RU2704419C1 - Вихревое соноплазмохимическое устройство - Google Patents
Вихревое соноплазмохимическое устройство Download PDFInfo
- Publication number
- RU2704419C1 RU2704419C1 RU2018137473A RU2018137473A RU2704419C1 RU 2704419 C1 RU2704419 C1 RU 2704419C1 RU 2018137473 A RU2018137473 A RU 2018137473A RU 2018137473 A RU2018137473 A RU 2018137473A RU 2704419 C1 RU2704419 C1 RU 2704419C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fluid flow
- vortex
- plasma
- water
- sonoplasmochemical
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 8
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 4
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 abstract description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000013535 sea water Substances 0.000 abstract description 3
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000249 desinfective effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004887 air purification Methods 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 5
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005495 cold plasma Effects 0.000 description 2
- 230000002301 combined effect Effects 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 2
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 2
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 244000052616 bacterial pathogen Species 0.000 description 1
- 238000002306 biochemical method Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 238000006385 ozonation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000005393 sonoluminescence Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- ZFXYFBGIUFBOJW-UHFFFAOYSA-N theophylline Chemical compound O=C1N(C)C(=O)N(C)C2=C1NC=N2 ZFXYFBGIUFBOJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Physical Water Treatments (AREA)
Abstract
Изобретение относится к вихревому соноплазмохимическому устройству для обработки жидких сред, которое может быть использовано, например в системах кондиционирования воды для обеззараживания водопроводной, морской и сточных вод. Устройство содержит корпус, входной патрубок, резонаторные камеры с вакуумной зоной, выполненные с возможностью закручивания в них потока жидкости и генерирования упругих колебаний, распространяющихся по направлению потока жидкости, обеспечивая кавитацию в потоке жидкости, трубчатые анод и катод, входные штуцера для подачи газовой смеси и выходное сопло. Изобретение обеспечивает комбинированное воздействие на жидкие среды сопровождающих ультразвуковую кавитацию эффектов и присущих плазме специфических свойств. 1 ил.
Description
Устройство относится к физико-химическим инструментам плазмохимических технологий, а также к экологии и может быть использовано, например, в системах кондиционирования воды, в частности, для обеззараживания водопроводной, морской и сточных вод.
Цель создания устройства - расширение возможностей плазмохимических технологий, включая соноплазменные технологии, используемые в основном для осуществления гетеро-фазных процессов, и в том числе для решения важной и актуальной задачи - обеззараживания водопроводной, морской и сточных вод.
Предлагаемое устройство - соноплазмохимический реактор, обеспечивающее достижение поставленной цели, характеризуется тем, что включает комбинацию взаимно адаптированных вихревого гидроакустического излучателя и трубчатого плазмохимического реактора, что позволяет получить синергичную эффективность, за счет мощной кавитации в вихревом потоке, проходящем через трубчатый плазмохимический реактор.
Известно, что плазмохимические процессы высокопроизводительны, при почти полной необратимости протекающих реакций. Одной из важных областей применения плазмохимии, является технология обеззараживания воды, поскольку взаимодействие активных частиц плазмы с вредными химическими соединениями или микроорганизмами приводит к их разрушению.
В настоящее время известно множество методов очистки и обеззараживания воды: механическая фильтрация, биохимические методы, химические методы, озонирование, акустическая, ультрафиолетовая, электроимпульсная, рентгеновская обработка, воздействие ударными волнами. Одними из перспективных методов водоподготовки и очистки сильнозагрязненных сточных вод являются методы, основанные на плазмохимических процессах в жидко-газовых средах. (Абрамова А.В., Булычев Н.А., Градов О.М. и др. Воздействие плазмы на биологические объекты в жидкофазных средах. «Перспективные материалы и технологии». Витебск, 2011; Patent WO 2014182715A1, 2013; Булычев А., Казарян Н.А., Чернов М.А., и др. Воздействие плазменного разряда в жидкости на микробиологические объекты и создание технологии плазменной стерилизации воды. Альтернативная энергетика и экология. 2013. №5 (126), ч. 2. - С. 114-119; Patent US 7067204 В2, Chinese ZL 03807461.3, Korean 10-2004-7015057).
Несмотря на некоторые успехи, достигнутые при испытаниях, холодная плазменная обработка воды не получила распространения на практике, поскольку источники холодной плазмы технически сложно и экономически невыгодно масштабировать.
Существенно повышает эффективность плазменной обработки комбинация вышеупомянутого способа с ультразвуком, генерируемым, в частности, несложными в исполнении, относительно недорогими и хорошо зарекомендовавшими себя гидроакустическими преобразователями (Саруханов Р.Г., Пучков В.В., Шибуня В.С и др., АС 1251962, АС 1732531, АС 1472433, АС 1550713, АС 1480215, АС 1494317 АС 1034790, RU 2651197, RU 2467956).
Известно, что гидроакустические преобразователи, излучающие широкополосный спектр акустических колебаний, в ряде случаев предпочтительнее моно-частотных пьезоэлектрических и/или магнито-стрикционных излучателей ультразвука. В частности, импульсный вихревой гидроакустический излучатель весьма эффективен для интенсификации технологических процессов в жидкостях, за счет того, что жидкая среда, поступая в вихревые камеры, испытывает действие изменяющихся во времени центробежных сил, вследствие чего реализуется импульсный режим генерации и повышается амплитуда колебаний частиц в жидкости (Саруханов Р.Г., и др. SU 1579580 A1, 1983). Известно также, что комбинированное (сочетанное) действия различных физических факторов часто оказывается весьма эффективным при воздействии на ряд физико-химических процессов (Акопян В.Б., Ершов А.Ю. Ультразвук в медицине, ветеринарии и экспериментальной биологии). - М: «ЮРАЙТ». 2016, 223 с).
Эффективность соноплазменных процессов убедительно доказана, однако, лишь в лабораторных условиях на малопроизводительных лабораторных установках (S. Nomura, Н. Toyota Sonop lasma generated by a combination of ultrasonic waves and microwave irradiation Appl. Phys. Lett. 2003, 83, 4503; A. Zolezzi-Garreton, О Abramov, V. Abramov US 20100039036 A1, 2008; S. Mukasa, S. Nomura, H. Toyota, Measurement of Temperature in Sonoplasma Japanese Journal of Applied Physics 2004 43, 1, 5B; A. Zolezzi-Garreton P. n: 20150139853, 20160272518; P. Cintas, S. Tagliapietra, M. Caporaso et al., Enabling technologies built on a sonochemical platform: Challenges and opportunities, Ultrasonics Sonochemistry 2015, 25, Pp 8-16;. Абрамов O.B, Абрамов B.O., Андрианов Ю.В., и др., Соноплазменный разряд в жидкой фазе, Материаловедение, 2009, 2, 143, с. 57; Абрамов В.О., Андриянов Ю.В., Кистерев Э.В., и др. Плазменный разряд в кавитирующей жидкости, Инженерная физика, 2009, 8, с. 34.). Сообщалось даже о возможности термоядерных реакций с излучением холодных нейтронов в поле мощного ультразвука (Taleyarkhan R.P., West C.D., Cho J.S., et al. Evidence for Nuclear Emissions During Acoustic Cavitation. Science 2002, 295, 1868; M. Sato, H. Sugai, T. Ishijima, at al. Condition of Multibubble Sonofusion and Proposal of Experimental Setup, arXiv:physics/0508191), так и не получивших достоверного подтверждения (Shapira D., Saltmarsh М., Nuclear Fusion in Collapsing Bubbles-Is It There? An Attempt to Repeat the Observation of Nuclear Emissions from Sonoluminescence, Phys. Rev. Lett. 2002, 89, 10, 104302).
Предлагаемое изобретение - соноплазмохимический реактор - характеризуется тем, что включает комбинацию взаимно адаптированных вихревого гидроакустического излучателя и трубчатого плазмохимического реактора, что позволяет получить синергичную эффективность, за счет мощной кавитации в вихревом потоке, проходящем через трубчатый плазмохимический реактор.
Устройство легко масштабируемо, например, организацией параллельных потоков.
Устройство включает: входной патрубок (1), в корпусе вихревого устройства (2), резонаторные камеры (3) с вакуумной зоной (4), трубчатые анод и катод (5), выходное сопло (6), входные штуцера для подачи газовой смеси (7), отверстия в трубчатых катоде и аноде (8).
Устройство функционирует следующим образом:
Жидкая среда поступает по каналу 1 в корпусе соноплазмохимического вихревого устройства 2 в вихревые резонаторные камеры (3) с вакуумной зоной (4), в которых поток закручивается. Вихревое движение в эллипсоидальных вихревых камерах характеризуется ускорениями потока у стен вихревых камер с меньшей кривизной, то течение рабочей среды оказывается сильно турбулизированным и нестационарным. При этом камеры 3 периодически заполняются рабочей средой и опорожняются, генерируя при этом упругие колебания, распространяющиеся по направлению потока. В результате, постоянно и резко меняющиеся по величине и направлению скорости и градиенты скоростей в потоках жидкости в резонансных камерах обуславливают импульсный режим генерации колебаний, зависящий, в том числе и от кривизны поверхностей вихревых камер определяющих структуру и анизотропию поля скоростей и давлений.
В результате функционирования устройства, поток жидкости направляется по каналу (1) в корпусе соноплазмохимического вихревого устройства (2) в вихревые резонаторные камеры (3) с вакуумной зоной (4), расположенные на входе устройства, в жидкости возникает кавитация и в промежуток между электродами (5), попадает поток кавитирующей жидкости, совершающей, к тому же вихревое движение. Дополнительно, через отверстия (8), поступающий через входные штуцеры (7) для подачи газовой смеси газ, обеспечивает увеличение количества кавитирующих пузырьков. В электрическом поле, такие кавитационные пузырьки, несущие поверхностный заряд (Сиротюк М.Г., Акустическая кавитация, М. Наука, 2008), выстраиваются в цепочки, образуя множество микроканалов в промежутке между электродами, облегчая электрический пробой и поддерживая электрический разряд, сходный по своим свойствам с аномальным тлеющим разрядом (Химическая энциклопедия, 1992). Такой разряд с развитой поверхностью микроканалов приводит к увеличению диффузионных потоков химически активных частиц из плазмы в жидкость, ускоряя технологические процессы, в частности разрушая биомакромолекулы, включая вирусы, и подавляя жизнеспособность отдельных клеток, в том числе болезнетворных бактерий. Обработанная в вихревом соноплазмохимическом устройстве вода покидает устройство через сопло (6).
Следует отметить, что трубчатая конструкция устройства, объединенная с гидроакустическим преобразователем, легко масштабируема вплоть до промышленных размеров, в частности, увеличением числа параллельных потоков.
Как следует из вышеприведенного, совокупность отличительных признаков заявленного устройства обеспечивает комбинированное воздействие на жидкие среды, движущиеся с высокими градиентами скоростей в потоке, и мощных импульсов давления, создаваемых кавитационными пузырьками, в купе с влиянием порождаемой между электродами плазмой.
В результате проведенного анализа уровня техники, источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного устройства, не обнаружен, следовательно, заявленное устройства соответствует условию "новизна".
Дополнительный поиск известных решений показал, что заявленное устройство не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку предложенное техническое решение обладает свойствами, обеспечивающими сочетанное действие сопровождающих ультразвуковую кавитацию эффектов и присущих плазме специфически свойств. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию «изобретательский уровень».
Для заявленного технического решения в том виде, как оно охарактеризовано в изложенной формуле устройства, нет препятствий для его реализации с получением вышеуказанного результата. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию "промышленная применимость".
Предлагаемое устройство создает необходимое разнообразие, обеспечивая возможность оптимального выбора устройств для интенсификации ряда процессов, в том числе и обеззараживания водопроводной, морской и сточных вод.
Claims (1)
- Вихревое соноплазмохимическое устройство для обработки жидких сред, содержащее корпус, входной патрубок, расположенные на входе устройства резонаторные камеры с вакуумной зоной, выполненные с возможностью закручивания в них потока жидкости, а также с возможностью периодического заполнения рабочей средой и опорожнения, и генерирования упругих колебаний, распространяющихся по направлению потока жидкости, обеспечивая кавитацию в потоке жидкости, трубчатые анод и катод, в промежуток между которыми попадает поток кавитирующей жидкости, совершающей вихревое движение, входные штуцера для подачи газовой смеси, при этом трубчатые анод и катод выполнены с отверстиями для поступающей через входные штуцера газовой смеси, которая обеспечивает увеличение количества кавитирующих пузырьков, и выходное сопло.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018137473A RU2704419C1 (ru) | 2018-10-24 | 2018-10-24 | Вихревое соноплазмохимическое устройство |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018137473A RU2704419C1 (ru) | 2018-10-24 | 2018-10-24 | Вихревое соноплазмохимическое устройство |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2704419C1 true RU2704419C1 (ru) | 2019-10-28 |
Family
ID=68500843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018137473A RU2704419C1 (ru) | 2018-10-24 | 2018-10-24 | Вихревое соноплазмохимическое устройство |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2704419C1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1579580A1 (ru) * | 1988-09-29 | 1990-07-23 | Центральное Экспериментальное Конструкторско-Технологическое Бюро "Промтеплица" | Импульсный вихревой генератор |
| US20100039036A1 (en) * | 2008-05-13 | 2010-02-18 | Research And Innovation Inc. | Initiation method for abnormal glow plasma discharge in a liquid-phase medium and apparatus for its implementation |
| RU2451715C1 (ru) * | 2011-03-24 | 2012-05-27 | Николай Васильевич Столбов | Способ и установка плазмотермической переработки углеродсодержащих промышленных и сельскохозяйственных отходов для получения плазмогаза |
-
2018
- 2018-10-24 RU RU2018137473A patent/RU2704419C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1579580A1 (ru) * | 1988-09-29 | 1990-07-23 | Центральное Экспериментальное Конструкторско-Технологическое Бюро "Промтеплица" | Импульсный вихревой генератор |
| US20100039036A1 (en) * | 2008-05-13 | 2010-02-18 | Research And Innovation Inc. | Initiation method for abnormal glow plasma discharge in a liquid-phase medium and apparatus for its implementation |
| RU2451715C1 (ru) * | 2011-03-24 | 2012-05-27 | Николай Васильевич Столбов | Способ и установка плазмотермической переработки углеродсодержащих промышленных и сельскохозяйственных отходов для получения плазмогаза |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101952207B (zh) | 液体处理系统 | |
| Tran et al. | Sonochemical techniques to degrade pharmaceutical organic pollutants | |
| KR101620643B1 (ko) | 가스 처리 장치 및 방법 | |
| Adewuyi | Sonochemistry in environmental remediation. 1. Combinative and hybrid sonophotochemical oxidation processes for the treatment of pollutants in water | |
| US8268136B2 (en) | Electrohydraulic and shear cavitation radial counterflow liquid processor | |
| US20160346758A1 (en) | Systems and methods for processing fluids | |
| US8906242B2 (en) | Transportable reactor tank | |
| Keil et al. | Reactors for sonochemical engineering-present status | |
| Xu et al. | Effects of operational conditions on 1, 4-dioxane degradation by combined use of ultrasound and ozone microbubbles | |
| JP2002172389A (ja) | 有機性廃液の超音波処理装置 | |
| US8968577B2 (en) | Process for treating fluids | |
| Kerboua et al. | Sonochemistry for water remediation: toward an up‐scaled continuous technology | |
| RU2704419C1 (ru) | Вихревое соноплазмохимическое устройство | |
| KR101217167B1 (ko) | 초음파를 이용한 약품 교반장치 | |
| JP6327789B2 (ja) | 超音波反応装置 | |
| Kuimov | Theoretical and experimental investigation of cavitation number limits | |
| WO2000058224A1 (en) | Reactor for cleaning and disinfection of aquatic media | |
| JP2010012443A (ja) | 超音波処理装置 | |
| CN101535188A (zh) | 利用超声波振动的能量活化装置 | |
| Mukesh et al. | Sonochemical degradation of volatile and non-volatile compounds | |
| Malyushevskaya et al. | Mechanism and Synergy Effect of the Hybrid Water Disinfection Process Using Electric Discharges Combined with Chlorination | |
| Merouani et al. | The sonochemical process: an overview | |
| RU225617U1 (ru) | Устройство для доочистки сточных вод от трудноокисляемых органических загрязняющих веществ | |
| Mason | The design of ultrasonic reactors for environmental remediation | |
| JP2005230728A (ja) | 排水処理装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201025 |