Отправить заявку

Продукция / Ультразвуковой гидродинамический генератор (УЗГ генератор)


Схема применения

Ультразвуковой гидродинамический генератор (УЗГ генератор)

Рядом исследований установлено, что ультразвуковые колебания способны изменять агрегатное состояние вещества, диспергировать, эмульгировать его, изменять скорость диффузии, кристаллизации и растворение веществ, активизировать реакции, интенсифицировать технологические процессы. Воздействие ультразвуковых колебаний на физико-химические процессы дает возможность повысить производительность труда, сократить энергозатраты, улучшить качество готовой продукции, продлить сроки хранения, а также создать новые продукты с новыми свойствами.

Наиболее перспективными в промышленных масштабах являются проточные кавитационные ультразвуковые гидродинамические генераторы (УЗГ — генераторы), которые работают на основе энергии потока жидкости без использования подвижных элементов. Их применение возможно в следующих технологических процессах.

1. Применения УЗГ генератора в нефтяной промышленности.

УЗГ генератор в виде компактного проточного реактора был разработан под большие промышленные производительности, поэтому в нефтяной промышленности, возможно, его применение для:

- Обработки нефти непосредственно в скважине при добыче с целью устранения асфальтено-смоло-парафиновых отложений (АСПО) на стенках насосно-компрессорных труб (НКТ). Данная технология опробована на скважине и запатентована.

- Достигнуто полное устранение АСПО и достигается значительное увеличение выхода легких фракций из обработанной в скважине нефти при крекинге.

- подготовка нефти для транспортировки по трубопроводам как результат ее обработки в вихревом УЗ генераторе осуществляется в проточном режиме, что приводит к уменьшению вязкости нефти, деструкция парафинов приводит к уменьшению отложений на стенках труб;

— предкрекинговая обработка нефти с целью увеличения выхода легких

фракций;

— эффективные технологии сжигания нефти и нефтепродуктов;

— создание не колонных схем получения из нефти легких фракций.

2. Применения УЗГ генератора в топливной энергетике.

Приготовление водотопливных эмульсий (ВТЭ) на основе нормальных и деградированных мазутов, отработанных масел, бензина, дизельного и печного топлива и отходов нефтепереработки.

Экологически чистый метод ультразвукового «сшивания» — соединения нефти, нефтепродуктов и мазута с водой для образования стабильных

водо­топливных эмульсий (ВТЭ) дисперсностью 1-5 мкм.

Эмульсии, полученные данным способом, обеспечивают стабильное горение при содержании воды до 50% и уменьшение вредных выбросов в атмосферу на 60-90%.

Преимущества использования водно-топливных эмульсий (ВТЭ):

— Повышение КПД топлива при сгорании.

— Сокращение затрат на мазут.

— Снижение рисков загрязнения трубопроводов и закупоривания форсунок, т.к. образуются однородные дисперсные водно-топливные эмульсии с пониженной вязкостью.

— Образование водно-топливных эмульсий, обладающих высокой стабильностью, что позволяет хранить их более 12 месяцев.

Технологические преимущества вихревого УЗГ генератора:

— Установка способна обработать многофазный продукт.

— Простота внедрения установки в существующую систему подачи топлива.

— Отсутствие вращающихся деталей, что обеспечивает максимальную продолжительность использования установки.

Экологические преимущества использования ВТЭ:

— Значительное понижение содержания загрязняющих веществ, таких как оксиды азота, сажа, бензапирен, СО, SO2, S03.

- Возможность утилизировать нефтесодержащие воды, нефтесодержащие отходы (остатки).

— Снижение затрат на очистные сооружения.

Экономические преимущества использования ВТЭ:

— Использование данной установки в устройствах, работающих на жидком топливе, позволяет достичь значительной экономии (до 40%). -Существенное снижение затрат на очистные сооружения.

4. Применение ультразвука в отраслях пищевой промышленности.

- обеззараживание воды;

- коагуляция (опробовано для осаждения взвесей технологической воды в пивном производстве);

- приготовление пищевых водных и водо-жировых эмульсий. В мясомолочной, кондитерской, пищевкусовой отраслях промышленности, при изготовлении колбас, молочных продуктов, соков и т.д.

- низкотемпературная обработка продуктов с целью "мягкой" варки;

- диспергирование, гомогенизация и пастеризация сырья,

полуфабрикатов и продуктов;

- биологическая активизация пищевых продуктов с целью улучшения

потребительских и лечебно-биологических свойств;

- гидрогенизация жиров, осветление растительных масел;

- мгновенная варка водомучных суспензий в хлебопекарных и

спиртовых технологиях;

- очистка диффузионного сахарного сока;

-осаждение виннокислых солей, содержащихся в вине.

С помощью разработанного аппарата для спиртового производства была осуществлена в промышленном объеме мгновенная варка водо­мучной суспензии с целью извлечения крахмала в проточном режиме. В ультразвуковой генератор под давлением 3-4 атм. подавалась суспензия и пар, на выходе получалась готовая суспензия с температурой 80÷950С с выделенным крахмалом. Микробиологический анализ показал отсутствие микрофлоры. Опыт использования ультразвуковой варки дает основания считать возможным распространение его и на другие процессы спиртового

производства — осахаривание, активизацию бражки, коагуляцию барды, ректификацию и т.д.

Таким образом, использование ультразвуковых аппаратов в тепломассообменных процессах спиртового производства позволяет надеяться на радикальные изменения технологии водно-тепловой обработки зерна.

В аналогичном аппарате была осуществлена холодная пастеризация и гомогенизация молока, при этом творожные сырки, изготовленные из озвученного молока, обладали более длительным сроком хранения.

5 .Применение УЗГ генератора в гидрометаллургии.

Дополнительное дробление руды после шаровых мельниц с вводом окислителя (воздуха), вследствие чего происходит вскрытие рудного зерна, это дает возможность более эффективно извлекать драгоценные и редкоземельные металлы из руды.

6. Применение УЗГ генератора в целлюлозно-бумажной промышленности.

При помощи УЗГ можно обеспечить высокую гомогенность макулатурной массы, добиться улучшения ее механических показателей и достичь использования 80% брака целлюлозно-бумажной промышленности в повторном производстве.

Срок работы УЗГ почти в два раза превышает срок работы рабочих насосов.

Мягкая варка водомучной суспензии в потоке для спиртовой технологии с помощью вихревого гидродинамического генератора ультразвука.

Для спиртового производства важной задачей является мгновенная варка водо-мучной суспензии с целью извлечения крахмала в проточном режиме. Эту задачу можно решить с помощью гидродинамического ультразвукового генератора. Данный аппарат имеет 2 входа — для жидкого продукта и пара, и 1 выход — для готового продукта. Ультразвук в таком генераторе получается за счет механической энергии потоков вводимых в аппарат. Суспензия и пар подаются в него под давлением 3-4 атм, на выходе получается готовая суспензия с температурой 80-95°С с выделенным крахмалом.

Ультразвуковые волны используются в химических технологиях для интенсификации реакций. Важным физическим показателем является плотность ультразвукового облучения (Вт/см2). Химический реактор должен иметь достаточную производительность, рабочий объем, мощность, и время облучения потока. Для достижения промышленных объемов представляют интерес поточные технологии. Однако такие процессы скоротечны и нахождение реагируемых компонентов в химическом реакторе в поточном режиме получается в малом отрезке времени. Промышленные объемы ультразвуковых технологий достигаются с помощью кавитационных ультразвуковых генераторов. Ультразвуковое поле получается при схлопывании пузырьков, образующихся в жидкости в турбулентных потоках. Наиболее перспективными являются вихревые кавитационные технологии.

Объем вихревой камеры проектируется под конкретные производительности. Время нахождения жидкости в вихревой камере зависит от скорости потока и геометрических размеров камеры. Время озвучивания в вихревом генераторе значительно длиннее по сравнению с «линейными» струйными аппаратами. Такие генераторы особенно эффективны в биотехнологиях, когда в камеру подается жидкость (смесь жидкостей или суспензия) и сжатый воздух (или пар). Вихревые процессы в генераторе организуются за счет тангенциального ввода потока (потоков). В генераторе отсутствуют вращающиеся узлы. В настоящее время достигнуты производительности до десятков тонн в час одним генератором.

Основная задача водно-тепловой обработки состоит в подготовке сырья к осахариванию крахмала амилолитическими ферментами микроорганизмов. Осахаривание наиболее полно и с наибольшей скоростью протекает, если крахмал высвобожден из растительных клеток сырья и прошел стадии клейстеризации и растворения, что обеспечивает его тесный контакт его с ферментами.

В процессе производства из крахмала в основном образуется спирт. В растительных клетках крахмал находится в виде зерен (гранул) овальной и многогранной формы. По химическому составу гранулы неоднородны и состоят из двух полиноз: амилозы и амилопектина. При нагревании в воде крахмальная гранула набухает, поглощая 20-30 -кратное количество воды, она сильно увеличивается в объеме. При этом ослабляются и разрываются связи между отдельными структурными элементами гранулы, и она разрушается. Происходит клейстиризация крахмала, сопровождающаяся резким возрастанием вязкости крахмального клейстера. В клейстере сильно набухшие цепи амилопектина переплетены, а пространства между ними заполнены жидким раствором амилозы.

Подготовка сырья к осахариванию проводится путем тепловой обработки целого сырья при повышенном давлении (развариванием). Наиболее эффективно проводить разваривание сырья, в котором полностью прошли набухание и клейстеризация. При этом снижаются температура и продолжительность разваривания, что позволяет уменьшить потери сбраживаемых веществ и сократить расход пара.

Таким образом, преимущество мягкой схемы разваривания состоит в использование специальных ферментов и более низкой температуры обработки сырья, которая позволяет сохранить наибольшее количество полезных свойств и предотвратить потери готовой продукции, а также сэкономить затраты тепловой энергии.

Микробиологический анализ суспензии, обработанной в вихревом кавитационном генераторе, показывает отсутствие микрофлоры. Положительный опыт использования ультразвуковой варки дает основания считать возможным распространение его и на другие процессы спиртового производства – осахаривание, активизацию бражки, коагуляцию барды, ректификацию и т.д.

Реализованные проекты

- Обработка нефти в скважине с помощью гидродинамического ультразвукового депарафинизатора. Были устранены асфальтено-смоло-парафиновые отложения (АСПО) на стенках насосно-компрессорных труб (НКТ) по которым извлекается нефть на поверхность месторождения.

- Получены высококачественные водомазутные эмульсии с дисперсностью 1-10 мкм и их промышленное использование в ряде организаций.

- Разработанные нами УЗ реакторы работают и на ряде объектов пищевой промышленности.

Заключение

Нами найден способ акустического воздействия на поток многофазного продукта (например, нефти – смеси углеводородов), который осуществляет временное, или безвозвратное изменение молекулярного состава продуктов (деструкция продуктов) на более легкие молекулы за счет создания вихревого потока с максимальной энергией акустического резонансного возбуждения в заданном частотном диапазоне, что позволяет:

- создать достаточные для деструкции длительность и мощность резонансного возбуждения продукта за счет оптимального деформационно-сдвигового взаимодействия потока с поверхностью вихревых труб и, как следствие, возбуждением вынужденных виброакустических колебаний;

- создать турбулентные вихри и кавитационный процесс, в вихревом потоке приводящий к акустической деструкции дисперсно-агрегатного состояния продукта и преобразованию химических связей;

- использовать газоструйные генераторы для усиления акустического облучения;

- использовать тепломассоэнергообменный процесс вихревого потока для проведения преобразований продукта.

Основной технической задачей является достижение плотности акустического поля в потоке обрабатываемого продукта десятки и сотни ватт на квадратный сантиметр. Под воздействием ультразвука большой интенсивности «озвучивания» нарушаются связи в молекулах обрабатываемых продуктов, вследствие чего происходят изменения физико-химических характеристик (изменение молекулярного веса, температуры кристаллизации и др.). Деструкция продукта происходит как в рабочих цилиндрах, так и в специальной камере озвучивания, в которую попадает продукт после рабочих цилиндров. Возбуждение кавитационных процессов осуществляется за счет конструкции рабочего цилиндра с завихрителями потока. В приборах может использоваться совместные механизмы генерации ультразвука за счет гидродинамической и газоструйных составляющих. Плотность облучения в этом случае может достигать сотен ватт на квадратный сантиметр.

Нашими специалистами разработаны ультразвуковые приборы и технологии на их основе с лучшими техническими характеристиками. В зависимости от области применения и технологии разрабатываемый прибор работает как химический реактор, позволяющий производить тепломассоэнергообменные процессы, диспергацию, эмульгацию, коагуляцию, гомогенизацию, пастеризацию (для пищевой промышленности) продуктов обработки.

Разработанные устройства в проточном режиме ведут ультразвуковую обработку промышленных объемов продукта с производительностью 1-100 м3/час и более. Важным являются достигаемые технические характеристики плотности облучения до 100 вт/см2 и более, а также регулируемый частотный диапазон ультразвука, достигаемый газоструйными генераторами. Отсутствие вращающихся частей и электроники в разрабатываемых приборах позволяет достичь высокой надежности работы. Например, разработанный гидродинамический ультразвуковой депарафинизатор (ГУД) опробован и надежно работает непосредственно в нефтяной скважине на глубине 3000 м.

 
 
 

О компании Для инвесторов Нефтедобыча Нефтепереработка Газификация и пиролиз Спиртовая промышленность Водоподготовка и очистка сточных вод Продукция Услуги Выполненные проекты Статьи