СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЭРОЗОЛЯ Российский патент 2002 года по МПК B05B3/14 

Изобретение относится к способам получения аэрозоля (а также геля или кавитационных пузырьков) и управления физико-химическими процессами в гетерофазной среде (или средах). Изобретение может найти применение в химической, нефтехимической и фармацевтической промышленности, в быту, медицине, а также для узлов подготовки топливных смесей в двигателях внутреннего сгорания (например, в форсунке для дизельного двигателя).

Известно, что в гетерофазных системах, например газовая реакционная среда - поверхность катализатора, в ходе реакции (фазового перехода) наблюдается эффект возникновения поверхностных макроструктур (из островков реагентов, промежуточных продуктов). Причем геометрический тип структур строго соответствует динамике реакции (см. [1]-[4]). Например, в [11] обсуждаются экспериментальные результаты по SAWRS-контролю за процессом роста полупроводниковых пленок в CVD-камерах. Показано существование автокаталитических эффектов роста и возникновение поверхностных субмиллиметровых макроструктур, управляющих скоростями реакций. Отметим, что для реакций на поверхности раздела "газ - твердое тело" характерные резонансные частоты лежат в пределах 0,8-10 Mhz (в общем случае, характерные размеры макроструктур 0,1-15 мм), что существенно ограничивает линейные размеры катализатора (подложки), возбуждаемого ультразвуком для индуцированного создания нужных макроструктур. Для промышленного (широкомасштабного) применения целесообразно поэтому использовать аэрозоли или гели (приготовляемые "отдельно") такие, что их частицы сами по себе являются нужными макроструктурами, т.е. обладают собственными частотами, характерными для выбранных реакций. Отметим, что субмикронные капли вязких жидкостей (например, масел) имеют низкочастотные мегагерцевые собственные моды колебаний за счет "самосогласованных" возбуждений объем - поверхность.

Наиболее близким к изобретению является известный способ получения аэрозоля, заключающийся в том, что на распыляемую среду воздействуют ультразвуковыми колебаниями посредством источника колебаний, содержащего пьезоэлемент [5].

Недостатком известного способа является низкая каталитическая эффективность образующихся макроструктур, т.е. низкая эффективность распыления среды, обусловленная низкой селективностью процесса образования макроструктур (аэрозоля, геля или кавитационных пузырьков). При использовании жидких катализаторов разрушение макроструктур в ходе физико-химического процесса является особенно актуальным фактором снижения эффективности предлагаемого метода.

Сущность изобретения заключается, в частности, в повышении эффективности распыления за счет интенсивной регенерации макроструктур, обеспечивающих резонансный рост скорости физико-химического процесса.

Поставленная задача достигается тем, что на распыляемую, как правило многокомпанентную, среду воздействуют ультразвуковыми колебаниями посредством источника колебаний, содержащего пьезоэлемент. При этом источником колебаний, который выполнен с возможностью распыления жидкой и/или сыпучей среды и регулирования размера капель аэрозоля путем изменения параметров колебаний, на распыляемую жидкую и/или сыпучую среду воздействуют в режиме стоячих волн. Частоту колебаний изменяют в диапазоне, близком к резонансной частоте макроструктуры распыляемой жидкой и/или сыпучей среды, и/или поддерживают равной резонансной частоте макроструктуры распыляемой жидкой и/или сыпучей среды, т.е. частота колебаний лежит в полосе (полосах) резонансного роста скорости процесса образования (вылета) капель аэрозоля (геля или кавитационных пузырьков). При этом в ходе процесса в системе поддерживают колебания, обеспечивающие регенерацию рельефа выбранной макроструктуры - совокупности получаемых поверхностей раздела сред, обладающей эффектом каталитического ускорения процесса. Причем при образовании (вылете) капель аэрозоля образуют мелкодисперсную аэрозоль с размером капель не более 0,5 мкм с последующей регенерацией макроструктуры распыляемой среды, то есть геометрии суммарной активной поверхности (которая, собственно, и интенсифицирует выбранный физико-химический процесс).

Изобретение поясняется чертежом, где изображено устройство для реализации заявленного способа.

Способ получения аэрозоля заключается в том, что на распыляемую среду воздействуют ультразвуковыми колебаниями посредством источника колебаний, содержащего пьезоэлемент. При этом источником колебаний, который выполнен с возможностью распыления жидкой и/или сыпучей среды и регулирования размера капель аэрозоля путем изменения параметров колебаний, на распыляемую жидкую и/или сыпучую среду воздействуют в режиме стоячих волн. Частоту колебаний изменяют в диапазоне, близком к резонансной частоте макроструктуры распыляемой жидкой и/или сыпучей среды, и/или поддерживают равной резонансной частоте макроструктуры распыляемой жидкой и/или сыпучей среды. Причем образуют мелкодисперсную аэрозоль с размером капель не более 0,5 мкм с последующей регенерацией макроструктуры распыляемой среды, т.е. регенерацией рельефа макроструктуры распыляемой среды - геометрии суммарной активной поверхности (которая, собственно, и интенсифицирует выбранный физико-химический процесс). При этом следует отметить, что при реализации указанного способа, в частности при получении ультрадисперсных жидких аэрозолей, поверхность жидкой среды является катализатором процесса. Микрокапли подходящего размера сами являются макроструктурами, имеющими характерную акустическую резонансную частоту, то есть в данном случае рельефом катализатора является совокупность поверхностей капель аэрозоли, а потому, измерив характерную резонансную частоту распыляемой среды (или сред) (например, по патенту [10]), мы можем обеспечить создание (и регенерацию) рельефа макроструктур, ускоряющих выбранный физико-химический процесс (распыления), путем генерации ультрадисперсных капель. Разумеется, рельеф избранной макроструктуры в системе целесообразно поддерживать возбуждением стоячей волновой картины на данных частотах [10] , созданием рельефа механическим способом - выбором геометрии канала форсунки, созданием регулярных решеток в областях перепада скоростей потоков и т.д. Простота генерации аэрозолей жидких сред (жидкостей), а также гелей или пузырьков позволяет эффективно использовать резонансные эффекты в работе с жидкими катализаторами на огромных (сравнительно с длинами волн) активных поверхностях.

Устройство для реализации заявленного способа содержит усилительный элемент генератора 1, пьезоэлемент 2 испарительной системы в петле положительной обратной связи 3, используемый в качестве базового колебательного контура, задающего частоту колебаний генератора, распыляемую среду 4, находящуюся в акустическом контакте с пьезоэлементом.

Аэрозоль получают следующим образом. При включении питания в генераторе, состоящем из элементов 1 и 2, связанных обратной положительной связью 3, возникают электрические колебания. Электрические колебания преобразуются в пьезоэлементе 2 в стоячую акустическую волну, которая воздействует на среду (например, жидкость) 4. В жидкости 4 под влиянием акустического воздействия пьезоэлемента 2 возникает процесс распыления жидкости, сопровождаемый возникновением поверхностных макроструктур, которым соответствуют характерные акустические резонансные частоты. Процессы, связанные с возникающими при распылении (желаемой) компоненты жидкости макроструктурами, меняют акустические характеристики поверхности пьезоэлемента на характерных резонансных частотах. Управление генератором происходит петлей положительной обратной связи 3, усиливающей сигналы, характеризующие воздействие желаемых процессов в распыляемой жидкости 4 на общую характеристику связанных колебательных контуров.

Например, устройство, реализованное на указанных принципах, может быть использовано для распыления эфирных масел лекарственных растений. Ультрадисперсные аэрозоли масел, получаемые таким способом, обладают высоким санирующим (бактерицидным) эффектом, что связано с резонансным ростом химической активности поверхности микрокапель. Это позволяет "катализировать" биохимическое взаимодействие аэрозоли и бактерий, что существенно усиливает санирующий эффект. Заявленный способ позволяет существенно расширить, в частности, область медицинского применения эфирных масел лекарственных растений. Работа устройства на частотах мегагерцевого диапазона при плотностях ультразвуковой активной мощности порядка 1 Вт/см² позволяет получить аэрозоли с диаметром капель менее 0,5 мкм, что обеспечивает высокую эффективность санирующего действия прибора. Применение мелкодисперсных аэрозолей, получаемых как из очищенных эфирных масел, так и непосредственно из живых тканей лекарственных растений методом резонансной высокочастотной ультразвуковой возгонки, существенно расширяет спектр лечебных воздействий продуцентов лекарственных растений, причем свойства получаемых резонансных аэрозолей отличаются от свойств аэрозолей, полученных с помощью традиционных (в том числе ультразвуковых) устройств.

Источники информации
1. Ультразвуковая технология./ Под ред. В.А. Аграната.- М.: Металлургия, с.341-368.

2. Chemical Physics Letters. Volume 191, number 5, 1992: "Observation of surface acoustic phonon resonances: application to the CO+О₂ oscillatory reaction on Pt{ 100}". V.N.Brezhnev, A.I.Boronin, V.P.Ostanin, V.S.Tupikov and A.N.Belyaev.

3. 13th European Conference on Surface Science Warwick (UK), august 1993, "The phonon mechanizm of self-organization in catalysis. The example of oscillatory reaction CO+O₂ on Pt{ 100}." V.N. Brezhnev, A.I. Boronin, V. P. Ostanin.

4. Physics of low - dimensional structures. 2/3 (1995) р. 119-126. "Capabilities of the SAWRS Method in Ultra-High Vacuum Studies", V.N. Brezhnev, A.V. Pryanichnikov, S.P. Suprun, V.S. Tupikov.

5. Патент России 2039576 Cl, МПК А 61 М 11/00, 1995.

6. Патент России 2152829. Устройство для ультразвукового распыления жидких сред. В.Н. Брежнев, Н.В. Казаринова, А.В. Пряничников, А.В. Тимонов.

7. Материалы межрегиональной научно-практической конференции. - Омск 1998. Бюллетень СОРАМН 2, 1999. Применение новой лекарственной формы - резонансных ультрадисперсных аэрозолей эфирных масел лекарственных растений в лечении хронических заболеваний органов дыхания. Л.Д. Сидорова, Г.Л. Брежнева, А.С. Логвиненко, Е.Ю. Короленко, В.Н. Брежнев, А.В. Пряничников.

8. Медицинские технологии. 1-2, 1995. Медицинское Информационное Агентство, Санкт-Петербург. Использование эфирных масел для профилактики внутрибольничных инфекций и лечения кандидозов. Казаринова Н.В., Музыченко Л.М., Ткаченко К.Г., Шургуя А.М., Брежнев В.Н., Усов О.М.

9. ОТЗЫВ на применение прибора для индивидуальных ингаляций "Бердск - Ультр Аэройл". ГОКГ г. Новосибирска. 1999.

10. Патент России 2045058 БИ 27, 1995, кл. B 01 J, гр.19/10.

11. Applied Surface Science, V. 108. T.I at 23 dec. 1996, P. 95-103. Original instrumentation for new method of surface investigation. V.N.Brezhnev and V.S.Tupikov.

Способ предназначен для получения аэрозоля или геля. Способ заключается в том, что на распыляемую среду воздействуют ультразвуковыми колебаниями посредством источника колебаний. Источник колебаний, содержащий пьезоэлемент, выполнен с возможностью распыления жидкой и/или сыпучей среды и регулирования размера капель аэрозоля путем изменения параметров колебаний. При этом на распыляемую жидкую и/или сыпучую среду воздействуют в режиме стоячих волн, а частоту колебаний изменяют в диапазоне, близком к резонансной частоте макроструктуры распыляемой жидкой и/или сыпучей среды, и/или поддерживают равной резонансной частоте макроструктуры распыляемой жидкой и/или сыпучей среды, причем образуют мелкодисперсную аэрозоль с размером капель не более 0,5 мкм с последующей регенерацией макроструктуры распыляемой среды. Способ позволяет получить аэрозоли со свойствами, отличными от свойств аэрозолей, получаемых при помощи традиционных устройств, например ультразвуковых. 1 ил.

Способ получения аэрозоля, заключающийся в том, что на распыляемую среду воздействуют ультразвуковыми колебаниями посредством источника колебаний, содержащего пьезоэлемент, при этом источником колебаний, выполненным с возможностью распыления жидкой и/или сыпучей среды и регулирования размера капель аэрозоля путем изменения параметров колебаний, на распыляемую жидкую и/или сыпучую среду воздействуют в режиме стоячих волн, а частоту колебаний изменяют в диапазоне, близком к резонансной частоте макроструктуры распыляемой жидкой и/или сыпучей среды, и/или поддерживают равной резонансной частоте макроструктуры распыляемой жидкой и/или сыпучей среды, причем образуют мелкодисперсную аэрозоль с размером капель не более 0,5 мкм с последующей регенерацией макроструктуры распыляемой среды.