що знижує його ефективність. 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 на корисну модель № 23565, МПК B01J 13/00, Бюл. № 7, 25.05.2007). Недоліком пристрою є неможливість використовувати вібратор для додаткового подрібнювання наночастинок металу в колоїдному розчині за рахунок активізування електроерозії, що знижує його ефективність. Найбільш близьким аналогом до пропонованого є пристрій для отримання колоїдних розчинів металів, що містить реактор з електродами, підключеними до генератора імпульсів, електродіалізатор, 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 B01J 13/00, 10.10.2013, Бюл. № 19/2013). Недоліком пристрою є неможливість забезпечити додаткове зміщення металічних гранул між собою для активізації їх електроерозії, виключити забивання робочого каналу кавітатора продуктами електроерозії і дрібними гранулами, які зменшуються в процесі їх електроерозії, що знижує його надійність і ефективність. В основу корисної моделі поставлена задача, розробити такий реактор для отримання колоїдних розчинів металів, в якому виконання вхідного і вихідного патрубків насоса нижніх частин горизонтальними і з перфорацією, і розміщення їх одна над одною та вздовж ємності, розташування на горизонтальній частині вхідного патрубка отворів перфорації на її боковій і верхній поверхні, а розташування на горизонтальній частині вихідного патрубка отворів перфорації на її нижній поверхні, відповідність у вхідному патрубку діаметра отворів перфорації діаметру робочого каналу кавітатора, дозволяє забезпечити додаткове зміщення металічних гранул між собою для активізації їх електроерозії, виключити забивання робочого каналу кавітатора продуктами електроерозії і дрібними гранулами, які зменшуються в процесі їх електроерозії, і підвищити таким чином його надійність і ефективність. Поставлена задача вирішується тим, що 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, згідно з корисною моделлю, у вхідному і вихідному патрубках насоса нижні частини виконані горизонтальними і з перфорацією, і 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 1 UA 94000 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 отвори перфорації розташовані на її нижній поверхні, у вхідному патрубку діаметр отворів перфорації рівний діаметру робочого каналу кавітатора. Виконання у вхідному і вихідному патрубків насоса нижніх частин горизонтальними і з перфорацією, і розміщення одна над одною та вздовж ємності, дозволяє створювати гідродинамічний тиск на всю поверхню шару гранул для їх додаткового зміщення між собою. Поєднання зміщення металевих гранул і їх вібрації, сприяє частішому виникненню електричних розрядів і активізує їх електроерозію. Крім того, це дозволяє утворити внизу ємності зону зміщення гранул, а у її верхній частині зону відведення води з завислими наночастинками, зменшуючи можливість потрапляння продуктів електроерозії, що мають розміри більше 100 нм і дрібних металічних гранул, які зменшуються в процесі їх електроерозії, в кавітатор і виключити забивання його робочого каналу. Розташування на горизонтальній частині вхідного патрубка отворів перфорації на її боковій і верхній поверхнях, дозволяє відводити воду з її верхніх шарів з завислими наночастинками, що мають розміри менше 100 нм. Розташування на горизонтальній частині вихідного патрубка отворів перфорації на її нижній поверхні, дозволяє створювати гідродинамічний тиск на всю поверхню шару гранул для їх додаткового зміщення між собою. Виконання у вхідному патрубку діаметра отворів перфорації рівного діаметру робочого каналу кавітатора, дозволяє зменшити можливість потрапляння продуктів електроерозії, що мають розміри більше діаметра робочого каналу кавітатора. На фіг. 1 представлений реактор для отримання колоїдних розчинів металів, з фрагментом поздовжнього розрізу ємності; на фіг. 2 - нижня частина вхідного патрубка з перфорацією, поперечний розріз; на фіг. 3 - нижня частина вихідного патрубка з перфорацією, поперечний розріз; на фіг. 4 - кавітатор, поздовжній розріз. Пристрій містить герметичну ємність 1, виготовлену з діелектричного матеріалу, з електродами 2 і 3, з'єднаними з виходами генератора імпульсів 4, віброплатформу 5 з вібратором, який виконаний у вигляді закріпленого на ємності насоса 6, електродіалізатор 7, наприклад, з іоноселективними мембранами. Насос 6 на вході з'єднаний з патрубком 8, нижня частина якого виконана горизонтальною і розташована вздовж ємності 1, і виконана із перфорацією, отвори 9 якої розташовані на її боковій і верхній поверхні. Вихід насоса 6 з'єднаний з вихідним патрубком 10, який споряджений кавітатором 11 і заспокоювачем 12 потоку робочої рідини. В патрубку 10 нижня частина виконана горизонтальною і розташована вздовж ємності 1 і виконана з перфорацією, отвори 9 якої розташовані на її нижній поверхні. У вхідному патрубку 8 діаметр (2-5 мм) отворів 9 перфорації рівний діаметру робочого каналу 13 кавітатора 11. Нижні торці патрубків 8, 10 споряджені заглушками 14. Горизонтальні частини цих патрубків розміщені одна над одною і вздовж ємності 1. Електродіалізатора 7 має вхідний патрубок 15 і з'єднаний еластичною трубкою 16 із засувкою 17 з ємністю 1. На ній встановлений патрубок 18 з засувкою 19 для виведення або введення газів і патрубок 20 для відведення колоїдного розчину металів, на якому встановлена засувка 21. Віброплатформа 5 споряджена упорами 22 для попередження зміщення на ній ємності 1 при роботі реактора, а генератора імпульсів 4 з'єднаний з електродами 2 і 3 за допомогою електроліній 23 і 24. Ємність 1 має накривку 25. Пристрій працює таким чином. В ємність 1 завантажують металеві гранули, подають рідину, наприклад воду через вхідний патрубок 15 в електродіалізатор 7, де відбувається її очищення. Деіонізована вода з нього через еластичну трубку 16 постійно надходить в ємність 1. За допомогою генератора імпульсів 4 здійснюють електроерозійне диспергування гранул електричними імпульсами. При цьому між гранулами і електродами 2 і 3 виникають електричні розряди, що супроводжується підвищенням температури до декількох тисяч градусів. Під дією електричних розрядів у рідкому середовищі розвиваються значні гідродинамічні сили і виникають ультразвукові хвилі, які сприяють більшому подрібненню металевого порошку. Поверхні металевих гранул в зонах електричних розрядів руйнуються на найдрібніші частинки. 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. В рідині накопичується зважений нанодисперсний металевий порошок і утворюється його колоїдний розчин. У процесі електроерозійного диспергування гранул за допомогою працюючого насоса 6, здійснюється вібрація ємності 1, при цьому за рахунок динаміки цівок води, яка під тиском поступає з отворів 9 на горизонтальній частині вихідного патрубка 10 на поверхню шару гранул, відбувається їх додаткове зміщення між собою. Ці зміщення металевих 2 UA 94000 U 5 гранул і вібрація, яка передається на них, сприяє частішому виникненню електричних розрядів і активізує їх електроерозію. У процесі роботи насоса 6 колоїдний розчин металу через патрубок 8 надходить в цей насос і кавітатор 11, де наночастинки металу додатково подрібнюються в кавітаційних зонах ерозії і через заспокоювач 12, і патрубок 10 потрапляє назад в ємність 1. Деіонізована вода в заданій кількості постійно подається в ємність 1, а колоїдний розчин, що утворюється відводиться з неї через патрубок 20. Саме тому запропонована корисна модель у сукупності з новими суттєвими ознаками забезпечує підвищення ефективності роботи запропонованого реактора. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 1. Реактор для отримання колоїдних розчинів металів, що містить ємність з електродами, генератор електричних імпульсів, електродіалізатор, віброплат-форму, вібратор, виконаний у вигляді закріпленого на ємності насоса з вхідним і вихідним патрубками, кавітатор і патрубки, який відрізняється тим, що у вхідному і вихідному патрубках насоса нижні частини виконані горизонтальними і з перфорацією, і вони розміщені одна над одною та вздовж ємності. 2. Реактор для отримання колоїдних розчинів металів за п. 1, який відрізняється тим, що 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. 3. Реактор для отримання колоїдних розчинів металів за п. 2, який відрізняється тим, що у вхідного патрубка діаметр отворів перфорації рівний діаметру робочого каналу кавітатора. 3 UA 94000 U 4 UA 94000 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова 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 5