Инфразвуковые аппараты (от лат. infra - ниже, под), машины или устройства, в которых для интенсификации технологических процессов в жидких средах используются низкочастотные акустические колебания (собственно инфразвуковые частотой до 20 Гц, звуковые частотой до 100 Гц) [10]. Колебания создаются непосредственно в обрабатываемой среде с помощью гибких излучателей различной конфигурации и формы или жестких металлических поршней, соединенных со стенками технологических емкостей через упругие элементы (напр., резиновые). Это дает возможность разгрузить от колебаний источника стенки инфразвуковых аппаратов, значительно уменьшает их вибрацию и уровень шума в производственных помещениях. В инфразвуковых аппаратах, как и в вибрационных и пульсационных аппаратах, возбуждаются колебания с большими амплитудами (от единиц до десятков мм). Однако малое поглощение инфразвука рабочей средой и возможность ее согласования с излучателем колебаний (подбор соответствующих параметров источника) и размерами аппаратов (для обработки заданных объемов жидкости) позволяют распространить возникающие при воздействии инфразвука так называемые нелинейные волновые эффекты на большие технологические объемы. Благодаря этому инфразвуковые аппараты принципиально отличаются от ультразвуковых, в которых жидкости обрабатываются в небольшом объеме. В инфразвуковых аппаратах реализуются следующие физические эффекты (один или несколько одновременно): кавитация, высокоамплитудное знакопеременное и радиационное (звукового излучения) давления, знакопеременные потоки жидкости, акустические течения (звуковой ветер), дегазация жидкости и образование в ней множества газовых пузырьков и их равновесных слоев, сдвиг фаз колебаний между взвешенными частицами и жидкостью. Эти эффекты значительно ускоряют окислительно-восстановительные, электрохимические и другие реакции, интенсифицируют в 2-4 раза промышленные процессы перемешивания, фильтрования, растворения и диспергирования твердых Материалов в жидкостях, разделения, классификации и обезвоживания суспензий, а также очистку деталей и механизмов и т.д. Применение инфразвука позволяет в несколько раз снизить удельную энерго- и металлоемкость и габаритные размеры аппаратов, а также обрабатывать жидкости непосредственно в потоке при транспортировании их по трубопроводам, что исключает установку смесителей и др. устройств. Одна из наиболее распространенных областей применения инфразвука - перемешивание суспензий посредством, например, так называемых трубных инфразвуковых аппаратов. Такая машина состоит из одного или нескольких последовательно соединенных гидропневматических излучателей и загрузочного устройства (рис 2) [11].

Рис. 2. Инфразвуковой аппарат для перемешивания суспензий:

1 - мембранный излучатель колебаний; 2 - модулятор сжатого воздуха; 3 - загрузочное устройство; 4 - компрессор.

Модулятор распределяет воздух таким образом, что каждая из двух цилиндрических резинокордных мембран излучателя колеблется в противофазе с соседней. Жидкость подается внутрь аппарата, где подвергается воздействию мощных низкочастотных колебаний, которые трансформируются в поперечные и продольные колебания частиц жидкости. Например, при подготовке в данном аппарате к флотации минеральной пульпы под действием инфразвука происходят мелкодисперсное эмульгирование флотореагентов, предварительная аэрация суспензии вследствие выделения из жидкости микропузырьков воздуха и интенсивное перемешивание пульпо-воздушной смеси. Для ситового разделения и сгущения суспензий из тонкоизмельченных материалов перспективно использование классификаторов-сгустителей. В таком аппарате благодаря непрерывной обработке суспензии инфразвуковыми колебаниями протекают физические процессы, влияющие на характер движения твердой и жидкой фаз и реологические свойства среды, а также непрерывно подвергается очистке (регенерируется) классифицирующий элемент. В отсутствие колебаний при движении суспензии через сито на его поверхности образуется плотный слой частиц, что приводит к постепенному закупориванию щелей и быстрому уменьшению скорости фильтрования дисперсионной среды. При включении возбудителя колебаний в щелях сита образуются микропотоки, направления которых знакопеременны по отношению к направлению основного потока суспензии. На первой стадии, когда направления микропотоков и главного потока совпадают, возникает перепад давлений, суммирующийся с гидростатическим давлением, что ускоряет фильтрование и разделение фаз. На второй стадии, когда направления микропотоков и основного потока противоположны, звуковое поле создает обратный импульс давления, под действием которого разрушается фильтрующий слой частиц, и они стряхиваются с поверхности сита, в результате чего последнее регенерируется. Другой вариант классификатора-сгустителя - аппарат с неподвижным, горизонтально расположенным сепарирующим элементом - сеткой (тканой металлической, капроновой, полиуретановой и др.), через которую под постоянным давлением движется восходящий поток суспензии. На сетке поток разделяется на два - проходящий и возвратный, который далее в виде сгущенной суспензии с крупными твердыми частицами удаляется через нижний разгрузочный узел. Классификатор может состоять из нескольких аналогичных секций.