连续流超声波声化学微反应系统

大功率连续流超声波声化学微反应系统

一、概述：

超声波技术作为一种物理手段和工具，能够在化学反应的介质中产生一系列接近于极端的条件，这种能量不仅能够激发或促进许多化学反应、加快化学反应速度，甚至还可以改变某些化学反应的方向，产生一些令人意想不到的效果和奇迹。这就是声化学。声化学可应用于几乎所有的化学反应，如萃取与分离、合成与降解、生物柴油生产、治理微生物、降解有毒有机污染物、生物降解处理、生物细胞粉碎、分散和凝聚，等等。

先欧大功率连续流超声波声化学微反应系统，在不改变现有生产设备和工艺流程的情况下，通过简单安装就可将普通设备升级为带有超声波的先进化工设备。超声波功率大，投资少，安装简易，产量和效率得到明显的提高。

超声波技术还有一个突出的优点，那就是它没有运动部件，没有电磁辐射，安装固定非常简单，特别适合在高压高温、有毒、有爆炸危险的环境应用。

大功率超声波声聚能探头式声化学处理系统的另一个应用是在污水处理

和防垢除垢领域。众多专家学者已经做过大量的研究试验，证明超声波在管道和设备的防垢除垢方面卓有成效。功耗低，适应面广，安装简便，设备几乎不用做任何改装。

典型技术参数：

型号XO-UM1000 XO-UM2000 XO-UM3000 XO-UM5000 工作频率20KHz 20KHz 20KHz 20KHz

最大功率1000W 2000W 3000W 5000W

处理量L/h ≤50 ≤80 200-100 300-160

适用于实验室生产线，可以多台组合使用

反应釜15L，25L，50L，不锈钢

允许压力最大≥5 MPa

允许温度最大≥350℃

其它频率、功率和结构有特殊要求可以定制。

二、超声波基本原理及特性

超声波是指频率为2×104 Hz～107 Hz的声波，它超过了人耳收听频率的范围。超声波在液体媒质中传播时，通过机械作用、空化作用和热作用，产生力学、热学、光学、电学和化学等一系列效应。尤其是高功率的超声波，会产生强烈的空化作用，从而在局部形成瞬时高温，高压、真空和微射流。

超声波技术作为一种物理手段和工具,能够在化学反应常用的介质中产生一系列接近于极端的条件,这种能量不仅能够激发或促进许多化学反应、加快化学反应速度,甚至还可以改变某些化学反应的方向,产生一些令人意想不到的效果和奇迹。一般认为上述现象的发生主要源于超声的机械作用和空化作用，是它们改变了反应的条件和环境的结果。

机械作用--将超声波引入化学反应体系，超声波可使物质作剧烈强迫运动，产生单向力加速了物质的传递、扩散，可代替机械搅拌，能使物质从表面剥离，从而使界面更新。

空化作用--在一些情况下，超声效应的产生则要与空化机制相联系，声空化是指在声波作用下，存在于液体中的微小气泡（空穴）所发生的一系列动力学过程：振荡、扩大、收缩乃至崩溃。在发生空化处，液体局部的状态发生很大的变化，会产生极端的高温和高压。声化学的应用范围很广，涉及到生物化学、分析化学、催化化学、电化学、光化学、环境化学、矿物化学处理、萃取与分离、合成与降解，等等。

超声波化学萃取、生物柴油生产和声化学反应生物质提取所选取的频率范围为15KHz ～100KHz，其中频率20KHz左右的超声波使用最多。其主要原因是超声波系统频率低，功率相应大较，20k的超声波系统也是最成熟稳定的。国外的应用实践也证明20k最有效，并且已经大规模应用。

三、大功率连续流超声波声聚能探头式声化学处理系统详解：

基本构成：

大功率超声波声聚能探头式声化学处理系统由超声波振动部件和超声波专用驱动电源和反应釜三大部分构成：超声波振动部件主要包括大功率超声波换能器、变幅杆、工具头（发射头），用于产生超声波振动，并将此振动能量向液体中发射。换能器将输入的电能转换成机械能，即超声波。其表现形式是换能器在纵向作来回伸缩运动，振幅一般在几个微米。这样的振幅功率密度不够，是不能直接使用的。变幅杆按设计需要放大振幅，隔离反应溶液和换能器，同时也起到固定整个超声波振动系统的作用。工具头与变幅杆相连，变幅杆将超声波能量振动传递给工具头，再由工具头将超声波能量发射到化学反应液体中。

图中所示的是超声波声化学处理器的典型结构。根据实际生产设备的不同要求，超声波处理器的结构形式和尺寸可以作相应的变动。

超声波专用驱动电源（超声波发生器）包括整流电路，振荡电路，放大电路，反馈电路，跟踪电路、保护电路，匹配电路、显示仪表等。用于产生高频高功率电流，驱动超声波振动部件工作。超声波发生器的功率可调，以适应不同的工作状态。发生器内还可根据需要集成有时序控制器，设定控制超声波发振时间和间歇时间。

工作原理：

目前对超声化学的研究已涉及到化学、材料学、环保等许多领域，包括在有机合成、治理难生物降解有毒有机污染物方面的应用。超声波具传播方向性强、介质振动强度大、在液体中可产生空化现象等特点。超声作用可以促使常规条件下不能发生的化学反应发生或者提高现有的反应速度及反应程度。但这些并不是声波直接作用于反应物质的结果，一般认为上述现象的发生主要源于超声的机械作用和空化作用，是它们改变了反应的条件和环境的结果。

机械作用--将超声波引入化学反应体系，超声波可使物质作剧烈强迫运动，产生单向力加速了物质的传递、扩散，可代替机械搅拌，能使物质从表面剥离，从而使界面更新。

空化作用--在一些情况下，超声效应的产生则要与空化机制相联系，声空化是指在声波作用下，存在于液体中的微小气泡（空穴）所发生的一系列动力学过程：振荡、扩大、收缩乃至崩溃。

上述这两个作用是超声能加速和通启化学反应的主要动因。

3、工作方式：

大功率超声波声聚能探头式声化学处理系统可以有两种工作方式。

一种方式是被处理液体在正常的容器流通和反应中，超声波发射头插入该液体中，发射超声波。被处理的液体在容器中流过，同时就被强烈的超声波作用。反应容器大小或温度高低均可。一般而言，对同样大小的容器，液体的流量越小，或在容器中停留的时间越长，超声波作用的强度也越强，当然产量也越少。反之，控制超声波作用时间越短，则超声波作用强度就低，流量（即产量）就越高。这种方式也适用于防垢除垢应用。

另一种处理方式是配用先欧专用的超声波反应釜，构成一个完整的声化学反应器。被处理液体从反应釜的一端流入，经过超声波的作用后，再从另一端流出。这种方式对原化学系统的改动最小，效果立竿见影。

根据化学反应条件、材料和目的的不同，一般作如下的配备：

1000W以下系统：主要用于实验室和小型或中试系统

2000W系统：适用于最大产量不超过800 L/h的化学反应生产设备

3000W系统：适用于产量200-1000 L/h的化学反应生产设备

5000W系统：适用于产量300-1600 L/h的化学反应生产设备

一般一套超声波处理单元的最大功率不超过3000W。如果需要更大的功率，可以用多个单元组合。

四、主要技术指标：

可选频率范围：15KHz ～60 KHz。

常用频率：20KHz

每单元标称功率：1000W、2000W、3000W、5000W，频率越低，每单元功率越大；频率越高，每单元的功率越小。也可以多单元组合使用。

工具头（探头）材料：不锈钢，钛合金，也可根据用户特殊要求定制。

超声波振动部件典型尺寸：Φ160mm×800mm

超声波振动部件典型重量：12 kg

驱动电源：模拟式电源，数控式电源，频率自动跟踪、过流过压保护、功率大小可调。

驱动电源典型尺寸：350×250×120mm

驱动电源典型重量：18 kg

特别说明，超声波声化学应用没有统一的方式，应用要求也是千差万别，以上规格只是常用的一种。