CN104722106A - 一种细微颗粒的超声分离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种细微颗粒的超声分离装置，其是在动态分离室的顶部加工进水口、与进水相对的一端底部依次加工有颗粒出口和出水口，在颗粒出口的前端水平设置有反射板，在动态分离室的顶部与反射板正对的位置设置有第一超声换能器，在动态分离室的出水口处设置有第二超声换能器，在动态分离室的进水口处与第二超声换能器正对的位置设置有吸声板，本发明采用低频驻波和高频行波联合的方法大大缩短处理时间和设备成本，整个结构紧凑，能够分离流场中的细微颗粒，即使是极少数目也能被分离，而且分离时间短，分离效果好。
Description
技术领域
本发明属于物理分离设备研究技术领域，具体涉及一种利用超声分离悬浮于流体中细微小颗粒的超声分离装置。
背景技术
针对各种生产过程中所产生的细微颗粒污染物，传统的方法就是利用陶瓷过滤器吸附、微细气泡吸附以及利用流体与细小夹杂物之间的密度差自然沉淀等方法去除.也有采用电场]或磁场去除流体中的微小夹杂物的技术.但当颗粒物的粒径小于60μm时，这些技术所获得的效果并不理想.随着超声技术的发展，利用超声波去除悬浮液中的微粒、气泡或液滴的新方法越来越被人们所重视.但目前的研究者基本采用驻波或行波的方法分离流体中的微小颗粒，传统的超声分离细微颗粒，利用的颗粒在声压波腹或声压波节处聚集而生成较大的颗粒并在重力作用下最后沉淀下来，且条件必须是流体中细微颗粒数目很多，这样细微颗粒才会有机会碰撞聚集而形成大团块的颗粒沉淀下来。但是当流体中细微颗粒由于数目少，碰撞的机会就会减少，聚集生成的大团块颗粒沉淀下来的数量也很少，这样仍有细微颗粒悬浮于流体之中，就算细微颗粒最后也能聚集成大的团块而沉淀下来，但分离时间也很长，且整个处理装置庞大，因此，理论和实验证实单纯的驻波或行波在短时间内是很难将颗粒分离，且设备比较庞大，造成成本高，维修费用高，能耗也大。
发明内容
为了克服现有的超声分离小颗粒的水处理设备所存在的不足，本发明提供了一种能够将动态水流中悬浮的微小颗粒快速分离且分离效果好的超声分离装置。
本发明实现上述技术所采用的技术方案是该细微颗粒的超声分离装置是在动态分离室的顶部加工进水口、与进水相对的一端底部依次加工有颗粒出口和出水口，在颗粒出口的前端水平设置有反射板，在动态分离室的顶部与反射板正对的位置设置有第一超声换能器，第一超声换能器的声波方向与水流方向垂直，在动态分离室的出水口处设置有第二超声换能器，第二超声换能器的声波方向与水流方向平行，在动态分离室的进水口处与第二超声换能器正对的位置设置有吸声板。
还可以在动态分离室的顶部与颗粒出口正对的位置设置有第三超声换能器，第三超声换能器的声波方向与水流方向垂直且与颗粒出口处颗粒流动方向一致。
上述第三超声换能器的频率优选4～7MHz，声压优选1×105～2.5×105Pa。
上述第一超声换能器与反射板之间的距离最好等于第一超声换能器声波的波长。
上述反射板的长度与第一超声换能器的总长度相等。
上述第一超声换能器的频率优选20～50KHz，能量密度优选12～42J/m3，第二超声换能器的频率优选2～5MHz，声压优选1×105～2.5×105Pa。
本发明的细微颗粒的超声分离装置是利用声波在管道里形成驻波，声驻波的形成会导致介质中细微的颗粒在声辐射力的作用下向波节或波腹迁移(由颗粒的密度决定是向波节还是向波腹移动)，大量颗粒聚集并碰撞形成重力更大的颗粒群，最后在重力作用沉降下来，从而达到分离的目的；本发明采用低频驻波和高频行波联合的方法大大缩短处理时间和设备成本，处理效率高，整个设备结构紧凑，更重要的是能够分离流场中的细微颗粒，即使是极少数目也能被分离，而且分离时间短，分离效果好。
附图说明
图1为实施例1的装置结构示意图。
图2为实施例4的装置结构示意图。
具体实施方式
现结合附图和实施例对本发明的技术方案进行进一步说明，但是本发明不仅限于下述的实施情形。
实施例1
由图1可知，本实施例的细微颗粒的超声分离装置是由动态分离室1、第一超声换能器3、第二超声换能器6、吸声板4、反射板5以及第三超声换能器2组成。
本实施例的动态分离室1是高为40mm，长为1600mm，宽为210mm，截面为方形结构，在其左端顶部加工有一个进水口a，在右端底部加工有一个出水口c，在出水口c的前端加工有颗粒出口b，在进水口a处的顶壁上并列安装有22个频率为40KHz、能量密度为12J/m3的第一超声换能器3，该第一超声换能器3是采用压电换能器，其声波方向与水流方向垂直，其总长为1300mm，每个第一超声换能器3的辐射面的直径为100mm，相邻的第一超声换能器3之间的间距为10mm，处理时间为51s左右，在颗粒出口b的前端动态分离室1的底部安装有反射板5，反射第一超声换能器3产生的声波，使水流中的颗粒经过第一超声换能器3，在其声压波腹或声压波节处聚集，该反射板5的长为1300mm，宽为210mm，厚度为2mm，是采用不锈刚材料制成的平面板，为了保证最佳的处理效果，控制反射板5与第一超声换能器3之间的距离约为第一超声换能器3的声波的波长。为了使聚集的颗粒能够顺利排出，在动态分离室1的顶部与颗粒出口b正对的位置安装第三超声换能器2，该第三超声换能器2长为100mm，声波方向与水流方向垂直、与颗粒流动方向一致，在颗粒的上方施加向下的推力，其频率为7MHz，声压为2.5×105Pa，处理时间只需要14s，为了保证颗粒分离彻底，在出水口c处的动态分离室1内壁上还安装有一个第二超声换能器6，其长为210mm，频率为5MHz，声压为2.5×105Pa，其声波方向与水流方向平行且相反，使初步分离后的水流中残留的微小颗粒能够在第二超声换能器6的声压波腹或声压波节处聚集，并返回至颗粒出口b处，处理时间为46s左右，为了避免第二超声换能器6产生驻波，在进水口a端与第二超声换能器6正对的位置安装有吸声板4，该吸声板4长为210mm，宽为40mm，厚度为10mm，使采用橡胶材料制成。
本实施例的细微颗粒的超声分离装置在使用时是安装在洗煤厂污水排放段用来除去悬浮的细煤尘，也可安装在火力发电厂的灰尘排放口等一切具有向环境排放细微颗粒的单位，其进水口与洗煤厂的污水排放口连通，颗粒出口与颗粒收集装置连通，开启第一超声换能器3使细微颗粒在超声波作用下在声压波腹或声压波节处聚集，形成较大颗粒在第三超声换能器的推动下从颗粒出口排出，未分离完全的微小颗粒在第二超声换能器的作用下聚集成较大颗粒并返回颗粒出口排出。
实施例2
本实施例的动态分离室1是高为75mm，长为2100mm，宽为210mm，截面为方形结构，在其左端顶部加工有一个进水口a，在右端底部加工有一个出水口c，在出水口c的前端加工有颗粒出口b，在进水口a处的顶壁上并列安装有32个频率为20KHz、能量密度为12J/m3的第一超声换能器3，该第一超声换能器3是采用压电换能器，其声波方向与水流方向垂直，其总长为1800mm，每个第一超声换能器3的辐射面的直径为100mm，相邻的第一超声换能器3之间的间距为10mm，处理时间为49s左右，在颗粒出口b的前端动态分离室1的底部安装有反射板5，该反射板5的长为1800mm，宽为210mm，厚度为2mm，是采用不锈刚材料制成的平面板，反射板5与第一超声换能器3之间的距离约等于第一超声换能器3的声波的波长。在动态分离室1的顶部与颗粒出口b正对的位置安装第三超声换能器2，该第三超声换能器2长为100mm，频率为5MHz，声压为1.8×105Pa，其声波方向与水流方向垂直、与颗粒流动方向一致，在出水口c处的动态分离室1内壁上还安装有一个第二超声换能器6，其长为210mm，频率为3MHz，声压为2×105Pa，其声波方向与水流方向平行且相反，在进水口a端与第二超声换能器6正对的位置安装有吸声板4，该吸声板4长为210mm，宽为75mm，厚度为10mm，使采用橡胶材料制成。
其他的部件及连接关系与实施例1相同。
实施例3
本实施例中，动态分离室1是高为30mm，长为1980mm，宽为210mm，截面为方形结构，在其左端顶部加工有一个进水口a，在右端底部加工有一个出水口c，在出水口c的前端加工有颗粒出口b，在进水口a处的顶壁上并列安装有30个频率为50KHz、能量密度为12J/m3的第一超声换能器3，该第一超声换能器3是采用压电换能器，其声波方向与水流方向垂直，其总长为1680mm，每个第一超声换能器3的辐射面的直径为100mm，相邻的第一超声换能器3之间的间距为10mm，处理时间为48s左右，在颗粒出口b的前端动态分离室1的底部安装有反射板5，该反射板5的长为1680mm，宽为210mm，厚度为2mm，是采用不锈刚材料制成的平面板，反射板5与第一超声换能器3之间的距离等于第一超声换能器3的声波的波长。在动态分离室1的顶部与颗粒出口b正对的位置安装第三超声换能器2，该第三超声换能器2长为100mm，声波方向与水流方向垂直、与颗粒流动方向一致，在颗粒的上方施加向下的推力，其频率为4MHz，声压为1×105Pa，处理时间只需要14s，在出水口c处的动态分离室1内壁上还安装有一个第二超声换能器6，其长为210mm，频率为2MHz，声压为1×105Pa，其声波方向与水流方向相反，在进水口a端与第二超声换能器6正对的位置安装有吸声板4，该吸声板4长为210mm，宽为30mm，厚度为10mm，使采用橡胶材料制成。
其他的部件及连接关系与实施例1相同。
实施例4
参见图2，本实施例中动态分离室1是高为40mm，长为1600mm，宽为210mm，截面为方形结构，在其左端顶部加工有一个进水口a，在右端底部加工有一个出水口c，在出水口c的前端加工有颗粒出口b，在进水口a处的顶壁上并列安装有20个频率为40KHz、能量密度为42J/m3的第一超声换能器3，该第一超声换能器3是采用压电换能器，其声波方向与水流方向垂直，其总长为1065mm，每个第一超声换能器3的辐射面的直径为100mm，相邻的第一超声换能器3之间的间距为10mm，处理时间为51s左右，在颗粒出口b的前端动态分离室1的底部安装有反射板5，该反射板5的长为1065mm，宽为210mm，厚度为2mm，是采用不锈刚材料制成的平面板，反射板5与第一超声换能器3之间的距离等于第一超声换能器3的声波的波长。在出水口c处的动态分离室1内壁上还安装有一个第二超声换能器6，其长为210mm，频率为5MHz，声压为2×105Pa，其声波方向与水流方向相反，使初步分离后的水流中残留的微小颗粒能够在第二超声换能器6的声压波腹或声压波节处聚集，并返回至颗粒出口b处，为了避免第二超声换能器6产生驻波，在进水口a端与第二超声换能器6正对的位置安装有吸声板4，该吸声板4长为210mm，宽为40mm，厚度为10mm，使采用橡胶材料制成。
上述实施例仅是对于本发明的技术方案而言相对较佳的实施情行，在本发明的技术方案启示下所做的简单技术手段的变换或组合，均属于本发明的构思。
Claims (6)
1.一种细微颗粒的超声分离装置，其特征在于在动态分离室(1)的顶部加工进水口、与进水相对的一端底部依次加工有颗粒出口和出水口，在颗粒出口的前端水平设置有反射板(5)，在动态分离室(1)的顶部与反射板(5)正对的位置设置有第一超声换能器(3)，第一超声换能器(3)的声波方向与水流方向垂直，在动态分离室(1)的出水口处设置有第二超声换能器(6)，第二超声换能器(6)的声波方向与水流方向平行，在动态分离室(1)的进水口处与第二超声换能器(6)正对的位置设置有吸声板(4)。
2.根据权利要求1所述的细微颗粒的超声分离装置，其特征在于：在动态分离室(1)的顶部与颗粒出口正对的位置设置有第三超声换能器(2)，第三超声换能器(2)的声波方向与水流方向垂直且与颗粒出口处颗粒流动方向一致。
3.根据权利要求2所述的细微颗粒的超声分离装置，其特征在于：第三超声换能器(2)的频率为4～7MHz，声压为1×105～2.5×105Pa。
4.根据权利要求1所述的细微颗粒的超声分离装置，其特征在于：所述第一超声换能器(3)与反射板(5)之间的距离等于第一超声换能器(3)声波的波长。
5.根据权利要求1所述的细微颗粒的超声分离装置，其特征在于：所述反射板(5)的长度与第一超声换能器(3)的总长度相等。
6.根据权利要求1所述的细微颗粒的超声分离装置，其特征在于：所述第一超声换能器(3)的频率为20～50KHz，能量密度为12～42J/m3，第二超声换能器(6)的频率为2～5MHz，声压为1×105～2.5×105Pa。
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