Смешение урана ультразвуком

29.05.2018
При перемешивании в жидких средах в последнее время все чаще и чаще стали использовать смешение ультразвуком, отличающееся от других способов тем, что вся подводимая при этом энергия практически полностью передается перемешиваемым жидкостям. Небольшие затраты мощности на обработку единицы объема жидкости и простота конструкции устройств для смешения ультразвуком делают этот способ перемешивания весьма эффективным при использовании в таких процессах, как экстракция, выщелачивание, кристаллизация и т. д.

Известно, что ультразвуковые колебания интенсифицируют диффузионные гетерогенные процессы в большей степени, чем механическое перемешивание.

При использовании ультразвука для перемешивания решающую роль играют явления кавитации и турбулизации потоков. При ультразвуковых колебаниях в жидкости нарушается сплошной характер ее потока, образуются пустоты — кавитационные пузырьки — которые, перемещаясь в потоке жидкости, захлопываются. При этом возникают большие мгновенные давления (до сотен атмосфер), приводящие к интенсивному перемешиванию жидкости в аппарате.

Интенсивность ультразвука обычно выражают в ваттах на 1 см2 площади сечения, перпендикулярного фронту звуковой волны. Для возникновения кавитации необходимо, чтобы интенсивность ультразвуковых колебаний превышала 0,03 вт/см2. При перемешивании взаимно нерастворимых жидкостей наилучшие результаты дает интенсивность ультразвука около 10 вт/см2 и частота колебаний в пределах 10—100 кгц.

Мощные ультразвуковые колебания в жидкости можно получить с помощью гидродинамического вибратора, действие которого основано на том, что при вытекании струи жидкости из щели на тонкую пластину создается периодическое повышение давления вследствие вихрей, попеременно возникающих с обеих сторон пластины (рис. 2.4).

Частота колебаний пластины возрастает с увеличением скорости потока жидкости, давлением которого она приводится в движение, и с уменьшением расстояния между торцом пластины и выходным отверстием сопла, из которого выходит жидкость. Пластина имеет обычно прямоугольную формуй крепится либо в двух узловых точках, либо кон-сольно. В последнем случае она зажимается у одного конца, а второй конец вибрирует под действием струи жидкости.

Для случая консольного закрепления пластины частоту ее колебаний можно подсчитать по формуле

где t — толщина пластины, см; l — длина пластины, см; E — модуль упругости, дин/см2; p — плотность, г/см3.

Мощность, создаваемая вибратором, определяется из уравнения

где W — мощность, вт; P — давление, атм; V — количество жидкости, вытекающей из сопла, см3/сек.

Обычно струя жидкости ударяется в острие пластины со скоростью 40—60 м/сек, заставляя последнюю вибрировать с частотой около 20 кгц. При этом максимальное давление, определяемое размером сопла, составляет от 10 до 17 ати.

Мощность, расходуемая на смешение ультразвуком, невелика. Так, известны смесители производительностью 1,5 м3/ч, работающие от электродвигателя мощностью 2 л. с. Более высокую производительность можно достигнуть установкой нескольких параллельных звуковых излучателей.

Для получения ультразвуковых колебаний используются также магнитострикционные и пьезоэлектрические преобразователи (см. рис. 2.4).
Смешение урана ультразвуком

Действие магнитострикционного преобразователя основана на том, что стержень, помещенный в переменное высокочастотное поле соленоида изменяет свои размеры в такт с высокочастотными колебаниями, а его концы при этом излучают упругие ультразвуковые волны. Вибратор (стержень) изготовляют из сплава железа с никелем и кобальтом и выполняют обычно в виде пластин, подобно сердечнику трансформатора. Для возбуждения таких излучателей используют высокочастотные генераторы с выходной мощностью более 1,25 квт, и с регулируемой частотой в пределах 10—400 кгц.

Пьезоэлектрические преобразователи основаны на использовании пьезоэлектрического эффекта некоторых кристаллов (сегнетова соль, титанат бария и др.), которые деформируются под действием внешнего электрического поля, совершая колебания в соответствии с изменением величины последнего.

Наиболее распространены при перемешивании в жидкой среде гидродинамические и магнитострикционные преобразователи. Регулируя время воздействия ультразвука на жидкости, получают необходимое смешение.

Преобразователи монтируют обычно непосредственно в том сосуде, где производится перемешивание. При использовании гидродинамического преобразователя насос непрерывно нагнетает жидкости или их смесь в аппарат через сопло, на выходе из которого установлена стальная пластина. Отсутствие больших срезающих усилий у вибрирующей пластины позволяет перемешивать как осветленные растворы, так и взвеси. При этом кожух аппарата играет роль резонатора, отражая обратно в жидкость рассеивающую волновую энергию.

В некоторых конструкциях ультразвуковых смесителей пластина установлена внутри небольшого бачка, куда подаются смешиваемые жидкости. В этих условиях обеспечивается прохождение всей массы обеих жидкостей через бурлящую зону кавитации у пластины, что увеличивает эффективность перемешивания. Смесь, выходящая из промежуточного бачка, поступает далее непосредственно в корпус аппарата, а затем уже покидает его.

При использовании магнитострикционного преобразователя обычно применяют насосы для рециркуляции жидкости с целью увеличения эффективности перемешивания.