Введение к работе
~Ztf2>J~
Актуальность темы. Одним из путей интенсификации, стимулирования и оптимизации процессов химических технологий является применение ультразвуковых (УЗ) колебаний высокой интенсивности. Эффективность УЗ воздействия определяется интенсивностью и объемной плотностью энергии УЗ колебаний, вводимых в технологические среды.
Практически реализуемые в настоящее время с помощью УЗ колебаний процессы химических технолошй не характеризуются максимально возможной скоростью отдельных процессов или не обеспечивают выход максимально возможного количества конечного продукта по сравнению с результатами, достигаемыми при экспериментальной отработке технологий в лабораторных условиях.
Причина низкой эффективности УЗ технологий заключается в том, что УЗ колебания приводят к непрерывным изменениям (структурным, количественным, качественным) в технологических средах и нарушают исходно установленные условия оптимальной передачи УЗ колебаний
Для ввода УЗ колебаний в технологические среды используются ультразвуковые технологические аппараты (УЗТА), состоящие из двух основных узлов- электронного генератора (ЭГ), формирующего электрические колебаний УЗ частоты, и ультразвуковой колебательной системы (УЗКС), обеспечивающей преобразование энергии электрических колебаний в энергию УЗ колебаний и осуществляющей взаимодействие с технологической средой. Ввод максимальной энергии УЗ колебаний в технологические среды обеспечивается только при условии оптимального согласования параметров компонентов УЗТА (ЭГ и УЗКС) и технологической среды.
Взаимодействие УЗТА со средой носит сложный двухсторонний характер и требует постоянной перестройки аппарата для обеспечения максимального ввода энергии УЗ колебаний в технологические среды. Необходимость непрерывной перестройки обусловлена тем, что интенсивность УЗ воздействия столь высока (10.. 100 Вт/см2), что изменения свойств технологической среды происходит с высокой скоростью в сравнительно широких пределах.
Причина невозможности ввода максимально энергии УЗ колебаний в технологические среды обусловлена тем, что в известных типах УЗТА подстройка параметров с учетом изменения свойств технологических сред либо не реализуется, либо реализуется недостаточно совершенно.
В связи с этим, проблема повышения эффективности процессов химических технологий за счет создания УЗТА, способных обеспечить ввод в технологическую среду (при изменениях ее физических параметров) максимально возможной энергии УЗ колебаний, считается актуальной.
Цель работы - Повышение эффективности процессов химических технологий, реализуемых за счет применения УЗ колебаний высокой интенсивности, путем создания УЗТА, обеспечивающих в автоматическом режиме максимальное энергетическое воздействие на различные
технологические среды в условиях изменения их физических л арвИРірсщИОНАЛЬНАЯ
БИБЛИОТЕКА
3 С.-Петербург
І Оа 2О0»ктІУ>7
Задачи исследования:
- для выявления причин, ограничивающих ввод ультразвуковых колебаний
в технологические среды, разработать модель взаимодействия ультразвукового
аппарата и технолоп-гческой среды, учитывающую изменение ее физических
параметров,
- на основании разработанной модели выявить пути повышения
эффективности ультразвуковою воздействия на различные по свойствам
технологические среды;
провести экспериментальные исследования, направленные на подтверждение правильности разработанной модели, определение границ применимости ультразвуковых аппаратов, построенных по известным ранее принципам,
- предложить и разработать способ управления ультразвуковым аппаратом
на основе перестройки параметров его компонентов для оптимизации их
согласования с параметрами технологических сред, предложить методику
расчета необходимых диапазонов изменения перестраиваемых параметров,
- подтвердить эффективность применения разработанного способа
управления работой ультразвукового аппарата испытаниями на модельных
средах и при осуществлении процесса ультразвуковой сушки хлопкового
волокна.
Объекты и методы исследования, Объектами исследования являются процессы химических технологий, реализуемые за счет ввода в технологическую среду УЗ колебаний высокой интенсивности, и ультразвуковые технологические аппараты для их реализации. В ходе выполнения работы использовались теоретические и экспериментальные методы исследования, направленные на решение поставленных задач.
Научная новизна:
разработана модель взаимодействия ультразвукового технологического аппарата и технологической среды, учитывающая влияние ее свойств (плотность, скорость звука, вязкость) на режим преобразования и ввода энергии ультразвуковых колебаний;
впервые предложен способ автоматического управления ультразвуковым аппаратом, позволивший, за счет оптимального согласования параметров его компонентов с параметрами технологических сред, обеспечить ввод в различные по свойствам среды максимально возможной знеріии ультразвуковых колебаний;
предложена методика определения необходимых для оптимального согласования с параметрами технологических сред диапазонов перестройки параметров ультразвуковых аппаратов;
Практическая значимость:
- выявлены причины, снижающие эффективность реализации
ультразвуковых процессов химических технологий, обусловленные
отсутствием или несовершенством в известных ультразвуковых аппаратов
средств и систем компенсации влияния изменений параметров
технологических сред, подвергаемых ультразвуковому воздействию, на режим ввода знері ии колебаний в технологические среды;
- на основании теоретических и экспериментальных исследований
предложен способ автоматического управления ультразвуковым аппаратом,
обеспечивающий ввод в технологические среды максимально возможной
энергии ультразвуковых колебаний;
- разработаны ультразвуковые аппараты для реализации процессов
химических технологий, позволившие повысить их эффективность за счет
увеличения о&ьемной плотности энергии ультразвуковых колебаний, вводимых
в технологические среды.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на конференциях Siberian Russian Workshops and Tutorials on Electron Devices and Materials EDM'2004, EDM'2005 (Novosibirsk), IV - VI Всероссийской научно-практической конференции «Измерения, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях (ИАМП)» (г. Бийск, 2004 - 2005 гг.), второй международной электронной научно-технической конференции «Технологическая системотехника - 2003» (сентябрь - октябрь 2003 года, Тульский государственный университет), «Современные проблемы радиоэлектроники» (май 2006 года, Красноярский государственный технический университет).
Материалы диссертации являются составной частью конкурсной работы «Развитие научных основ повышения эффективности ультразвуковых технологий, разработка и организация производства ультразвуковых технологических аппаратов», отмеченной премией Правительства Российской Федерации в обпасти науки и техники для молодых ученых в 2005 году.
Положения, выносимые на зашиту:
модель взаимодействия ультразвукового технологического аппарата и технологической среды, учитывающая влияние ее свойств (плотность, скорость звука, вязкость) на режим преобразования и ввода энергии ультразвуковых колебаний и позволившая определить пути повышения эффективности ввода ультразвуковых колебаний в различные по свойствам технологические среды;
способ автоматического управления ультразвуковым аппаратом на основании перестройки параметров его компонентов для оптимизации их согласования с параметрами технологической среды и методика расчета требуемых диапазонов перестройки параметров;
результаты испытаний практической реализации преодоленного способа автоматического управления ультразвуковым аппаратом на модельных средах, позволившие подтвердить правильность решений, положенных в основу разработанного способа управления;
обоснование эффективности применения разработанных ультразвуковых аппаратов, реализующих предложенный способ управления при реализации процесса сушки хлопкового волокна.
Публикации. Основные материалы диссертации изложены в 11 печатных работах, в том числе в 2-х патентах.
Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, четырех разделов, основных выводов и результатов, списка литературы из 100 наименований и содержит 126 страниц машинописного текста.
