Скорость звука в различных средах. Волновое уравнение, его решения для плоской волны, волновое число, удельное акустическое сопротивление. Испарение капель в неподвижном газе, не содержащем пара, страница 9

Эмульгирование может осуществляться механическими высокоскоростными мешалками, струйными смесителями и ультразвуком. При акустическом эмульгировании эмульсии получаются более высокодисперсными, соответственно более устойчивыми. Так, например, при механическом  эмульгировании при частоте вращения мешалки  об/мин в эмульсии преобладают капли размером  мкм, при струйном эмульгировании со скорость струи  м/с размеры капель  мкм, а при ультразвуковом эмульгировании ( Кгц,  Вт/см²)  мкм. Ультразвуковое эмульгирование – следствие кавитации. При захлопывании кавитационного пузырька вблизи раздела фаз образуется кумулятивная струя (микро струйка), скорость которой порядка 100 м/с и диаметр порядка 50 мкм. Эта струйка распадается на более мелкие капли, размером порядка  мкм. Эмульгирование наступает при интенсивности звука выше некоторого порога, который зависит от свойств на поверхности раздела фаз, прежде всего от поверхностного натяжения. Так масло в воде эмульгирует при  Вт/см² (кавитирует вода, образуется прямая эмульсия), при большей интенсивности начинает кавитировать масло, образуется обратная эмульсия – диспергированная вода в масле. С возрастанием интенсивности звука возрастает и скорость диспергирования, а дисперсный состав и концентрация не меняются. С ростом частоты звука уменьшаются размер капель в эмульсии и максимальная их концентрация. Эффективность эмульгирования возрастаёт с ростом интенсивности акустического воздействия, но до некоторого предела, который зависит от частоты воздействия. Замечено, что эффективность эмульгирования максимальна при определённой температуре. Обычно эта температура лежит в пределах от 5 ⁰С до 50 ⁰С. Эффективность эмульгирования выше в бегущей волне, чем в стоячей.

Эмульгирование широко применяется в фармакологической, косметической, пищевой и химической промышленности. Весьма перспективным представляется обводнение горюче-смазачных материалов (получение устойчивых эмульсий с водой). Обнаружено, что добавка воды в топливо (до 30%) существенно повышает качество горения и даже (что трудно объяснимо) теплотворную способность топлива. Добавка воды в смазочные материалы повышает их качество (снижает окисляемость, старение и т.п.).

Гранулирование – процесс предания веществу формы мелких кусков – гранул. Гранулирование может проводиться механическими способами (экструзией, прессованием и т. п.) и из расплавов. При гранулировании из расплавов жидкость (расплав) вытекает из сопел в виде струй, которые в дальнейшем распадаются на капли. Капли при падении охлаждают до затвердевания и образуются гранулы. Из теории распада струй диаметр образующихся капель , где:  - диаметр сопла,  - скорость истечения струи из сопла,  - поверхностное натяжение,  - плотность жидкости,  - плотность среды, куда истекает жидкость. На самом деле струя распадается на не одинаковые капли, кроме того, образуются мелкие капли – спутники. При акустическом воздействии на истекающую струю появляется управляющий эффект – струя распадается на одинаковые капли и размер их зависит от частоты акустического воздействия. Колебания подводят к основанию струи. Управляющее акустическое воздействие реализуется, когда . Таким образом получают однородный и регулируемый состав гранул.

24.  Воздействие акустических колебаний на массообменные процессы. Кристаллизация, растворение, пропитка.

Кристаллизация при акустическом воздействии с интенсивностью выше определённого порога идёт быстрее, при этом скорость может быть увеличена в несколько раз. Процесс идёт во всём объёме с образованием мелкозернистых однородных кристаллов, так как процессу сопутствует диспергирование. Замечено, что высокие частоты более эффективны.

Для предотвращения инкрустации (образования кристаллов на стенках аппарата) используют акустические воздействия интенсивностью  Вт/см² и частотой  КГц в виде импульсов с частотой следования  гц. Лучшие результаты получаются при подводе акустической энергии к стенке, применяется также подвод энергии в жидкость.