 | Акустическая коагуляция |  |
Акустическая коагуляция
Анимация Описание Акустическая (как правило ультразвуковая) коагуляция - процесс сближения и укрупнения взвешенных в газе или жидкости мелких твердых частиц, жидких капелек и газовых пузырьков под воздействием акустических колебаний. При коагуляции уменьшается дисперсность сред, оцениваемая по общей поверхности частиц в единице объема, и число частиц дисперсной системы. В результате коагуляции происходит осаждение взвешенных частиц в газе или жидкости твердых частиц и капелек. В аэрозолях мелкие частицы подвергаются воздействию гравитационного поля, участвуют в броуновском движении, увлекаются конвективными и гидродинамическими течениями. При наложении ультразвукового поля возникают дополнительные силы, способствующие коагуляции: взвешенная в газе или жидкости частица вовлекается в колебательное движение, на нее действует давление звукового излучения, вызывая ее дрейф, она увлекается акустическими течениями и т.д. Кинетика процесса коагуляции аэрозолей характеризуется формулой:  ,
где n - концентрация частиц за время облучения; n0 - концентрация частиц в начальный момент облучения (t = 0); k - коэффициент коагуляции, зависящий от свойств аэрозоля и параметров ультразвукового поля. Степень и скорость коагуляции определяются несколькими факторами. Основной из них - интенсивность Iп. На рис. 1 представлены графики зависимости степени осаждения n/n0 от времени облучения ультразвуком и его интенсивности для тумана хлористого аммония. Зависимости степени осаждения n/n0 от времени облучения ультразвуком и его интенсивности для тумана хлористого аммония 
Рис. 1 1 - I=1,0 Вт/кв.м.; 2 - I=2,0 Вт/кв.м.; 3 - I=3,0 Вт/кв.м.; 4 - I=4,0 Вт/кв.м. Видно, что при больших интенсивностях ультразвука степень коагуляции за короткое время достигает высокого значения. Осаждение частиц разных размеров происходит при разной частоте колебаний: чем меньше частицы, тем выше требуемая частота. На практике обычно используют звук с частотами 0,5-20 кГц; при этом осаждаются частицы размером 0,5-5 мкм. На процесс коагуляции оказывают влияние также время экспозиции, которое зависит от Iп (при Iп=1,0 Вт/кв.м. весь процесс протекает в течение нескольких секунд), и исходной концентрации аэрозоля (с увеличением концентрации эффективность коагуляции возрастает). Этот метод коагуляции эффективен при концентрации частиц і1-2 г/м3. Увеличение звукового давления Рзв резко снижает время осаждения t (см. рис. 2). Зависимость постоянной времени коагуляции от звукового давления 
Рис. 2 Коагуляция гидрозолей протекает в условиях жидкой дисперсионной среды. Скорость коагуляции гидрозолей также определяется интенсивностью ультразвука. Коагуляция частиц неустойчивых суспензий наблюдается при облучении ультразвуком даже небольшой интенсивности, у стойких суспензий - при длительном возбуждении ультразвуком повышенной интенсивности. Физический эффект проявляется в баках различной геометрической формы, в трубопроводах. Ультразвуковое поле воздействует на весь объем газа, жидкости, твердых частиц, находящихся в контакте друг с другом. Временные характеристики Время инициации (log to от -1 до 0); Время существования (log tc от 0 до 5); Время деградации (log td от -1 до 0); Время оптимального проявления (log tk от 1 до 4). Диаграмма: 
Технические реализации эффекта Техническая реализация эффекта Простейшая техническая реализация состоит в заполнении обычной лабораторной ванны для ультразвуковой очистки коллоидным раствором. При включении ультразвука раствор становится более вязким, или даже затвердевает. Применение эффекта Акустическая коагуляция применяется для осаждения промышленных пылей, дымов, туманов. Звуковое поле чаще всего создается, так называемыми, сиренами и свистками далее укрупненные коагуляционным эффектом частицы осаждаются фильтрами и обычными механическими улавливателями, например, уклонами. Коагуляция гидрозолей осуществляется в ультразвуковом диапазоне и практически применяется для очистки жидкостей в химической и пищевой промышленности, например, при обработке вина. Литература  1. Ультразвук / Под ред. И.П. Голяминой.- М.: Советская Энциклопедия, 1979.
2. Бреховских Л.М., Гончаров В.В. Введение в механику сплошных сред.- М.: Наука, 1982. |