CN204768634U - 一种超声波催化气液反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超声波催化气液反应器，包括反应器本体，所述反应器本体设有气体导入口、液体引入口、辅助添加料口、排液口和排渣口，所述反应器本体内壁上设有超声波发射器，所述超声波发射器包括直流电源、微控制器、放大电路和超声波输出电路，直流电源的输出端连接微控制器，微控制器的输出端连接放大电路，放大电路的输出端连接超声波输出电路。本实用新型提高了反应效率，同时超声波发射器发射的超声波信号有效催化了气液反应速率，提高反应效率，所述超声波发射器采用STC15F104E单片机，使该微控制器工作频率更高，产生的脉冲信号与其他同类方案相比较频率更加精确。

Description

一种超声波催化气液反应器

技术领域

本实用新型涉及化工设备领域，具体是一种超声波催化气液反应器。

背景技术

在化学、化工等生产过程中，气液反应器是常见的设备，气液反应器通过搅拌轴的机械搅拌，使反应器内的液体与气体充分的接触，减少液体中气泡的存在，提高了气液反应效率。

气液反应器一般设有搅拌轴，搅拌轴在反应器内部慢速搅拌，使反应器内各种反应持续进行，但是搅拌轴的搅拌完全依赖预先设定的转动频率，其智能化程度较低，反应器内气液反应的效率较低，导致获取的产品合格率较低。而且在气液反应过程中，需要添加其他液体催化剂或者材料时，需要通过引流管引入反应器内，通过搅拌轴一并搅拌，其利用率和时效性较差。现有技术中，有些设备将超声波引入到催化的领域，能够提高化学、化工反应的速率，超声波是指振动频率大于20KHz以上的,其每秒的振动次数(频率)甚高，超出了人耳听觉的一般上限(20KHz)，人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声和可闻声本质上是一致的，它们的共同点都是一种机械振动模式，通常以纵波的方式在弹性介质内会传播，是一种能量的传播形式，其不同点是超声波频率高、波长短，在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性。产生超声波的装置有机械型超声发生器(例如气哨、汽笛和液哨等)、利用电磁感应和电磁作用原理制成的电动超声发生器、以及利用压电晶体的电致伸缩效应和铁磁物质的磁致伸缩效应制成的电声换能器等。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种超声波催化气液反应器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种超声波催化气液反应器，包括反应器本体，所述反应器本体设有气体导入口、液体引入口、辅助添加料口、排液口和排渣口，所述反应器本体内壁上设有超声波发射器，所述超声波发射器包括直流电源、微控制器、放大电路和超声波输出电路，直流电源的输出端连接微控制器，微控制器的输出端连接放大电路，放大电路的输出端连接超声波输出电路，所述微控制器包括有芯片78L05的直流电源转换电路和有单片机STC15F104E的波形发生电路，芯片78L05的引脚8通过一个三极管Q8与直流电源的输出端连接，芯片78L05的引脚1输出直流稳压电源，芯片78L05的引脚2、引脚3、引脚6和引脚7接地；单片机STC15F104E的引脚2和电容C1连接后与引脚4一起接地，单片机STC15F104E的引脚7和引脚8与放大电路的输入端连接；所述液体引入口连接液体存储罐，所述辅助添加料口连接一真空泵，所述真空泵连接辅助剂存储罐,所述辅助添加料口进入所述反应器本体内部的部分设有若干个分支管口，所述反应器本体内部空腔中间位置还设有搅拌轴，所述搅拌轴连接一驱动轴，所述驱动轴连接执行电机，所述搅拌轴下端设有若干个搅拌叶片，所述搅拌轴上端设有一辅助添加料混合装置，所述辅助添加料混合装置与所述搅拌轴同轴转动，所述辅助添加料混合装置设有一圆盘机构，所述圆盘机构的中央位置设有一杯状机构，所述杯状机构圆周面上设有若干个紧密的圆孔，所述杯状机构与所述若干个分支管口相配合，所述若干个分支管口朝向所述杯状机构的内口，并围在所述搅拌轴的四周位置，所述圆盘机构沿所述杯状机构设有若干个薄壁叶片，所述薄壁叶片固定在所述杯状机构圆周面上。

作为本实用新型进一步的方案：所述辅助添加料混合装置与所述搅拌轴为一体结构。

作为本实用新型再进一步的方案：所述辅助添加料混合装置与所述搅拌轴为分体结构，所述辅助添加料混合装置套接在所述搅拌轴上。

作为本实用新型再进一步的方案：所述薄壁叶片为圆弧形。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：液反应器设有反应器本体，所述反应器本体设有气体导入曰口、液体引入口、辅助添加料口、排液口和排渣口，其中，辅助添加料口进入反应器本体内部空腔的部分设有若干个分支管口，所述分支管口与设置在搅拌轴上端的辅助添加料混合装置向配合，所述辅助添加料混合装置设有圆盘机构、杯状机构和薄壁叶片，所述杯状机构四周面设有若干紧密的圆孔，当对反应器内进行添加催化剂等辅助添加料时，能快速融入反应器内部的气液中，提高了反应效率，同时，所述反应器本体内部还设有超声波发射器，所述超声波发射器采用STC15F104E单片机，使该微控制器工作频率更高，产生的脉冲信号与其他同类方案相比较频率更加精确，从而使超声换能器的转换效率得到提高；另一个优点是该微控制器不需要外部晶振和复位电路，使得电路简单可靠，降低成本的同时更易于实施。同时在本实用新型方案里，采用间歇式的脉冲能延长超声换能器的使用寿命。

附图说明

图1为超声波催化气液反应器的结构示意图；

图2为超声波催化气液反应器中超声波发射器的结构示意图；

图3为图2中直流电源电路示意图；

图4为图2中微控制器电路示意图；

图5为图2中放大电路示意图；

图6为图2中超声波输出电路示意图；

图中：1-反应器本体、2-气体倒入口、3-液体倒入口、4-辅助添加料口、5-排液口、6-排渣口、7-液体存储罐、8-真空泵、9-辅助剂存储罐、10-分支管口、11-搅拌轴、12-驱动轴、13-执行电机、14-搅拌叶片、15-辅助添加料混合装置、16-超声波发射器、151-圆盘结构、152-杯状结构、153-薄壁叶片。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1-2，一种超声波催化气液反应器，包括反应器本体1，所述反应器本体1设有气体导入口2、液体引入口3、辅助添加料口4、排液口5和排渣口6，所述反应器本体1内壁上设有若干个超声波发射器16，所述超声波发射器16包括直流电源、微控制器、放大电路和超声波输出电路，直流电源的输出端连接微控制器，微控制器的输出端连接放大电路，放大电路的输出端连接超声波输出电路，超声波输出电路最终输出超声波；所述液体引入口3连接液体存储罐7，所述辅助添加料口4连接一真空泵8，所述真空泵8连接辅助剂存储罐9,所述辅助添加料口4进入所述反应器本体1内部的部分设有若干个分支管口10，所述反应器本体1内部空腔中间位置还设有搅拌轴11，所述搅拌轴11连接一驱动轴12，所述驱动轴12连接执行电机13，所述搅拌轴11下端设有若干个搅拌叶片14，所述搅拌轴11上端设有一辅助添加料混合装置15，所述辅助添加料混合装置15与所述搅拌轴11同轴转动，所述辅助添加料混合装置15设有一圆盘机构151，所述圆盘机构151的中央位置设有一杯状机构152，所述杯状机构152圆周面上设有若干个紧密的圆孔，所述杯状机构152与所述若干个分支管口10相配合，所述若干个分支管口10朝向所述杯状机构152的内口，并围在所述搅拌轴11的四周位置，图中为了辨别，仅仅示出其中一个分支管口，所述圆盘机构151沿所述杯状机构152设有若干个薄壁叶片153，所述薄壁叶片153固定在所述杯状机构152圆周面上。

请参阅图3，直流电源的电路主要包括变压器、整流桥和滤波器件。变压器的输入端连接市电220V，变压器的输出端连接整流桥进行全波整流，整流桥的输出端连接滤波电容C10进行滤波，最终输出直流电源。

请参阅图4，微控制器包括：有芯片78L05的直流电源转换电路和有单片机STC15F104E的波形发生电路。由芯片78L05将直流电源转换得到5V的直流稳压电源VCC。芯片78L05的引脚8通过一个三极管Q8与直流电源的输出端连接，芯片78L05的引脚1输出直流稳压电源，芯片78L05的引脚2、引脚3、引脚6和引脚7接地，单片机STC15F104E的引脚2和电容C1连接后与引脚4一起接地，单片机STC15F104E的引脚7和引脚8输出方形波。

请参阅图5，放大电路的输入端分别与单片机STC15F104E引脚7和引脚8连接。放大电路包括电阻和三极管放大电路，其中R16和R17为上拉电阻，使单片机STC15F104E能实现高低电平的输出。上拉电阻的输出端各连接两个三极管放大电路。其中，一个三极管放大电路的电路结构为：上拉电阻R16的输入端连接直流电源VCC，上拉电阻R16的输出端通过电阻R2与三极管Q2的基极连接，电阻R2的输出端通过电阻R4与三极管Q2的发射极连接，三极管Q2的发射极接地；三极管Q2的集电极通过电阻R6与直流电源VCC连接，通过电阻R8与三极管Q4的基极连接；三极管Q4的发射极与直流电源VCC连接，三极管Q4的基极与三极管Q6的基极连接，三极管Q4的发射极与三极管Q6的发射极连接，三极管Q6的集电极接地。另一个三极管放大电路的电路结构为：上拉电阻R17的输入端连接直流电源VCC，上拉电阻R17的输出端通过电阻R1与三极管Q1的基极连接，电阻R1的输出端通过电阻R3与三极管Q1的发射极连接，三极管Q1的发射极接地；三极管Q1的集电极通过电阻R5与直流电源VCC连接，通过电阻R7与三极管Q3的基极连接；三极管Q3的发射极与直流电源VCC连接，三极管Q3的基极与三极管Q5的基极连接，三极管Q3的发射极与三极管Q5的发射极连接，三极管Q5的集电极接地。两个三极管放大电路分别以高电平输出和以低电平输出。单片机STC15F104E输出的波形经过放大电路将输出功率放大，为超声波换能器提供超声波频率信号(40KHz)。

请参阅图6，超声波输出电路的输入端与放大电路的输出端连接,超声波输出电路的输入端电阻R10、R12和R14串联，电阻R19、R11和R13串联，把电阻R10、R12和R14组成的串联电路和电阻R19、R11和R13组成的串联电路进行并联，并联后与超声波换能器UT连接。电阻R15与超声波换能器UT连接，电阻R15和发光二极管D1串联后与三极管Q7的发射极连接，三极管Q7的基极和集电极与超声波换能器UT连接。超声波换能器UT把放大后的电能转变为超声波能量后，以超声波输出。

所述辅助添加料混合装置15与所述搅拌轴11为一体结构，即其成型时设置为一体结构。

当然，所述辅助添加料混合装置15与所述搅拌轴11可以设置为分体结构，所述辅助添加料混合装置15套接在所述搅拌轴11上，通过螺栓或者焊接等方式固定。

所述薄带叶片153可以设置为圆弧形，当然也可以是其他形状。

本实用新型的工作原理是：气体导入口和液体引入口分别将反应原料气体和液体引入反应器本体内的空腔内；准备工作，该准备工作包括设置温度参数、工作时间以及超声波发射频率等；开启执行电机和超声波发射器，执行电机给驭动轴产生一驭动力，驱动轴带动搅拌轴进行搅拌操作；同时，超声波发射器向反应器本体内发射超声波信号；在搅拌轴带动搅拌叶片对气液进行均匀搅拌，同时，在超声波信号的作用下，气液反应加快；当需要添加辅助添加料时，例如催化剂或者第三反应料时，则通过辅助添加料口进入反应器本体内，通过分支管口进入辅助添加料混合装置的杯状机构与搅拌轴之间所形成的空间内，当搅拌轴带动辅助添加料混合装置旋转时，辅助添加料通过杯状机构的圆孔流出，然后通过薄壁叶片均匀的甩入气液中，快速的加入气液反应中，提高了反应效率；排液口和排渣口分别在预订的时间对液体和渣滓进行排出，完成整体的气液反应。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (4)

1.一种超声波催化气液反应器，包括反应器本体，其特征在于，所述反应器本体设有气体导入口、液体引入口、辅助添加料口、排液口和排渣口，所述反应器本体内壁上设有超声波发射器，所述超声波发射器包括直流电源、微控制器、放大电路和超声波输出电路，直流电源的输出端连接微控制器，微控制器的输出端连接放大电路，放大电路的输出端连接超声波输出电路，所述微控制器包括有芯片78L05的直流电源转换电路和有单片机STC15F104E的波形发生电路，芯片78L05的引脚8通过一个三极管Q8与直流电源的输出端连接，芯片78L05的引脚1输出直流稳压电源，芯片78L05的引脚2、引脚3、引脚6和引脚7接地；单片机STC15F104E的引脚2和电容C1连接后与引脚4一起接地，单片机STC15F104E的引脚7和引脚8与放大电路的输入端连接；所述液体引入口连接液体存储罐，所述辅助添加料口连接一真空泵，所述真空泵连接辅助剂存储罐,所述辅助添加料口进入所述反应器本体内部的部分设有若干个分支管口，所述反应器本体内部空腔中间位置还设有搅拌轴，所述搅拌轴连接一驱动轴，所述驱动轴连接执行电机，所述搅拌轴下端设有若干个搅拌叶片，所述搅拌轴上端设有一辅助添加料混合装置，所述辅助添加料混合装置与所述搅拌轴同轴转动，所述辅助添加料混合装置设有一圆盘机构，所述圆盘机构的中央位置设有一杯状机构，所述杯状机构圆周面上设有若干个紧密的圆孔，所述杯状机构与所述若干个分支管口相配合，所述若干个分支管口朝向所述杯状机构的内口，并围在所述搅拌轴的四周位置，所述圆盘机构沿所述杯状机构设有若干个薄壁叶片，所述薄壁叶片固定在所述杯状机构圆周面上。

2.根据权利要求1所述的超声波催化气液反应器，其特征在于，所述辅助添加料混合装置与所述搅拌轴为一体结构。

3.根据权利要求1所述的超声波催化气液反应器，其特征在于，所述辅助添加料混合装置与所述搅拌轴为分体结构，所述辅助添加料混合装置套接在所述搅拌轴上。

4.根据权利要求1所述的超声波催化气液反应器，其特征在于，所述薄壁叶片为圆弧形。