Борис Кудрявцев - О неслышимых звуках

В некоторых случаях озвучивание значительно ускоряет важные для металлургии процессы, дает возможность осуществить их при более низких температурах.

При медленном охлаждении предварительно нагретых образцов стали происходит изменение кристаллической структуры металла. В определенных условиях озвучивание нагретого, но твердого образца стали вызывает уменьшение среднего размера микрокристалликов и улучшение механических свойств металла. В других условиях, наоборот, наблюдается рост более крупных кристаллов. Выяснение природы действия ультразвука на процессы, происходящие в металлах, будет способствовать более широкому использованию его в металлургической промышленности для получения высококачественных металлов и сплавов и интенсификации металлургических процессов.,

Ультразвуки обладают способностью ускорять, или, как говорят, интенсифицировать, многие важные для промышленности операции. На химических заводах сплошь и рядом приходится извлекать ценные вещества, растворенные в какой-либо жидкости. Иногда для этого жидкость смешивают с другой жидкостью, которая в ней не растворяется, но в которой растворяется извлекаемое вещество. Такой процесс называют экстракцией, он осуществляется в экстракционных колоннах, снабженных специальной насадкой или наполненных фарфоровыми кольцами.

Более легкую жидкость подводят к колонне снизу, более тяжелую — сверху. Проходя внутри колонны навстречу друг другу, жидкости хорошо перемешиваются, и растворенное вещество переходит из одной жидкости в другую. Чем труднее экстрагируется вещество, тем дольше должны жидкости находиться в соприкосновении друг с другом и тем выше должна быть колонна. Оказалось, что если заставить колонну совершать колебания, скорость экстракции значительно возрастет. Колебания колонны и наполняющей ее жидкости настолько ускоряют экстракцию, что высота колонны, необходимая для практически полного извлечения вещества, сокращается почти в три раза.

Еще эффективнее действуют ультразвуки в тех случаях, когда приходится извлекать ценные вещества, содержащиеся в клетках организмов животных и растений. С их помощью удается увеличить извлечение ценных белковых веществ из клеток дрожжей, ускорить выделение активных ферментов. Это свойство ультразвуков уже нашло себе практическое применение в пивоварении. Озвучивание горячей смеси, в которую добавлен хмель, позволяет, как утверждают работники предприятий, производящих пиво, сэкономить до 40 процентов хмеля в результате более полного извлечения из него ценных для пивоварения веществ.

Большие возможности для использования ускоряющего действия ультразвуков открываются в кожевенной промышленности. Прежде чем превратиться в красивые туфли или ботинки, шкура животного должна пройти сложную обработку: ее моют водой и щелочами, с нее удаляются волосы, кожу дубят, окрашивают и т. д. Как правило, большинство этих процессов протекает очень медленно. Ультразвуки могут их ускорять во много раз. Так, например, опытное дубление образца кожи, которое производилось при одновременном действии ультразвука, потребовало всего 18 часов, в то время как на контрольном образце, который не озвучивался, процесс закончился только через 114 часов. Озвучивание обеспечивает равномерную обработку всего образца. Можно предполагать, что ультразвуковые колебания будут ускорять и другие процессы кожевенного производства.

Опыты показали, что ультразвуковые и звуковые колебания ускоряют окраску различных тканей и поэтому могут использоваться для интенсификации процессов крашения. В некоторых случаях можно с равным успехом пользоваться как ультразвуковыми, так и звуковыми колебаниями, а в некоторых случаях, в частности при крашении трудноокрашиваемых тканей, только ультразвуковыми. Применение звуковых колебаний для ускорения крашения в больших промышленных масштабах пока затрудняется отсутствием соответствующих аппаратов и необходимостью выяснить некоторые технические и экономические вопросы.

Чем объясняется ускоряющее действие ультразвука, точно еще не выяснено. Вероятно, оно связано с изменениями в том слое, где соприкасаются две жидкости или жидкость и твердое тело. Эти же изменения, возможно, являются причиной увеличения скорости отдачи тепла нагретым телом окружающему его воздуху, если воздух заставить совершать звуковые колебания. Как показывают опыты, скорость отдачи тепла, при прочих равных условиях, увеличивается в несколько раз при обдувке нагретого тела воздухом, совершающим звуковые колебания. Правда, при ускорении теплоотдачи, возможно, играют значительную роль также те течения воздуха, которые возникают в нем при распространении интенсивных звуковых колебаний. Отдача тепла повышается и в том случае, если заставить колебаться само нагретое тело. Как предполагают, при этом прилегающий к телу нагретый слой растягивается, его граница как бы увеличивается. В зарубежной литературе есть сведения, что способность звуковых колебаний увеличивать теплоотдачу уже находит себе практическое применение.

В последние годы в различных областях техники большое значение приобрел особый процесс, с помощью которого измельченные твердые тела удается заставить течь по трубам так, как если бы они были жидкостью, скажем, нефтью или керосином. Этот процесс назвали флюидизацией, от латинского слова «флюид», что означает «истечение».

Флюидизация важна не только потому, что она облегчает транспортировку самых различных материалов, начиная от твердого топлива и кончая хлебным зерном, но и потому, что благодаря ей удается осуществить многие ценные химические превращения. Особенно велико ее значение при переработке нефти с целью получения бензина. В одном из подобных процессов необходимые для реакции вещества, так называемые катализаторы, находятся во флюидном состоянии.

С успехом используется флюидизация и в других отраслях химической промышленности: при газификации угля, обжиге руд, приготовлении некоторых ценных химических продуктов… Для того чтобы флюидизировать какой-либо материал, его измельчают, насыпают не очень толстым слоем на специальную решетку и затем создают мощный поток воздуха или какого-либо другого газа, который заставляет частицы твердого вещества как бы парить в воздухе. Толщина слоя твердого материала («подушки») при этом увеличивается, твердое вещество занимает больший объем, и вся масса материала приобретает способность течь вместе с потоком воздуха, наподобие жидкости.