Большое количество исследований проведенных на настоящий момент указывают на то, что скорость протекания большинства химических реакций увеличивается под воздействием акустического поля, а так же существуют реакции не протекающие без воздействия ультразвуковых колебаний[3-5]. Основным фактором влияющим на скорость реакции, считается кавитация. Кавитационные пузырьки характеризуются тем, что температура внутри схлопывающегося пузырька достигает примерно 5000 К, а давление около 1000 атм и со скоростью схлопывания около 400 км/ч. При схлопывании такого пузырька создается мощная ударная волна [3]. Создание подобных условий возможно при интенсивности акустического воздействия от 100 Вт/см2. В связи с тем, что получить акустические колебания звуковой частоты высокой интенсивности весьма затруднительно, наибольшее распространение получило использование колебаний ультразвуковой частоты (свыше 20 кГц). Для реализации таких технологических процессов существует особый класс технологических аппаратов называемых ультразвуковыми химическими реакторами, а исследованиями реакций протекающих под воздействием акустических колебаний занимается звукохимия. I. УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКТОРЫ ДЛЯ ЛАБОРАТОРНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ На настоящий момент существует большое количество типов ультразвуковых реакторов, отличающиеся друг от друга интенсивностью вводимых в жидкость ультразвуковых колебаний и возможностью или не возможностью проточной обработки [4,6]. Рисунок 1 – Существующиетипы ультразвуковых химических реакторов[4] Максимальное ультразвуковое воздействие обеспечивает ультразвуковой химический реактор, представленный на рисунке 2. Рисунок 2 – Конструкция и внешний вид ультразвукового химического реактора «УЗОР» Такого рода реакторы способны обрабатывать до 300 мл жидкости с интенсивностью до 200 Вт/см2.
В случаях, когда для экспериментальных целей достаточно обработать несколько десятков миллилитров используются ультразвуковой аппарат для обработки жидкости в пробирках. Отличительной особенностью данного аппарата является наличие двух сменных рабочих инструментов для ультразвуковой колебательной системы. Одна из них предназначена для непосредственного ввода колебаний в пробирку, а другая для обработки веществ, реакция которых с материалом колебательной системы не допустима. Рабочий инструмент форму полого цилиндра в который устанавливается пробирка с реагентами, в промежутке между стенками пробирки и рабочего инструмента находится жидкость через которую осуществляется передача колебаний к стенкам пробирки (рисунок 3). Рисунок 3 – Ультразвуковой химический реактор для обработки жидкостей в пробирках За счет малых объемов обрабатываемой жидкости удается достичь интенсивности ультразвукового воздействия порядка 300 Вт/см2.
|