PL160668B1

PL160668B1 - plynu zawartych w nim substancji PL

Info

Publication number: PL160668B1
Application number: PL1988272541A
Authority: PL
Inventors: Wolfgang Stuckart
Original assignee: Wolfgang Stuckart
Priority date: 1987-05-19
Filing date: 1988-05-18
Publication date: 1993-04-30
Also published as: US5164094A; CN1037463A; AU1726288A; ES2027423T3; EP0292470A1; NO890219D0; NO171539B; ATA126987A; JPH02503528A; GR3003471T3; WO1988009210A1; AT389235B; NO171539C; PL272541A1; EP0362233A1; ATE68369T1; DE3865526D1; EP0292470B1; RU2067079C1; NO890219L

Abstract

1. Sposób wydzielania z plynu zawartych w nim substancji za pom oca flokulacji, stracania, aglomeracji lub koagulacji substancji lub mikroorganizmów rozpu szczonych w plynie, koloidalnie zawieszonych lub em ul gowanych, przy czym plyn z tymi substancjami lub m ikroorganizm am i, które nalezy oddzielic, poddaje sie w przeplywie dzialaniu pola fal ultradzwiekowych, tworza cych pole fal stojacych, które powoduja zgromadzenie sie czastek w zakresie wezla fali lub w zakresie strzalki pola fal ultradzwiekowych i w ten sposób zebrane czastki oddziela sie od plynu przez sedymentacje, znamienny tym, ze plyn zawierajacy substancje lub mikroorganizmy kieruje sie przez jedno lub kilka pól ultradzw iekow ych,.. 18. Urzadzenie do wydzielania z plynu zawartych w nim substancji, z komora do nadzwiekowienia, przez która przepuszcza sie plyn przeznaczony do obróbki, a komora ta ma przetworniki ultradzwiekowe umiesz czone na scianach, które tworza w komorze do nadzwie- kowienia pole fal ultradzwiekowych, która ma nastepnie jedna lub kilka kom ór osadnikowych, w których najgleb szych miejscach przewiduje sie urzadzenia odbierajace dla zebranych czasteczek, znamienne tym, ze komore urzadzenia stanowi zbiornik (8), który posiada na scianie bocznej (13) równoleglej do poziomego kierunku przep lywu plynu (6) co najmniej jeden przetwornik dzwiekowy (4) i na przeciwleglej bocznej scianie (14) reflektory dzwiekowe (12) i na którego dnie (7) znajduje sie co najmniej jeden osadnik (9) w postaci lejka zbierajacego, który od góry ograniczony jest przeslona (11). FIG la PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wydzielania z płynu zawartych w nim substancji oraz urządzenie do wydzielania z płynu zawartych w nim substancji.

Wynalazek dotyczy sposobu flokulcji, strącania, aglomeracji lub koagulacji substancji lub mikroorganizmów rozpuszczonych w płynie koloidalnie zawieszonych lub emulgowanych oraz do oddzielenia tych substancji lub mikroorganizmów z płynu, przy czym płyn z tymi substancjami lub mikroorganizmami, które należy oddzielić, poddany jest działaniu pola fal ultradźwiękowych tworzących pole fal stojących w przepływie,· które powodują zgromadzenie się cząstek, które należy oddzielić w zakresie węzła fali lub w zakresie strzałki pola fal ultradźwiękowych i ' w ten sposób zebrane cząstki zostają oddzielone od płynu przez sedymentację.

Aby zawieszone cząstki lub mikroorganizmy, które również mogą być mikroskopijnych wymiarów, można było w odpowiednio krótkim czasie oddzielić od płynu przy pomocy sedymentacji lub filtracji, muszą się te cząstki połączyć w większe cząstki lub muszą być naniesione na większe cząstki. W systemie dyspersyjnym mogą być umożliwione procesy koagulacyjne poprzez redukcję elektrostatycznych ładunków powierzchni cząstek (odstabilizowanie) i poprzez doprowadzenie energii kinetycznej (transport).

Znana jest z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki Północnej nr 4055491 metoda wyżej wymieniona, w której zawieszone w płynach cząstki - poprzez to, że ten płyn poddany jest działaniu pola fal ultradźwiękowych - tworzą zawiesiny i zawiesina ta zostaje potem oddzielona od płynu.

Znany jest sposób rodzaju wymienionego na wstępie z francuskiego opisu patentowego nr FR-A-828 204, w którym płyn przeznaczony do obróbki wprowadza się w kierunku przepływu równoległym do kierunku rozchodzenia się fal pola fal ultradźwiękowych poprzez rurowy zbiornik obróbkowy. Płyn przeznaczony do obróbki musi w taki sposób przepływać przez utworzone dzięki polu fal ultradźwiękowych skupiska oddzielonych cząstek, przy czym strumień dąży do zabrania znów tych cząstk ze sobą, to przeciwdziała pożądanemu oddzielaniu cząstek od płynu, aby te straty nadrobić wymagane są większe 'dopływy energii i nakłady konstrukcyjne.

Dalej znane są oisy patentowe Wielkiej Brytanii nrGB-A-2 098498; GB-A-713 272, w których przepływający przez przewód lub zbiornik płyn poddawany jest działaniu pola ultradźwiękowego, które rozchodzi się poprzecznie do kierunku przepływu płynu, zatem cząstki które znajdują się w płynie i powinny zostać oddzielone wydzielone zostają w kierunku poprzecznym do strumienia płynu i w bok w stosunku do niego. Cząstki muszą zatem pokonać stosunkowo dużą drogę w polu ultradźwiękowym porzecznie do przepływu strumienia i osiąga się przez to stosunkowo niewielką wydajność wydzielania, względnie w płynie po parywacji pola ultradźwiękowego znajduje się jeszcze relatywnie dużo cząstek.

Celem omawianego wynalazku jest stworzenie sposobu takiego postępowania, aby z płynów w możliwie skuteczny sposób w zwyczajnym i oszczędnym w energię procesie - szczególnie z wody w celu oczyszczenia oraz z zawiesiny otrzymać lub odzyskać surowce i mikroorganizmy. Możliwe ma być również otrzymanie drobnoziarnistego węgla z zawiesin zawierających węgiel, również wtedy, gdy zawiesiny te zawierają inne pierwiastki.

Płyn zawierający substancje i mikroorganizmy skierowany jest w przepływie przebiegającym w przybliżeniu pod kątem prostym do poziomego kierunku rozchodzenia się fali ultradźwiękowej przez jedno lub kilka pól fal stojących ultradźwiękowych, przy czym częstotliwość ultradźwiękowa f jest większa od jednej siódmej częstotliwości granicznej fo, przy czym korzystny jest zakres częstotliwości leżącej powyżej częstotliwości granicznej fo - fo (Hz) = 0,4775 n/R², gdzie n oznacza kinetyczną lepkość płynu w m2/s, zaś R - aktywny promień cząstki w m.

Aktywny promień cząstki R jest przy cząstkach kulistych taki sam jak ich promień, zaś w cząstkach o innym kształcie R jest promieniem cząstki kulistej tego samego materiału, która ma ten sam opór przepływu w oscylowanym płynie.

Przy małym zapotrzebowaniu energii otrzymuje się szybką koagulację lub zgromadzenie substancji. Przewidziany odpowienio dobór częstotliwości ultradźwiękowej i specjalna kombinacja kierunku rozchodzenia się fali i kierunku przepływu mają tutaj bardzo ważny wpływ.

Uzyskuje się stojące pole fal, w którym powierzchnie, na których zbierają się cząstki przebiegają zasadniczo w kierunku przepływu i może następować także wydzielanie przez sedymentację cząstek ze skupisk cząstek w sposób ciągły. Powstają zatem aglomeraty w obszarze powierzchni, które przebiegają w odległości wzajemnej równej połowie długości fali ultradźwiękowej w odpowiednim płynie i prostopadle do rozchodzenia się fali, przy czym aglomeraty są tak duże, że mogą zostać wydzielone od płynu drogą sedymentacji.

Tworzenie pola stających fal ultradźwiękowych może być w prosty sposób realizowane, że pobudzone zostają piezoelektryczne elektroakustyczne przetworniki o cząstotliwości rezonansowej lub o częstotliwości odpowiadającej częstotliwości jednej z nieparzystych fal harmonicznych przestrzeni tworzącej rezonator, tak że tworzy się w tej przestrzeni pole fal ultradźwiękowych, przy czym jako rezonator należy rozumieć pakiet wszystkich badanych ultradźwiękami warstw akustycznych łącznie z tymi powierzchniami, na których fale dźwiękowe są odbijane.

Wiadomo, że ciśnienie fali dźwiękowej przenosi cząstki na powierzchnię maksymalnej prędkości pola ultradźwiękowego, a więc na te miejsca, na których odchylenie molekuł wodnych jest największe. Jeśli częstotliwość ultradźwiękowa przekroczy pewną określoną częstotliwość graniczną to wtedy cząstki poddają się minimalnie drganiom wody. Przy maksymalnej prędkości pola panuje maksymalny ruch względny między cząstkami i oscylującą wodą. Molekuły wodne przekraczają okresowo powierzchnię maksymalnej prędkości pod kątem prostym z maksymalną prędkością fali dówiękowej. Poprzez zgromadzone cząstki na powierzchni maksymalnej prędkości, które współuczestniczą tylko minimalnie przy drganiu wody, istnieje tam zmniejszenie przenikającego przekroju. Prędkość drgań wody musi się dlatego powiększyć między cząsteczkami i poprzez to powstaje tam automatycznie (przy zachowaniu energii całkowitej) miejscowe zmniejszenie ciśnienia między cząstkami. To względne podciśnienie między cząstkami powoduje ich wzajemne przeciąganie się, które używa się do koagulacji cząstek.

Poza tym jest również korzystne, gdy płyn kieruje się przez pole lub pola ultradźwiękowe w przepływie laminarnym.

Jeśli zawiesina płynie przez pole ultradźwiękowe, zatrzymywane są tam i aglomerowane cząstki, podczas gdy oczyszczony płyn opuszcza pole dźwiękowe. Do odbioru aglomeratów można przeznaczyć pomieszczenie do osadzania się, które jest usytuowane poniżej przestrzeni, w której rozchodzą się fale dźwiękowe. Dzięki poziomemu kierunkowi rozprzestrzeniania się dźwięku cząstki zbierają się w płaszczyznach poziomych, łącząc się w aglomeraty i odpadają pod działaniem siły ciężkości do pomieszczenia do osadzania się.

W korzystnym przykładzie wykonania płyn w stojącym polu ultradźwiękowym - które utworzone jest między dwoma równoległymi i naprzeciwko siebie leżącymi przetwornikami ultradźwiękowym - zostaje w przepływie pziomym poddany działaniu fal ultradźwiękowych. Można w ten sposób w bardzo prosty sposób doprowadzić skupiska substancji zawartych w płynie na powierzchnie w polu ultradźwiękowym i zyskać proste i skuteczne oddzielanie za pomocą siły ciężkości.

Inny przykład wykonania przewiduje, że płyn zostaje podany działaniu dwóch pól ultradźwiękowych, które przestrzennie przecinają się w przestrzeni, w której rozchodzą się fale ultradźwiękowe i pola te jednocześnie lub na przemian oddziaływują na płyn, przy czym użyte zostają dwa płaskie pola ultradźwiękowe, które przecinają się pod kątem prostym, przy czym linie przecięcia powierzchni węzła fal przebiegają równolegle do kierunku przepływu płynu. Szczególna zaleta tego przykładu wykonania polega na tym, że cząstki rozmieszczają się w liniach i poprzez to koncentrują się w wiele wyższym stopniu niż przy jednowymiarowym poddaniu działaniu ultradźwięków. Linia, na których zbierają się cząstki odpowiadają przekrojowi powierzchni maksymalnej prędkości obu pól ultradźwiękowych.

Inny korzystny przykład wykonania charakteryzuje się tym, że płyn zostaje poddany działaniu ultradźwiękowych fal w jednym cylindrycznym polu ultradźwiękowym - którego węzły fal leżą na powierzchniach cylindrycznych i współosiowych i przez które przepływa płyn zasadniczo równolegle do geometrycznej osi pola - lub kolejno w kilku takich polach.

Moc drgań elketrycznych, którymi pobudza się przetworniki ultradźwiękowe powinna wynosić korzystnie poniżej 3 watów na cm², przy czym zakres między 0,5 i 2W/cm² jest najkorzystniejszy.

Dopływ energii w m3 zawiesiny w zależności od jej gęstości i elektrostytycznego ładunku powierzchni zawieszonych cząstek powinien wynosić korzystnie od 0,5 do 10 kilowatogodz. (kwh), zwłaszcza od 0,1 do 4 kwh.

160 668

Dla zwiesin ze składnikami mineralnymi jest najkorzystniejsze poddanie działaniu fal ultradźwiękowych o częstotliwości ultradźwiękowej wynoszącej 1/3 fo i 10 fo, przy czym przy stopniowym podziale ziarnistości najkorzystniejsze są częstotliwości 1/2 fo i 4fo, gdzie fo jest cząstotliwością graniczną. Przy zawieszonych substancjach organicznych lub przy substancjach, których gęstość odpowiada w przybliżeniu gęstości cieczy, korzystne jest przeprowdzenie sposobu przy częstotliwości w zakresie od 2fo do 12fo, przy czym zakres między 3fo i 5fo jest najkorzystniejszy.

Przy koagulacji cząstek węgla znajdujących się w wodzie oraz dla ich oddzielenia korzystne są częstotliwości ultradźwiękowe w zakresie od 1/2 fo do 10 fo, przy czym szczególnie intensywne tworzenie się zawiesiny następuje dla zakresu między 1 fo i 4fo.

Dla koagulacji zawartych substancji o większej gęstości, na przykład pyłu metalowego, używa się korzystnie cząstotliwości ultradźwiękowych w zakresie o 1/7 fo do 10 fo, przy czym biorąc pod uwagę gospodarcze użycie energii, korzystnie stosuje się zakres od 1/6 fo do 1/2 fo.

Przy powiększeniu się koagulatów zwiększa się ich promień R, zaś zależna od tego promienia cząstotliwość graniczna fo zmniejsza się. W niektórych przypadkach jest korzystne zastosowanie oddziaływania fal ultradźwiękowych w dwóch lub więcej stopniach ze zmniejszającą się częstotliwością. Aglomeraty tworzące się w pierwszym stopniu mogą się łączyć dalej w następnych stopniach. Promień R aglomeratów może zwiększać się maksymalnie do wartości równej 1/4 długości fali ultradźwiękowej.

Znacznie szybszą koagulację można otrzymać stosując do przeprowadzenia sposobu według wynalazku modulowane fale ultradźwiękowe. Szczególnie korzystna okazała się modulacja amplitudowa o częstotliwości 20 kHz, przy czym jako sygnał modulujący można użyć sygnały o przebiegu sinusoidalnym i prostokątnym.

Niezależnie od modulacji korzystne jest przeprowadzenie sposobu według wynalazku z przerwami.

Często używa się węgla aktywowanego lub innych substancji o powierzchni czynnej, jak przykładowo niektóre glinki, jako środowisko adsorpcyjne dla substancji zawartych w płynie, które mogą być również rozpuszczone. Wprowadzenie środka adsorpcyjnego w postaci proszku powoduje wewnętrzne zmieszanie się z płynem i umożliwia przez to krótkie okresy styku, poprzez co unika się procesów desorpcji. Przy poddaniu płynu działaniu pola fal ultradźwiękowych według wynalazku oddziela się algomerowane cząstki od płynu za pomocą sedymentacji. Poza tym oddziaływanie fal ultradźwiękowych sprzyja zbieraniu się zawartych w płynie substancji na środku adsorpcyjnym.

Dla ułatwienia wzajemnego zbliżania się cząstek korzystnie jest, gdy ewentualnie istniejące elektrostatyczne ładunki powierzchniowe cząstek zmniejsza się lub zneutralizują się poprzez dodanie środków koagulujących. Do podniesienia mechanicznej stabilności aglomeratów można dodać polimery jako środki pomocnicze koagulujące.

Poprzez dodatek oleju w ilości do 5% można poprawić osadzanie się węgla w wodzie poprzez tworzenie się większych i stabilniejszych „kłaczków.

Wynalazek ten dotyczy również urządzeń do przeprowadzenia sposobu według wynalazku.

Korzystny przykład wykonania urządzenia według wynalazku, które zawiera zbiornik, w którym płyn zostaje poddany działaniu fal ultradźwiękowych i który służy do wydzielania z płynu zawartych w nim substancji, z komorą do nadźwiękowienia, przez którą przepuszcza się płyn przeznaczony do obróbki, a komora ta ma przetworniki ultradźwiękowe umieszczone na ścianach, które tworzą w komorze do nadźwiękowienia pole fal ultradźwiękowych, które ma następnie jedną lub kilka komór osadnikowych, w których najgłębszych miejscach przewiduje się urządzenie odbierające dla zebranych cząsteczek charakteryzuje się tym, że zbiornik urządzenia utworzony jest jako zbiornik do obróbki ultradźwiękami, który posiada na równoległej ścianie do poziomego kierunku przepływu płynu jeden lub kilka przetworników ultradźwiękowych i na ścianie przeciwległej reflektory dźwiękowe i w którym spód zbiornika zawiera co najmniej jedną stożkową komorę osadnikową, która ograniczona jest korzystnie przez przesłony przepływu. Rozprzestrzenienie się fal dźwiękowych następuje poziomo i prostopadle do kierunku przepływu płynu. Na obu ścianach bocznych prostopadłych do kierunku przepływu znajduje się doprowadzenie i odporowadzenie płynu. Przesłony przepływu, które oddzielają osadniki od zbiornika wykonane są w postaci

160 668 poziomej przesłony w kształtce rusztu kratowego. Za doprowdzeniem i przed odprowadzeniem płynu można umieścić pionową, prostopadłą do kierunku przepływu siarkę uspokajającą. Bezpośrednio przed otworem doprowadzającym i otworem odprowadzającym można umieścić w zbiorniku, w którym działają fale ultradźwiękowe, przesłoną kierującą.

Inne urządzenie do wydzielania z płynu zawartych w nim substancji z komorą do nadźwiękowiania, przez którą przepuszcza się płyn przeznaczony do obróbki, a komora ta ma przetworniki ultradźwiękowe umieszczone na ścianach, które tworzą w komorze nadźwiękwiania pole fal ultradźwiękowych zawiera zbiornik, w którym płyn jest poddawany działaniu fal ultradźwiękowych w postaci prostego cylindra, zbudowanego korzystnie z materiału nie pochłaniającego fal dźwiękowych, do którego wbudowany jest współosiowo cylindryczny, promieniowo drgający przetwornik ultradźwiękowy. Z tego wynika dalsze korzystne ukształtowanie urządzenia, biorąc pod uwagę to, że cylindryczny przetwornik ultradźwiękowy ma kształt rury, przez której wnętrze przepływa płyn. Wspólna oś przetwornika i zbiornika może być pionowa, przy czym płyn kierowany jest najpierw z góry na dół przez rurowe wnętrze przetwornika, a potem na jego dolnym końcu kierowany jest do zewnętrznego zbiornika i przepływa do góry, w tym czasie opadają na dół koagulaty i w ten sposób oddzielają się od płynu.

W innym przykładzie wykonania według wynalazku komora ultradźwiękowa wykonana jest w kształcie prostopadłościanu, w którego wnętrzu wbudowane są dwie płaskie i w stosunku do siebie pod kątem prostym stojące płaskie ścianki, na których umieszczone są grupy przetworników ultradźwiękowych, przy czym ścianki te są równoległe do powierzchni bocznych prostopadłościanu i przecinają się wewnątrz komory ultradźwiękowej dzieląc ją na dwie lub więcej części.

Komora więc może być w ten sposób podzielona przykładowo na cztery części, które mogą mieć różny przekrój poprzeczny tworząc zarówno równoległe jak i połączone w serie drogi przepływu, przy czym w poszczególnych komorach częściowych przepływ może następować w przeciwnych kierunkach.

Inny przykład wykonania wynalazku polega na tym, że w komorze ultradźwiękowej usytuowany jest oddzielacz z równoległych płyt, przez który przepływa płyn poprzez przestrzenie pomiędzy płytami oddzielającymi. Dwie grupy wytworników ultradźwiękowych leżą równolegle do płyt oddzielających, przy czym cały pakiet płyt oddzielających usytuowany jest między przetwornikami ultradźwiękowymi. Grubość płyt oddzielających odpowiada korzystnie parzystej wielokrotności 1/4 długości fali ultradźwiękowej w tych płytach oddzielających, a chropowatość powierzchni nie przekracza 1/10 długości fali ultradźwiękowej. Tak tworzy się pole fal stojących, które porusza się względem przetworników ultradźwiękowych.

Szczególną zaletą sposobu według wynalazku jest to, że cząstki są koagulowane w polu fal ultradźwiękowych i poruszając się w następstwie ruchem pola przekazywane są na płyty oddzielające i osadzają się na nich. Wydajność oddzielająca jest poprzez to o wiele wyższa niż w zwykłych oddzielaczach z płyt równoległych. Obok tych zazwyczaj używanych elektroakustycznych przetworników ultradźwiękowych z piecoceramicznych materiałów mogą być korzystnie stosowane zwłaszcza przy wyższych cząstotliwościach przetworniki ultradźwiękowe z piecoelektrycznych tworzyw sztucznych, na przykład fluorku winylidenu (PVDF). Przy wytwarzaniu takiego przetwornika pokrywa się metalową płytę gładko (bez porów) warstwą polifluorku winylidenu (PVDF). Następnie polaryzuje się tę warstwę i następnie wolną powierzchnię pokrywa się metalem -zwłaszcza złotem.

Przedmiot wynalazkujest u widocznionywprzykładach wykonania na rysunku, na którym fig. la - przykład wykonania wynalazku w przekroju poziomym wzdłuż linii Ia-Ia na fig. Ib, fig. Ib -przykład wykonania w przekroju wzdłuż linii Ib-Ib z fig. la, figura 2a - następny przykład wykonania wynalazku w przekroju pionowym, fig. 2b - przykład wykonania w przekroju wzdłuż linii Ilb-IIb - w rurze wytwarza się współosiowe pole falowe w formie cylindra, fig. 3a - inny przykład wykonania wynalazku w pionowym przekroju, fig. 3b - powyższy przykład wykonania wynalazku w przekroju wzdłuż linii IIIb-IIIb z fig. 3a, fig. 4 - widok perspektywiczny urządzenia według wynalazku w przykładzie wykonania, w którym występuje dwuwymiarowe oddziaływanie fal, zaś fig. 5 - szkic wykonania wynalazku z równoległymi płytami oddzielającymi.

Na fig. la i lb przedstawiona jest komora ultradźwiękowa w postaci zbiornika 8, w jego spodzie 7 są wbudowane osadniki 9, które w najniższym miejscu posiadają zamykające się króćce

160 668 odpływowe. Osadniki 9 w kształcie lejkowatym są oddzielone od zbiornika przesłonami kratowymi 11. Na obu ścianach bocznych 13, 14 zbiornika 8, które leżą równolegle do kierunku 6a przepływu są umieszczone równolegle i naprzeciwko przetworniki ultradźwiękowe 4 i reflektory 12 ultradźwiękowe. Za doprowadzeniem 2 i odprowadzeniem 3 znajdują się przesłony przepływowe 15, 16 i siatka uspokajająca 17, 18. Kierunek 6a przepływu jest prostopadły do kierunku rozprzes trzeniania się fal dźwiękowych. Na fig. 2a i 2b komora ultradźwiękowa jest pojemnikiem 22 w formie prostej, cylindrycznej rury z materiału niepochłaniającego dźwięku. Wbudowany jest do niego współosiowo przetwornik ultradźwiękowy 23 drgający promieniowo. W pojemniku 22 wytwarza się współosiowe, cylindryczne pole ultradźwiękowych fal.

W przykładzie wykonania urządzenia według wynalazku komorę ultradźwiękową stanowi przedstawiony na fig. 3a i 3b pionowy, cylindryczny zbiornik 39, który zakończony jest u dołu osadnikiem w kształcie lejka z zamykającym się króćcem 10 spustowym. Do zbiornika 39 jest wbudowany współosiowo przetwornik ultradźwiękowy 40, przez który przepływa płyn do zbiornika. W górnym końcu zbiornika 39 znajduje się pierścieniowa rynna 41 usytuowana poziomo do zbiornika oczyszczonego płynu. Płyn 6 przepływa najpierw przez przetwornik ultradźwiękowy 40 i następnie płynie po zewnętrznej stronie przetwornika w zbiorniku 39 do góry, po czym odpływa rynną 41.

Na fig. 4 pokazano zbiornik 42 w kształcie prostopadłościanu z wbudowanymi ścianami 43, 44, na których znajdują się przetworniki ultradźwiękowe 4. Ściany 43, 44 są równoległe do ścian bocznych 45, 46,47,48 zbiornika 42 i przecinają się pod kątem prostym. Zbiornik jest podzielony na cztery części 50, 51, 52, 53. Przetworniki ultradźwiękowe tworzą w tych częściach pola fal ultradźwiękowych, które to pola przecinają się pod kątem prostym.

Na fig. 5 przedstawione jest urządzenie posiadające równoległe płyty oddzielające 54 i dwa równoległe przetworniki ultradźwiękowe 4.

6o FIG.5

FIG. 4

FlG.3b

IXb —

FIG. 3α

ΙΧα

- IXb

160 668

FIG.Ib FlG.2a

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 10 000 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wydzielania z płynu zawartych w nim substancji za pomocą flokulacji, strącania, aglomeracji lub koagulacji substancji lub mikroorganizmów rozpuszczonych w płynie, koloidalnie zawieszonych lub emulgowanych, przy czym płyn z tymi substancjami lub mikroorganizmami, które należy oddzielić, poddaje się w przepływie działaniu pola fal ultradźwiękowych, tworzących pole fal stojących, które powodują zgromadzenie się cząstek w zakresie węzła fali lub w zakresie strzałki pola fal ultradźwiękowych i w ten sposób zebrane cząstki oddziela się od płynu przez sedymentację, znamienny tym, że płyn zawierający substancje lub mikroorganizmy kieruje się przez jedno lub kilka pól ultradźwiękowych, w przybliżeniu prostopadle do poziomego kierunku rozprzestrzeniania się fal ultradźwiękowych, przy czym częstotliwość ultradźwiękową f stosuje się większą od 1/7 wartości częstotliwości granicznej fo, korzystnie wyższą od 1/2 wartości częstotliwości granicznej, zaś fo(Hz) — 0,4775 n/R², gdzie n oznacza kinetyczną lepkość płynu w m²/s, R-aktywny promień cząstek w m, przy czym aktywny promień cząstek R jest w cząstkach kulistych taki sam jak ich rzeczywisty promień, zaś w cząstkach o innym kształcie R jest promieniem cząstki kulistej z tego samego materiału, którą stawia oscylującej cieczy ten sam opór przepływu.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że płyn kieruje się przez pole lub pola ultradźwiękowe w przepływie laminarnym.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że płyn znajdujący się w stojącym polu ultradźwiękowym, które tworzy się między dwoma równoległymi i naprzeciwko leżącymi przetwornikami poddaje się w poziomym przepływie działaniu fal ultradźwiękowych.
4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że płyn poddaje się działaniu pól ultradźwiękowych, które przecinają się wewnątrz komory i działają jednocześnie lub na zmianę na płyn, przy czym stosuje się dwa pola fal ultradźwiękowych, które przecinają się pod kątem prostym, zaś linie przecięcia się powierzchni węzłów fal są równoległe do kierunku przepływu płynu.
5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że płyn poddaje się działaniu ultradźwiękowemu w cylindrycznym polu fal ultradźwiękowych, którego węzły fal leżą zasadniczo w cylindrycznych i współosiowych powierzchniach i przez które kieruje się ciecz zasadniczo równolegle do geometrycznej osi pola, przy czym stosuje się co najmniej jedno takie pole.
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że do przetworników ultradówiękowych doprowadza się elektryczne drgania o mocy poniżej 3 W/cm2 powierzchni przetwornika, korzystnie od 0,5-2 W/cm2.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że do płynu doprowdza się energię ultradźwiękową w zakresie od 0,05 do Dkwl^^m³, korzystnie 0,1-4 kwh/m³.
8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że przy składnikach mineralnych stosuje się częstotliwości fal ultradówiękowych w zakresie od 1/3fo do lOfo, zwłaszcza od 1 fo do 4fo.
9. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że przy płynach z substancjami, których gęstość jest podobna do gęstości tego płynu, stosuje się częstotliwości fal ultradźwiękowych w zakresie od 2 fo do 15 fo, zwłaszcza 3 fo i 5 fo.
10. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że do koagulacji częstek węgla, które znajdują się w wodzie, używa się częstotliwości fal ultradźwiękowych od 1/2 fo do 10 fo, zwłaszcza 1 fo - 4fo.
11. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że do koagulacji substancji, których gęstość różni się w dużym stopniu od gęstości płynu, zwłaszcza do koagulacji zawieszonych pyłów metalowych, stosuje się częstotliwości fal ultradźwiękowych od 1/2 fo do 10 fo, zwłaszcza od 1/6 fo do 1/2 fo.
12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że zmniejsza się częstotliwość fal ultradźwiękowych zmienianą stopniowo w procesie działania ultradźwięków na płyn.
13. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że płyn poddaje się działaniu fal ultradźwiękowych z przerwami.

160 668
14. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że przy poddawaniu płynu działaniu fali ultradźwiękowej stosuje się modulowane fale ultradźwiękowe, przy czym stopień modulacji wynosi korzystnie ponad 70%.
15. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że stosuje się falę ultradźwiękową modulowaną z częstotliwością poniżej 20 kHz.
16. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że przed zastosowaniem pola fal ultradźwiękowych dodaje się do płynu sproszkowany środek adsorpcyjny, zwłaszcza węgiel aktywowany.
17. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed zastosowaniem pola fal ultradźwiękowych dodaje się do płynu środki do stącania lub pomocnicze środki do strącania w celu umożliwienia lub poprawienia koagulacji substancji.
18. Urządzenie do wydzielania z płynu zawartych w nim substancji, z komorą do nadżwiękowienia, przez którą przepuszcza się płyn przeznaczony do obróbki, a komora ta ma przetworniki ultradźwiękowe umieszczone na ścianach, które tworzą w komorze do nadźwiękowienia pole fal ultradźwiękowych, która ma następnie jedną lub kilka komór osadnikowych, w których najgłębszych miejscach przewiduje się urządzenia odbierające dla zebranych cząsteczek, znamienne tym, że komorę urządzenia stanowi zbiornik (8), który posiada na ścianie bocznej (13) równoległej do poziomego kierunku przepływu płynu (6) co najmniej jeden przetwornik dźwiękowy (4) i na przeciwległej bocznej ścianie (14) reflektory dźwiękowe (12) i na którego dnie (7) znajduje się co najmniej jeden osadnik (9) w postaci lejka zbierającego, który od góry ograniczonyjest przesłoną (11).
19. Urządzenie do wydzielania z płynu zawartych w nim substancji z komorą do nadźwiękowienia, przez którą przepuszcza się płyn przeznaczony do obróbki, a komora ta ma przetworniki ultradźwiękowe umieszczone na ścianach, które tworzą w komorze do nadźwiękowienia pole fal ultradźwiękowych, która ma następnie jedną lub kilka komór osadnikowych, w których najgłębszych miejscach przewiduje się urządzenia odbierające dla zebranych cząsteczek, znamienne tym, że komora ultradźwiękowa stanowi prostopadłościan (42) z wbudowanymi pod kątem prostym do siebie płaskimi ścianami (43,44), na których znajdują się przetworniki ultradźwiękowe, przy czym ściany (43, 44) są równoległe do ścian bocznych (45, 46, 47, 48) zbiornika (42) i przecinają się, dzieląc zbiornik na części (50, 51, 52, 53).
20. Urządzenie do wydzielania z płynu zawartych w nim substancji z komorą do nadźwiękowienia, przez którą przepuszcza się płyn przeznaczony do obróbki a komora ta ma przetworniki ultradźwiękowe umieszczone na ścianach, które tworzą w komorze nadźwiękowienia pole fal ultradźwiękowych, znamienne tym, że ma zbiornik (22) w kształcie prostego cylindra z materiału niepochłaniającego fal dźwiękowych, do którego wbudowany jest współosiowo cylindryczny, promieniowo drgający przetwornik ultradźwiękowy (23).
21. Urządzenie według zastrz. 20, znamienne tym, że cylindryczny przetwornik ultradźwiękowy (23) ma kształt rury, którą zarówno we wnętrzu jak i na zewnątrz opływa płyn (6).
22. Urządzenie do wydzielania z płynu zawartych w nim substancji z komorą do nadźwiękowienia, przez którą przepuszcza się płyn przeznaczony do obróbki, a komora ta ma przetworniki ultradźwiękowe umieszczone na ścianach, które tworzą w komorze nadźwiękowienia pole fal ultradźwiękowych, znamienne tym, że w komorze znajduje się oddzielacz z płyt równoległych (54), zaś między tymi płytami (54) są ukształtowane odstępy, przez które przepływa płyn (6a), zaś dwie grupy przetworników (4) są równoległe do płyt oddzielających (54), przy czym wszystkie płyty oddzielające (54) leżą między przetwornikami ultradźwiękowymi (4) i grubość płyty oddzielającej (54) odpowiada nieparzystej wielokrotności 1/4 długości fali ultradźwięku w tych płytach oddzielających (54), a szorstkość powierzchni nie przekracza 1/10 długości fali ultradźwięku.
23. Urządzenie według zastrz. 22, znamienne tym, że przetwornik ultradźwiękowy jest zbudowany z piezoelektrycznego tworzywa sztucznego, zwłaszcza polifluorku winylidenu.
24. Urządzenie według zastrz. 22, znamienne tym, że przetworniki ultradźwiękowe zbudowane są z warstw dającego się polaryzować materiału, które to warstwy naniesione są jako warstwy proszku naniesione na płyty nośne.

160 668