Реактор автоволнового процесса

(19) 1 3 19/О гЦ 3 МЯ САНИЕ ЕТЕНИЯ ЩЗИЕЛЬСТ.В ором реагента и подложку, к котороириложено отрицательное напряжение,енератор колебаний и усилитель,иСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ К АВТОРСКОМ,Ф СВ(54)(57) РЕАКТОР АВТОВОЛНОВОГО ПРОЦЕССА, содержащий корпус с расто т л и ч а ю щ и и с яс целью интенсификациисчет усиления концентраи генерации когерентныхложка выполнена с измен синусоидальному закону изменения . которой ра автоколебаний системы. тем, что,процессов зационных волнВОЛН у ПОДяющейся поолщиной,периоден периодуИзобретение относится к физическим и химическим процессам и аппаратурек ним и может быть использовано для усиления и генерации когерентных концентрационных волн,для локализации интенсивности реакции в химическом реак,торе.Целью изобретения является интенсификация процессов за счет усиления концентрационных волн и генерации когерентных,волн.На фиг.1 показана эквивалентная схема усилителя на отрицательном сопротивлении 1-( К), где У - входное напряжение на схеме; У - выходное напряжение на схеме; 2-гальванометр, 3- (К) - добавочное сопротивление.На фиг. 2 а и о показан элемент размерной подложки- проволоки с длиной волны Ъ: а) подложка получена при задержке импульса ультразвука на Х,= Т/2, где Т - период колебания, равный обратной величине частоты колебания:Т = 1 И; б) подложка получена при =Т.На фиг.3 показана зависимость коэффициента усиления от координаты размерной подложки из проволоки: .кривая 1 - подложка получена при К,=Т/2; кривая 2 - подложка получена при ,=Т;екривая 3 - равномерная подложка.На фиг,4 показана вольт-амперная характеристика (ВАХ) системы: кривая 1 - зависимость получена на обработанных участках подложки; кривая 2 - ВАХ получена на необработай.ных участках подложки.На фиг.5 показана принципиальная схема усилителя на размерной подложке в реакторе, включающая реактор 1, подложку 2, химические потенциометрические датчики- зонды 3, осциллограф 4, генератор ЗГ, переключатель 5 датчиков, переменное сопротивление 6(К=ООм), эталонное сопротивление 7 (Кэ=0,5 Ом), гальванометр 8.На фиг.6 показана экспериментальная зависимость К от координаты подложки: кривая 1 - размерная подложка получена при 7,=Т/2; кривая 2 -размерная подложка получена при,=Т; кривая 3 - равномерная по длине " подложка.На фиг.7 показана зависимость атчастоты внешнего сигнала:.кривая 1резонансная кривая получена при К==5,5 Ом; кривая 2 - резонансная кривая получена при К=5,5 Ом и дополнительной накачке на удвоенной резонансной частоте.На фиг.8 показана зависимость об. - ратной амплитуды случайных колебаний 1/4 от значения К: кривая 1 полученана равномерной по длине подложке;кривая 2 - на размерной подложке. 10 15 П р и м е р. Предлагаемое устройство выполнено в реакторе, заполненном 507.-ным раствором ортофосфорной кислоты. В качестве подложки используется медная проволока длиной более 8 см, исходная ее толщина 400 мкм, Для проведения опыта изготовлена размерная подложка-проволока, Для этого ее помещают в стеклянный капилляр ипогружают в реактор. Между подложкойи катодом из никеля подают электрическое смещение в интервале напряжений 2,3-2,6 В, в котором (ВАХ) системы имеет падающий участок М типа. 20 Тангенс угла наклона в этой области 50. Стробоскопическую импульсную активацию реакции ультразвуком ведут до получения постоянного значения разницы интенсивности реакции, измеренных в области активации и в облас ти без активации, что характеризуетполучение размерной подложки нужногокачества. При этом период подложки и длины волны травления составляет 25 ВАХ имеет отрицательный знак и размер.ьБность сопротивления К=( --- )=6 Ом,ь 1В системе возбуждения-концентрационные колебания, Для этогоподби рают величину эквивалентного сопротивления КК, Частота колебанийсоставляет 8-10 Гц. Для полученияразмерной подложки систему в реакторе дополнительно стробоскопически об лучают короткими импульсами ультразвука. Стробоскопический режим активации реакции травления на подложкеустанавливают с помощью химическихпотенциометрических датчиков-зондов,установленных на расстоянии 4 см другот друга в стеклянные капилляры вблизи подложки. Сигналы от датчиковвизируются на экране 2-лучевого ос циллографа типа С 1-18. Сдвиг сигналов датчиков от двух разнесенныхдатчиков составляет 0,08-0, 12 с, что3;дает ориентировочную скорость распространения волны травления ч=б=ВЪ== 33 - 625 см.Для того, чтобы систему с отрицательным сопротивлением Н типа привести к режиму усиления, необходимо подобрать величину эквивалентного нагрузочного сопротивления К с Ко.Коэффициент усиления по напряжению К схемы, составленной из обычного осопротивления К и К (фиг.1), расчитывается по формуле Пг / Ко/ц /-К +К/где Б - величина входного переменного напряжения на схеме;Ог - выходное напряжение на схеме.Из формулы (1) видно, что с ростом К до К уменьшается (6 К) = (-К +:+К) и, следовательно, растет К , т.е.о 1имеет место усиление,Однако закономерности усиленияизменяются, если используется размерная подложка. На последней, созданной из проволоки, интенсивностьреакции зависит от глубины обработки. Так как рельеф подложки изменяется вдоль длины с периодом длиныволны реакции % (фиг,2 ци о ), то соответственно изменяетея ВАХ и К.На участках подложки с малым диаметром уменьшается боковая поверхность,что эквивалентно появлению дополни. тельного сопротивления (на данном= 12-К, //К, /. 1 для упрощения выражения, имеем Поскольку диаметр размерной подложки изменяется периодически по длине, то соответственно изменяется значение отрицательного сопротивления К =К(1+м соз 2 о -) (2 а)ф/г о %ф ,. хили К =К (1+м з 1 п 2 о -). (26) где М - коэффициент модуляции отрицательного сопротивления, связанный с модуляцией дополнительного сопротивления, которое зависит от площади поверхности электрода в данном месте,Различия в записи связаны с режимами импульсной обработки подложки в .процессе ее создания. Подставляя полученные выражения (2 а и о ) в формулу расчета коэффициента усиления (1) и принимая во внимание, что К= -КтКоК (Зб)5 К(1+м з 1 п 2 о -)-КЯ 50 При измерениях коэффициента усиления частота внешнего генератора устанавливается равной частоте концентрационных колебаний. Оптимальное для измерений значение У подбирается пе ременным сопротивлением К. При этомнапряжение У можно измерять вдоль размерной подложки при йомощи датчиков, установленных в капиллярах. КоК (За);(/г . г хК (1+м соз 2-)-Ко яОИз полученной формулы (3 ци о )видно, что роль периодического слагаемого в знаменателе резко возрастает Опри КК . На фиг.З показано качествегоное изменение К , К , Ко в зависимости от координаты подложки. Такимобразом, при применении размернойподложки в схеме усиления на отрицательном сопротивлении возникает эависимость коэффициента усиления откоординаты подложки, что указываетна ее фазоизбирательные свойства.Экспериментальная проверка расчетов выполнена по схеме на фиг.5. Выходной сигнал П контролируется припомощи датчиков и осциллографатипа Ссогласно .схеме включенияна фиг.5. Рабочую точку системы на 25падающем участке ВАХ контролируютвольтметром постоянного напряженияБ типа ВКи гальванометром Г типаМ 95. ПеременнБ 1 й сигнал подается отгенератора напряжения ЗГи его величина контролируется дри помощивольтметра переменного сигнала Птипа В 3-5.На размерной подложке измеряютВАХ с исключением области, подвергнутой активации, или области, где 35 активация не проводится. Для этогоопределенную часть подложки покрывают химически стойким лаком. Из сравнения полученных двух ВАХ видно (фиг.4),что области подложки с малым диамет- .40 ром показывают большую крутизну падающего участка ВАХ, чем,участок подложки с большим диаметром, т.е.падаетпо величине на обработанных участкахподложки. Это можно объяснить тем, 45 что в механизме проводимости подложф 1ки. - раствор возрастает последователь"ное сопротивление, связанное с площадью боковой поверхности проволоки.25 30 40 45 50 На фиг.б показана зависимость от местоположения датчиков относительно конфигурации подложки, Коэффициент усиления зависит от координаты подложки и имеет максимум в области, где осуществлена активация травления при изготовлении размерной подложки (кривые 1 и 2 на фиг.б). В то же время наблюдается изменение И от местоположения контроля, если подложка равномерна по длине (кривая 3 на Фиг.б). При измерениях коэффициента усиления на подложках, полученных при разном времени задержки , импульсов ультразвука относительно концентрационного колебания, соответственно изменяется местоположение максимума (кривые 1 и 2 на фиг.б). Описанные свойства размерной подложки указывают на ее фазоизбирательные свойства.Далее проводят измерение коэффициента усиления в зависимости от частоты внешних сигналов. Выходной сигнал имеет частотно-избирательную характеристику типа резонансной с максимумом на частоте концентрационных автоколебаний (фиг;7). К резонансной электрохимической системе дополнительно подключают генератор, дающий накачку системы на удвоенной резонансной частоте К=2хГ 16 Гц. При этом коэффициент усиления на основной частоте резко возрастает, что указывает на параметрический механизм усиления сигналов на размерной подложке. Причина возникновения резонансных свойств на размерной подложке связана с ее фазосдвигающими свойствами, тогда как на частоте автоколебаний Е = -Ф где.ч -. скорость движения реакции на подложке, фазовый сдвиг с внешним , сигналом равен нулю. Параметрические свойства размерной подложки объясняются нелинейной зависимостью реак,ции от глубины обработки. 5 10 15 20 Центральным моментом самовозбуждения любых автоколебаний является переход от флюктационных гауссовских процессов к когерентному негауссовскому излучению. Для изучения этого переходного процесса внешний генератор отключают и измеряют зависимость амплитуды случайных колебаний при разных значениях как в случае размерной подложки, так и при равномерной по длине подложки, При приближении значений К-К амплитуда шумов возрастает и в пределе равна амплитуде автоколебаний (фиг.8, кривые 1 и 2). Однако на размерной подложке (фиг.8,Фкривая 2) амплитуда шумов значительно ниже, что объясняется фазоизбирательными свойствами, тормозящими развитие автоколебаний с произвольной Фазой.Таким образом, размерная подложка снижает интенсивность случайных концентрационных колебаний, фазы которых отличаются от характерной для данной размерной подложки, Тем самым размерная подложка автоматически регулирует образование когерентных концентрационных волн еще на этапе образования затухающих колебаний. Основной результат эксперимента состоит в том, что размерная подложка облегчает образование когерентных колебаний при прежних нагрузках, что видно по продолжению линейного участка зависимости величины обратной амплитуды шума от 2 на ось К графикана фиг,8. Экстраполяция кривой 2 пересекает ось К при меньшем значенииК, что указывает,на уменьшение К при размерной подложке, автоколебаниявозникают раньше при одной и той женагрузке.Способность размерной подложки локализовать в реакторе интенсивность отдельных реакций процесса позволит ,. применять ее- для разделения продуктов реакции в пространстве, что одновременно увеличит производительность предлагаемого реактора.1219131 и, и 4 б ираж 527 писн ВНИИПИ Заказ 1184/Филиал ППП "Патент",. Уигород, ул. Проектная