Статьи

Применение кавитационно-вихревых технологий в промышленности

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 вихревые кавитационные ультразвуковые генераторы (УЗ генераторы), применение которых возможны в следующих технологических процессах.

1. Применения вихревого УЗ генератора в нефтяной промышленности.

Вихревой УЗ 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 вихревого УЗ 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 УЗ 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.

Разработанные генераторы широко апробированы и внедрены в технологии приготовления водно-мазутных эмульсий на ряде предприятий.

3. 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.)

Таким образом, использование ультразвуковых технологий в различных пищевых производствах позволяет:

— во много раз увеличить скорость физико-химических процессов;

— снизить энерго и ресурсозатраты;

-интенсифицировать процессы тепломассообмена;

-радикально изменить аппаратурные оформления техпроцессов в сторону уменьшения металлоемкости и совмещения нескольких операций;

— освободить производственные площади;

-получить новые виды продуктов с биологически активными лечебными свойствами;

— снизить себестоимость продукции.