CN104984700A - 一种间歇式超声波反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种间歇式超声波反应装置，包括保护罩、超声波声学系统、螺钉、第一节流阀、超声波发射槽、第一螺栓、四通分流管、压力喷头、第一紧固螺母、气液交换反应室、导气孔、第二螺栓、丝杠、第三螺栓、盖子、第二紧固螺母、支撑环、双螺母、第二节流阀、第三节流阀、第四节流阀、第五节流阀、增压泵、搅拌桨和循环储液槽；本发明通过超声波空化作用，反应液细化更均匀，更细微化；在结晶过程中，可以有效细化晶粒，防止晶粒进一步长大；可以及时更新催化剂表面，保持催化剂的活性；本装置可在污水处理、化工生产等大批量过程中广泛应用。

Description

一种间歇式超声波反应装置

技术领域

本发明涉及一种新型间歇式超声波反应装置，具体涉及一种间歇式超声波反应装置。

背景技术

现今在工业生产过程中，随着对安全、高效、清洁等要求的不断提高，一些过程强化技术及设备也越来越受到人们的重视。气、液、固三相体系是化工中最常见的体系，有效提高传质传热效率始终是该体系需要解决的问题。虽然固定床、流化床和超重力设备等装置获得了广泛的应用，特别是超重力设备通过旋转液体造成一种稳定的、可以调节的离心力场，强大的离心力使液体在巨大的剪切力和撞击下被拉伸成薄膜、细小的丝，产生了较大的相间接触面积，提高了传递速度，使得该设备在精馏、吸收和复反应等化工单元操作中气液两相的相对速度大大提高，但该装置仍然存在着结构复杂、耗能高、可靠性不及一般的塔设备，特别是液滴细化不足和细化不稳定，从而影响三相反应和传质效率等问题。

超声波在液体中通过高频率的振动，可以产生“空化效应”，即由超声波发生器发出的高频振荡信号通过超声波换能器转换成高频机械振荡而传播到液体中，使液体产生数以万计的微小气泡，当升压副值达到一定值时，气泡将迅速膨胀，然后突然闭合，在破裂的一瞬间产生强烈的冲击波和微射流。通过空化作用可以从本质上细化微粒、更新催化剂表面活性，从而加快反应速度，提高反应效率。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，设计了一种新型间歇式超声波声学系统并与气液交换反应器高效组合的反应装置。

本发明提供了一种间歇式超声波反应装置，包括保护罩、超声波声学系统、螺钉、第一节流阀、超声波发射槽、第一螺栓、四通分流管、压力喷头、第一紧固螺母、气液交换反应室、导气孔、第二螺栓、丝杠、第三螺栓、盖子、第二紧固螺母、支撑环、双螺母、第二节流阀、第三节流阀、第四节流阀、第五节流阀、增压泵、搅拌桨和循环储液槽；

所述的超声波发射槽的底部中心位置布置一个15kHz的超声波声学系统,周围对称布置四个20kHz的超声波声学系统；保护罩通过螺钉安装在超声波发射槽的底部；超声波发射槽左端为反应液入口D，入口端设有第一节流阀，右端为循环液体出口H；超声波发射槽上端通过第一螺栓与气液交换反应室相连，气液交换反应室包含气体入口C，循环气体入口J，循环气体出口F，气体分散器，上隔板和下隔板；八个压力喷头设置在上、下隔板之间，其中四个压力喷头设置在上隔板上，四个压力喷头绕同一圆心均匀分布，另外四个压力喷头设置在下隔板上，下隔板上的四个压力喷头与上隔板的压力喷头对应分布，压力喷头分别与上、下两个四通分流管连接，四通分流管通过第一紧固螺母分别固定于上下隔板上；下隔板上设有导流孔，导流孔通过管道引到气液交换反应室外，管道上设有节流阀；气体分散器设置在气液交换反应室内，支撑环通过第二螺栓与气液交换反应室上端连接；丝杠依次穿过第二紧固螺母、支撑环和上隔板，并用双螺母与上隔板固定，盖子通过第三螺栓与支撑环固定连接；超声波发射槽通过循环管道与循环储液槽连接，循环管道上设有第五节流阀，循环储液槽通过管道连接增压泵，循环储液槽内设有 搅拌桨，增压泵通过主管道分流成两个副管道，每根副管道与一个四通分流管连接；主管道上设有第四节流阀，一根副管道上设有第二节流阀，另一根副管道上设有第三节流阀。

本发明提供一种新型间歇式超声波反应装置。由于不同频率的超声波声学系统在液体中通过空化作用产生的效果不同，低频率的超声波声学系统作用在液体中产生空化越容易、力度大、空化内破裂也较强烈，但通过空化作用产生的空化泡较大，数量少，液体细化不足、不均匀；高频率的超声波声学系统通过空化作用产生的空化泡更小、更多且空化内破裂不那么强烈，适合于更细微化的分散。因此，本发明在超声波发射槽底部布置了5套超声波声学系统，中心布置1个15kHz超声波声学系统，四周对称布置4个20kHz超声波声学系统。工作时，首先打开15kHz的超声波声学系统，根据反应液的浓度和反应的要求不同，设置一定的工作时间，将反应液进行初步细化，然后关闭15kHz的超声波声学系统并同时打开两组对称布置的20kHz超声波声学系统中的一组，由于超声波声学系统不能连续长时间工作，所以工作一段时间后打开另一组20kHz超声波声学系统，这样通过两组20kHz超声波声学系统的间歇作用保证了反应液被连续细化，从而产生更多更小且更均匀的空化泡，从而将反应液深度细化，最后再同时打开所有超声波声学系统一段时间进行完全细化。

本发明中的气液交换反应室上隔板调节装置包括丝杠、紧固螺母、支撑板、双螺母，其中丝杠与上隔板空套连接，双螺母与上隔板底部留有一定间隙以便丝杠可以灵活转动。调节时，首先松开紧固螺母，然后拧动丝杠手柄，丝杠在转动过程中带动上隔板上下移动。待达到要求时，拧紧紧固螺母。

本发明提供一种新型间歇式超声波声学系统与气液交换反应器高效组合的反应装置，该装置实施步骤如下：

首先，将反应液注入超声波发射槽内，按照预先设置好的工作顺序打开相应的超声波声学系统，整个过程结束表示完成一次循环，继而进行下一次循环，待达到要求时将反应液放入循环储液槽内。

其次，打开增压泵将被细化的反应液从循环储液槽中抽出，并通过上下隔板上的压力喷头喷到气液交换反应室内，同时从气体入口通入反应气体，两股反应液相撞在一起，通过冲击作用形成无数微小的液滴，并与被分散的气体接触进行反应，最后通过气液交换反应室下隔板上的导流孔流出。

本发明与现有反应装置相比具有明显的效果：

①通过超声波空化作用，反应液细化更均匀，更细微化；

②在结晶过程中，可以有效细化晶粒，防止晶粒进一步长大；

③可以及时更新催化剂表面，保持催化剂的活性；

④本装置可在污水处理、化工生产等大批量过程中广泛应用。

附图说明

图1是超声波反应装置的主剖视图；

图2是丝杠连接的局部放大图；

图3是气液交换反应室的俯剖视图；

图4是超声波发射槽的俯剖视图；

图1中保护罩1，超声波声学系统2，螺钉3，第一节流阀4，超声波发射槽5，第一螺栓6，四通分流管7，压力喷头8，导流孔9，第一紧固螺母10，气体分散器11，气液交换反应室12，导气孔13，第二螺栓14，丝杠15，第三螺栓16，盖子17，第二紧固螺母18，支撑板19，上隔板20，双螺母21， 第二节流阀22，下隔板23，第三节流阀24，第四节流阀25，第五节流阀26，增压泵27，搅拌桨28，循环储液槽29

具体实施方式

如图1所示，本发明是一种间歇式超声波反应装置，包括保护罩1、超声波声学系统2、螺钉3、第一节流阀4、超声波发射槽5、第一螺栓6、四通分流管7、压力喷头8、导流孔9、第一紧固螺母10、气液交换反应室12、第二螺栓14、丝杠15、第三螺栓16、盖子17、第二紧固螺母18、支撑环19、双螺母21、第二节流阀22、第三节流阀24、第四节流阀25、第五节流阀26、增压泵27、搅拌桨28和循环储液槽29；

如图2、图3、图4所示，所述的超声波发射槽5的底部中心位置布置一个15kHz的超声波声学系统2,周围对称布置四个20kHz的超声波声学系统2。保护罩1通过螺钉3安装在超声波发射槽5的底部。超声波发射槽左端为反应液入口D，入口端设有第一节流阀4，右端为循环液体出口H。超声波发射槽5上端通过第一螺栓6与气液交换反应室12相连，气液交换反应室12包含气体入口C，循环气体入口J，循环气体出口F，气体分散器11，上隔板20，下隔板23；八个压力喷头8设置在上、下隔板之间，其中四个压力喷头8设置在上隔板上，四个压力喷头绕同一圆心均匀分布，另外四个压力喷头8设置在下隔板上，下隔板上的四个压力喷头与上隔板的压力喷头对应分布，压力喷头分别与上、下两个四通分流管7连接，四通分流管7通过第一紧固螺母10分别固定于上下隔板上；下隔板上设有导流孔9，导流孔通过管道引到气液交换反应室外，管道上设有节流阀；气体分散器11设置在气液交换反应室12内，支撑环19通过第二螺栓14与气液交换反应室上端连接；丝杠15依次穿过第二紧固螺母18、支撑环19和上隔板20，并用双螺母21与上隔板 固定，盖子17通过第三螺栓16与支撑环19固定连接。超声波发射槽5通过循环管道与循环储液槽29连接，循环管道上设有第五节流阀26，循环储液槽29通过管道连接增压泵27，循环储液槽29内设有搅拌桨28，增压泵27通过主管道分流成两个副管道，每根副管道与一个四通分流管8连接，主管道上设有第四节流阀25，一根副管道上设有第二节流阀22，另一根副管道上设有第三节流阀24。

工作时，首先设定超声波声学系统的工作顺序及相应的间歇工作时间，如表1所示，然后将反应液注入超声波发射槽5中，打开相应的超声波声学系统，经过多次的循环将反应液放入循环储液槽29中，同时再向超声波发射槽5中注入新的反应液进行超声波空化分散。经超声波声学系统空化分散的反应液通过增压泵27从循环储液槽29中抽出而进入气液交换反应室12，并通过固定于上下隔板上的压力喷头8喷出，两股液体相撞和冲击分散成无数微小的液滴，同时与被分散的气体接触，大大加快了反应过程，提高了反应效率。多余的气体经导流孔9排出。

超声波间歇工作状况表1

注：0表示处于停止状态；

1表示处于工作状态。

Claims (2)

1. 一种间歇式超声波反应装置，包括保护罩、超声波声学系统、螺钉、第一节流阀、超声波发射槽、第一螺栓、四通分流管、压力喷头、第一紧固螺母、气液交换反应室、导气孔、第二螺栓、丝杠、第三螺栓、盖子、第二紧固螺母、支撑环、双螺母、第二节流阀、第三节流阀、第四节流阀、第五节流阀、增压泵、搅拌桨和循环储液槽；

所述的超声波发射槽的底部中心位置布置一个15kHz的超声波声学系统,周围对称布置四个20kHz的超声波声学系统；保护罩通过螺钉安装在超声波发射槽的底部；超声波发射槽左端为反应液入口D，入口端设有第一节流阀，右端为循环液体出口H；超声波发射槽上端通过第一螺栓与气液交换反应室相连，气液交换反应室包含气体入口C，循环气体入口J，循环气体出口F，气体分散器，上隔板和下隔板；八个压力喷头设置在上、下隔板之间，其中四个压力喷头设置在上隔板上，四个压力喷头绕同一圆心均匀分布，另外四个压力喷头设置在下隔板上，下隔板上的四个压力喷头与上隔板的压力喷头对应分布，压力喷头分别与上、下两个四通分流管连接，四通分流管通过第一紧固螺母分别固定于上下隔板上；下隔板上设有导流孔，导流孔通过管道引到气液交换反应室外，管道上设有节流阀；气体分散器设置在气液交换反应室内，支撑环通过第二螺栓与气液交换反应室上端连接；丝杠依次穿过第二紧固螺母、支撑环和上隔板，并用双螺母与上隔板固定，盖子通过第三螺栓与支撑环固定连接；超声波发射槽通过循环管道与循环储液槽连接，循环管道上设有第五节流阀，循环储液槽通过管道连接增压泵，循环储液槽内设有搅拌桨，增压泵通过主管道分流成两个副管道，每根副管道与一个四通分流管连接。

2.根据权利要求1所述的一种间歇式超声波反应装置，其特征在于：所述的主管道上设有第四节流阀，一根副管道上设有第二节流阀，另一根副管道上设有第三节流阀。