Билет №5. 1.Передача УЗ колебаний от преобразователей в обрабатываемые среды

1.Передача УЗ колебаний от преобразователей в обрабатываемые среды. Элементы теории концентратов.
Для передачи ультразвуковых колебаний от преобразователя на рабочий инструмент или в рабочую среду в ультразвуковых установках применяют концентраторы и волноводы; последние имеют постоянную площадь поперечного сечения и цилиндрическую форму. Волноводы применяют, когда нет необходимости в усилении амплитуды колебаний преобразователя. Концентраторы являются трансформаторами скорости; они имеют переменную площадь поперечного сечения чаще цилиндрической формы. Благодаря такому сечению они преобразуют ультразвуковые колебания малой амплитуды, сообщаемые преобразователем и сосредоточенные на его входном торце, в колебания большей амплитуды выходного торца. Последние сообщаются рабочему органу (инструменту) ультразвуковой установки. Усиление амплитуды происходит из-за разницы площадей входного и выходного торцов концентратора — площадь первого (входного) торца концентратора всегда больше площади второго. Волноводы и концентраторы должны быть резонансными, т. е. их длина должна быть кратна целому числу полуволн. При этом условии создаются наилучшие возможности для согласования их с источником питания, колебательной системой в целом и присоединяемой к ним массой (рабочим инструментом). В ультразвуковых технологических установках наибольшее применение имеют концентраторы экспоненциальной, конической и ступенчатой форм. Последние выполняют с фланцем или без него. Встречаются и конические концентраторы с фланцем (например, в преобразователе типа ПМС-15А-18), а также комбинированные концентраторы, у которых ступени выполняют разной формы.
2.Действие УЗ на хим. реакции. Окислительно-восстановительные хим. реакции в УЗ поле. Деполимеризация и полимеризация. Электрохимическое получение хим. веществ.

Действие УЗ на хим реакции
1)Окислительно-восстановительные реакции
2)Деполимеризация
3)Полимеризация
4)Электрохимические получения в-в

Деполимеризация
Действие ультразвуковых волн на полимеры и инициирование полимеризации мономеров было открыто в тридцатых годах. Было показано, что при воздействии ультразвука уменьшается вязкость растворов многих макромолекул: крахмала, желатины, каучука, агар-агара, гуммиарабика. Обнаружено также повышение восстановительной активности параформ-альдегида к аммиакату серебра вследствие образования альдегида.
В последние годы обнаружено, что в расплавах полимеров под действием ультразвуковых волн механодеструкция. Кроме того, наблюдается диспергирование наполнителя в полимерной композиции и улучшается равномерность его распределения.
Установлено, что механодеструкция полимера связана с возникновением под действием акустических колебаний кавитации в вязком расплаве полимера.
Одновременно наблюдались окислительно-восстановительные реакции. Исследованные полимеры обладали склонностью к образованию гелей и студней; для них характерно возникновение тиксотропного ожижения под действием ультразвука. Ожижение тиксотропных гелей (или студней) под действием ультразвуковых волн осуществляется в определенной мере так же, как при обычном встряхивании. Однако заметную роль в тиксотропном ожижении могут играть и кавитационные процессы, так как при повышенном давлении или в вакууме под действием ультразвука, когда затрудняется пульсация и расщепление пузырьков, наблюдается лишь небольшое образование жидкости на поверхности. При ультразвуковом облучении растворов желатины, каучука и некоторых других полимеров наблюдалось уменьшение вязкости, которая после выключения ультразвука вновь частично повышалась. Помимо преодоления энергии ван-дер-ваальсовых взаимодействий при изменении структурной вязкости, воздействие ультразвуковых волн приводит к разрыву макромолекул.
Полимеризация

Многие исследователи изучали полимеризацию стирола и других мономеров в ультразвуковом поле в присутствии различных инициаторов (Рисунок 3.4). Авторы [20] показали, что скорость образования полистирола под действием ультразвуковых волн с частотой 15 и 500 кГц возрастает в 2 раза.

1 — блок-сополимер; 2 — поливинилхлорид; 3 — полистирол

Рисунок 3.4 – Изменение состава блок-сополимеров и гомополимеров в продуктах реакции при воздействии ультразвука

Вместо непрерывного облучения ультразвуком оказалось возможным кратко-временно воздействовать ультразвуковыми волнами на начальном участке кинетической кривой, соответствующем индукционному периоду. При предварительном эмульгировании стирола в воде с помощью ультразвука (18 кГц, 1000 Вт/см²) в течение 0, 5— 1, 0 мин увеличивается скорость полимеризации на начальном участке кинетической кривой, а выход полимера возрастает от 65 до 80%. При этом естественно объяснить ускорение реакции и образование более крупных полимермономерных сферических частиц в образцах, обработанных ультразвуком, тривиальными причинами: высокой дисперсностью исходной эмульсии и более равномерным распределением инициатора и эмульгатора. В работах Крууса с сотрудниками было высказано предположение о том, что под действием ультразвука инициируется полимеризация чистых мономеров: акрилонитрила, стирола, изопрена, метилметакрилата, а также некоторых ароматических соединений—нитробензола, бромбензола и др.