CN1843611A - 一种夹套结构连续式平行正交多频声化学反应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种夹套结构连续式平行正交多频声化学反应装置，其配液槽与循环泵相连，循环泵、第一阀门、转子流量计、第二阀门依次连接，第二阀门与反应室入口连接，反应室出口与配液槽及排放槽连接；反应室为长方体形状，其中相对的两器壁上设置有超声波换能器组，超声波换能器组由若干组贴片式超声波换能器构成；反应室顶端上设置有一个探头式超声波换能器。本发明可单个开启或任意多个同时开启，而且能通过外部调节电流控制声功率，当采用平行或正交的超声波同时作用于反应物时，其声场范围更宽，分布更均匀，经过夹套结构冷却保持恒温反应，作用效果更好。本发明采用连续式设计，可广泛应用于声化学反应领域。

Description

一种夹套结构连续式平行正交多频声化学反应装置
技术领域
本发明属于超声化学反应装置领域，尤其涉及一种夹套结构连续式平行正交多频声化学反应装置。
背景技术
超声波是指频率比人耳所能听到的频率范围更高(即＞16～20KHz)的弹性波，超声化学是指利用超声波辐照加速化学反应、提高生产率的一门新兴的交叉学科。
声化学反应不是来自声波与物质分子的直接相互作用，因为在液体中常用的声波波长远远大于分子尺度。声化学反应主要源于声空化——液体中空腔的形成、振荡、生长、收缩至崩溃，及其引发的物理和化学反应。液体声空化的过程是集中声场能量并迅速释放的过程。空化崩溃时，极短时间在空化周围形成的极小空间内产生5000K以上的高温及大约50MPa的高压，温度变化率高达109K/s，并伴生强烈的冲击波和时速高达400km/h的射流，这不但可以加快反应容器内所进行的化学反应的速度，而且还为在一般条件下难以实现或不可能实现的化学反应提供了一种新的非常特殊的物理环境，开启了新的化学反应通道。
声化学的应用研究已在世界各国引起了高度重视，覆盖领域涉及生物化学、有机合成、高分子聚合和降解、分析化学、无机合成、电化学、光化学、立体化学、环境化学及改进化学工艺等方面。各种各样的声化学反应设备应然而生，但在声化作用热量移走，维持反应温度恒定、反应器中声能密度提高以及保持反应器稳定连续式工作方面现有的设备很难达到工业应用的需求。市面上的超声波设备大多是频率单一、能量密度低并间歇式操作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种夹套结构连续式平行正交多频声化学反应装置，该反应装置是一种多频率、功率可调范围大、能量利用率高的能满足各种化学反应需要的连续式恒温声化学反应设备。
为此，本发明采用的技术方案如下：
本发明主要包括配液槽、排放槽、循环泵、第一阀门、转子流量计、第二阀门和反应室，配液槽与循环泵相连，循环泵、第一阀门、转子流量计、第二阀门依次连接，第二阀门与反应室入口连接，反应室出口与配液槽及排放槽连接；所述反应室为长方体形状，其中相对的两器壁上设置有超声波换能器组，超声波换能器组由若干组贴片式超声波换能器构成；所述反应室顶端上设置有一个探头式超声波换能器，探头式超声波换能器的超声波发射头处在反应室顶部内。
为了在超声辐射时，可以通入氮气或其他气体，增加反应液体中的空化核数量，提高声化学产额，促进反应的效率，本反应装置可以在反应室底部设置有气体曝气管，在反应室顶部设置有气体出口。
本反应装置在没有换能器的器壁上设置了U型冷却水夹套，U型冷却水夹套贴着器壁，这样能够通过调节冷却水地流量控制反应溶液的温度，提高反应效率。
本反应装置在反应室有超声波换能器组的器壁上设置了视镜，通过视镜可以观察反应溶液受超声辐射时的变化情况。
所述探头式超声波换能器的工作频率可选用15KHz、20KHz、25KHz、30KHz、60KHz或100KHz等，所述若干组贴片式超声波换能器的工作频率可选用15KHz、20KHz、25KHz、30KHz、60KHz或100KHz等。
所述超声波换能器组为两组工作频率不同的贴片式超声波换能器时，其中一组的工作频率是60KHz，另一组的工作频率是100KHz，此时探头式超声波换能器的工作频率是30KHz。
本反应装置采用连续式工作设计，反应室设有反应液的出入口，反应液体能通过循环泵的输送不断地流经反应室，可以通过控制液体的流量来调节反应液在反应室经超声辐射的时间。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
(1)本发明构成超声波换能器组的超声波换能器既可以直接采用市售的现有产品，也可以采用另行设计的产品，超声波换能器的工作频率可以根据客户的要求选定，如15KHz或20KHz、25KHz、30KHz、60KHz、100KHz等。
(2)在使用本发明的反应装置时，利用连接电缆将超声波换能器组中的各超声波换能器与外设的超声波电源相连接，这样可以通过控制电流来选择开启不同的超声波换能器，本反应装置中的超声波换能器可以单个开启，也能任意多个同时开启，进行平行正交的声化学反应；而且能通过外部调节电流控制声功率，本设备最大电功率为300W，无极可调，可以根据实验的需要，选择不同的电功率进行作用，实验证明，当采用平行或正交的超声波同时作用于反应室中的化学反应物时，其声场范围更宽，分布更均匀，并且会产生“混合声场”效应，进一步增强超声波的作用效果，其效率大于各单频率作用的代数和；
(3)本反应装置采用连续式工作设计，与市面上设备的间歇式工作设计相比，可以连续进行反应，增大设备利用率和生产能力。
附图说明
图1是本发明的夹套结构连续式平行正交多频声化学反应装置的一种结构示意图；
图2是图1中反应室的正面示意图；
图3是图1中反应室的侧面示意图。
图中：1-配液槽  2-循环泵  3-第一阀门  4-转子流量计  5-第二阀门6-反应室  7-排放槽
6.1-气体出口  6.2-U型冷却水夹套  6.3-反应室出口  6.4-60KHz的贴片式超声波换能器  6.5-气体曝气管  6.6-反应室入口  6.7-100KHz的贴片式超声波换能器  6.8-视镜  6.9-30KHz的探头式超声波换能器
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述，但这个例子只是为了说明，不是对本发明的限制。
探头式超声波换能器的工作频率可选用15KHz、20KHz、25KHz、30KHz、60KHz或100KHz等，若干组帖片式超声波换能器的工作频率可选用15KHz、20KHz、25KHz、30KHz、60KHz或100KHz等。
本例子以含60KHz和100KHz的贴片式超声波换能器各一组为例，探头式超声波换能器工作频率为30KHz。
如图1、2和3所示，本发明的夹套结构连续式平行正交多频声化学反应装置主要包括配液槽1、排放槽7、循环泵2、第一阀门3、转子流量计4、第二阀门5和反应室6，配液槽1与循环泵2相连，循环泵2、第一阀门3、转子流量计4、第二阀门5依次连接，第二阀门5与反应室入口6.6连接，反应室出口6.3与配液槽1及排放槽7连接；反应室6为长方体形状，其中相对的两器壁上设置有超声波换能器组，超声波换能器组由工作频率为60KHz和100KHz的帖片式超声波换能器6.4及6.7构成；反应室6顶端上设置有一个工作频率为30KHz的探头式超声波换能器6.9，其超声波发射头处在反应室6顶部内。
反应室6底部设置有气体曝气管6.5，在反应室6顶部设置有气体出口6.1；本反应装置在没有换能器的器壁上设置了U型冷却水夹套6.2，U型冷却水夹套6.2贴着器壁；视镜6.8设置在每组帖片式超声波换能器之间。
配液槽1内的反应溶液在循环泵2的作用下经过第一阀门3与转子流量计4后经过第二阀门5到反应室入口6.6进入反应室6，反应室6的超声波换能器可以单个开启，也能任意多个同时开启，进行平行正交的声化学反应，电功率通过外部控制电路可实现无级可调，另外，在需要气体参加反应的时候，可以通过气体曝气管6.5将压缩气体或其他气体输入反应室6参与反应，多余气体从气体出口6.1排出。反应后的溶液经过管道输出，既可重新进入配液槽1，开始下一循环，或者也可以进入排放槽7用于它用。
实验证明，当采用平行或正交的超声波同时作用于反应室中的化学反应物时，其声场范围更宽，分布更均匀，并且会产生“混合声场”效应，进一步增强超声波的作用效果，其效率大于各单频率作用的代数和。
本反应装置采用连续式工作设计，经过夹套结构冷却保持恒温反应的溶液可以通过循环泵直接输送到下一流程，提高设备利用率和生产能力，可广泛应用于声化学反应领域。

Claims (6)

1.一种夹套结构连续式平行正交多频声化学反应装置，主要包括配液槽(1)、排放槽(7)、循环泵(2)、第一阀门(3)、转子流量计(4)、第二阀门(5)和反应室(6)，配液槽(1)与循环泵(2)相连，循环泵(2)、第一阀门(3)、转子流量计(4)、第二阀门(5)依次连接，第二阀门(5)与反应室入口(6.6)连接，反应室出口(6.3)与配液槽(1)及排放槽(7)连接；其特征在于所述反应室(6)为长方体形状，其中相对的两器壁上设置有超声波换能器组，超声波换能器组由若干组贴片式超声波换能器构成；所述反应室(6)顶端上设置有一个探头式超声波换能器，探头式超声波换能器的超声波发射头处在反应室(6)顶部内。
2.根据权利要求1所述的夹套结构连续式平行正交多频声化学反应装置，其特征在于所述反应室(6)底部设置有气体曝气管(6.5)，在反应室顶部设置有气体出口(6.1)。
3.根据权利要求1或2所述的夹套结构连续式平行正交多频声化学反应装置，其特征在于所述反应室(6)在没有换能器的器壁上设置了U型冷却水夹套(6.2)，U型冷却水夹套(6.2)贴着器壁。
4.根据权利要求1或2或3所述的夹套结构连续式平行正交多频声化学反应装置，其特征在于所述反应室(6)有超声波换能器组的器壁上设置了视镜(6.8)。
5.根据权利要求1或4所述的夹套结构连续式平行正交多频声化学反应装置，其特征在于所述探头式超声波换能器的工作频率选用15KHz、20KHz、25KHz、30KHz、60KHz或100KHz，所述若干组贴片式超声波换能器的工作频率选用15KHz、20KHz、25KHz、30KHz、60KHz或100KHz。
6.根据权利要求1或5所述的夹套结构连续式平行正交多频声化学反应装置，其特征在于所述超声波换能器组为两组工作频率不同的贴片式超声波换能器时，其中一组的工作频率是60KHz，另一组的工作频率是100KHz，此时探头式超声波换能器的工作频率是30KHz。
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