大功率超聲波聲聚焦探頭式聲化學(xué)處

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大功率超聲波聲聚焦探頭式聲化學(xué)處理系統(tǒng)V2.0

一、概述：

超聲波技術(shù)作為一種物理手段和工具，能夠在化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)中產(chǎn)生一系列接近于極端的條件，這種能量不僅能夠激發(fā)或促進(jìn)許多化學(xué)反應(yīng)、加快化學(xué)反應(yīng)速度，甚至還可以改變某些化學(xué)反應(yīng)的方向，產(chǎn)生一些令人意想不到的效果和奇跡。這就是聲化學(xué)。聲化學(xué)可應(yīng)用于幾乎所有的化學(xué)反應(yīng)，如萃取與分離、合成與降解、生物柴油生產(chǎn)、治理微生物、降解有毒有機(jī)污染物、生物降解處理、生物細(xì)胞粉碎、分散和凝聚，等等。

國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的聚焦探頭式大功率超聲波聲化學(xué)處理設(shè)備，不改變客戶現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備和工藝流程，通過(guò)簡(jiǎn)單的安裝就可將你的普通設(shè)備升級(jí)為帶有超聲波的先進(jìn)化工設(shè)備。超聲波功率大，投資少、安裝簡(jiǎn)易、產(chǎn)量和效率得到明顯的提高。

超聲波技術(shù)還有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)，那就是它沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，沒(méi)有電磁輻射，安裝固定非常簡(jiǎn)單，特別適合在高壓高溫、有毒、有爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境應(yīng)用。

超聲化學(xué)處理系統(tǒng)的另一個(gè)應(yīng)用是在污水處理和防垢除垢領(lǐng)域。眾多專家學(xué)者已經(jīng)做過(guò)大量的研究試驗(yàn)，證明超聲波在管道和設(shè)備的防垢除垢方面卓有成效。功耗低，適應(yīng)面廣，安裝簡(jiǎn)便，設(shè)備幾乎不用做任何改裝。

典型技術(shù)參數(shù)：

其它頻率、功率和結(jié)構(gòu)有特殊要求可以定制。

二、超聲波基本原理及特性

超聲波是指頻率為2×104 Hz～107 Hz的聲波，它超過(guò)了人耳收聽(tīng)頻率的范圍。超聲波在液體媒質(zhì)中傳播時(shí)，通過(guò)機(jī)械作用、空化作用和熱作用，產(chǎn)生力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)和化學(xué)等一系列效應(yīng)。尤其是高功率的超聲波，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的空化作用，從而在局部形成瞬時(shí)高溫，高壓、真空和微射流。

超聲波技術(shù)作為一種物理手段和工具,能夠在化學(xué)反應(yīng)常用的介質(zhì)中產(chǎn)生一系列接近于極端的條件,這種能量不僅能夠激發(fā)或促進(jìn)許多化學(xué)反應(yīng)、加快化學(xué)反應(yīng)速度,甚至還可以改變某些化學(xué)反應(yīng)的方向,產(chǎn)生一些令人意想不到的效果和奇跡。一般認(rèn)為上述現(xiàn)象的發(fā)生主要源于超聲的機(jī)械作用和空化作用，是它們改變了反應(yīng)的條件和環(huán)境的結(jié)果。

    機(jī)械作用--將超聲波引入化學(xué)反應(yīng)體系，超聲波可使物質(zhì)作劇烈強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生單向力加速了物質(zhì)的傳遞、擴(kuò)散，可代替機(jī)械攪拌，能使物質(zhì)從表面剝離，從而使界面更新。

    空化作用--在一些情況下，超聲效應(yīng)的產(chǎn)生則要與空化機(jī)制相聯(lián)系，聲空化是指在聲波作用下，存在于液體中的微小氣泡（空穴）所發(fā)生的一系列動(dòng)力學(xué)過(guò)程：振蕩、擴(kuò)大、收縮乃至崩潰。在發(fā)生空化處，液體局部的狀態(tài)發(fā)生很大的變化，會(huì)產(chǎn)生極端的高溫和高壓。

 聲化學(xué)的應(yīng)用范圍很廣，涉及到生物化學(xué)、分析化學(xué)、催化化學(xué)、電化學(xué)、光化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、礦物化學(xué)處理、萃取與分離、合成與降解，等等。

 超聲波化學(xué)萃取、生物柴油生產(chǎn)和聲化學(xué)反應(yīng)生物質(zhì)提取所選取的頻率范圍為15KHz～ 100KHz，其中頻率20KHz左右的超聲波使用最多。其主要原因是超聲波系統(tǒng)頻率低，功率相應(yīng)大較，20k的超聲波系統(tǒng)也是最成熟穩(wěn)定的。國(guó)外的應(yīng)用實(shí)踐也證明20k最有效，并且已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用。

    三、大功率超聲波聚焦探頭式化學(xué)處理系統(tǒng)詳解：

基本構(gòu)成：

大功率超聲波聲化學(xué)處理系統(tǒng)由超聲波振動(dòng)部件和超聲波專用驅(qū)動(dòng)電源和反應(yīng)釜三大部分構(gòu)成：超聲波振動(dòng)部件主要包括大功率超聲波換能器、變幅桿、工具頭（發(fā)射頭），用于產(chǎn)生超聲波振動(dòng)，并將此振動(dòng)能量向液體中發(fā)射。換能器將輸入的電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，即超聲波。其表現(xiàn)形式是換能器在縱向作來(lái)回伸縮運(yùn)動(dòng)，振幅一般在幾個(gè)微米。這樣的振幅功率密度不夠，是不能直接使用的。變幅桿按設(shè)計(jì)需要放大振幅，隔離反應(yīng)溶液和換能器，同時(shí)也起到固定整個(gè)超聲波振動(dòng)系統(tǒng)的作用。工具頭與變幅桿相連，變幅桿將超聲波能量振動(dòng)傳遞給工具頭，再由工具頭將超聲波能量發(fā)射到化學(xué)反應(yīng)液體中。

超聲波專用驅(qū)動(dòng)電源（超聲波發(fā)生器）包括整流電路，振蕩電路，放大電路，反饋電路，跟蹤電路、保護(hù)電路，匹配電路、顯示儀表等。用于產(chǎn)生高頻高功率電流，驅(qū)動(dòng)超聲波振動(dòng)部件工作。超聲波發(fā)生器的功率可調(diào)，以適應(yīng)不同的工作狀態(tài)。發(fā)生器內(nèi)還可根據(jù)需要集成有時(shí)序控制器，設(shè)定控制超聲波發(fā)振時(shí)間和間歇時(shí)間。

工作原理：

    目前對(duì)超聲化學(xué)的研究已涉及到化學(xué)、材料學(xué)、環(huán)保等許多領(lǐng)域，包括在有機(jī)合成、治理難生物降解有毒有機(jī)污染物方面的應(yīng)用。超聲波具傳播方向性強(qiáng)、介質(zhì)振動(dòng)強(qiáng)度大、在液體中可產(chǎn)生空化現(xiàn)象等特點(diǎn)。超聲作用可以促使常規(guī)條件下不能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生或者提高現(xiàn)有的反應(yīng)速度及反應(yīng)程度。但這些并不是聲波直接作用于反應(yīng)物質(zhì)的結(jié)果，一般認(rèn)為上述現(xiàn)象的發(fā)生主要源于超聲的機(jī)械作用和空化作用，是它們改變了反應(yīng)的條件和環(huán)境的結(jié)果。

    機(jī)械作用--將超聲波引入化學(xué)反應(yīng)體系，超聲波可使物質(zhì)作劇烈強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生單向力加速了物質(zhì)的傳遞、擴(kuò)散，可代替機(jī)械攪拌，能使物質(zhì)從表面剝離，從而使界面更新。

    空化作用--在一些情況下，超聲效應(yīng)的產(chǎn)生則要與空化機(jī)制相聯(lián)系，聲空化是指在聲波作用下，存在于液體中的微小氣泡（空穴）所發(fā)生的一系列動(dòng)力學(xué)過(guò)程：振蕩、擴(kuò)大、收縮乃至崩潰。

上述這兩個(gè)作用是超聲能加速和通啟化學(xué)反應(yīng)的主要?jiǎng)右颉?/span>

3、工作方式：

聚焦探頭式大功率超聲波聲化學(xué)處理系統(tǒng)可以有兩種工作方式。

一種方式是被處理液體在正常的容器流通和反應(yīng)中，超聲波發(fā)射頭插入該液體中，發(fā)射超聲波。被處理的液體在容器中流過(guò)，同時(shí)就被強(qiáng)烈的超聲波作用。反應(yīng)容器大小或溫度高低均可。一般而言，對(duì)同樣大小的容器，液體的流量越小，或在容器中停留的時(shí)間越長(zhǎng)，超聲波作用的強(qiáng)度也越強(qiáng)，當(dāng)然產(chǎn)量也越少。反之，控制超聲波作用時(shí)間越短，則超聲波作用強(qiáng)度就低，流量（即產(chǎn)量）就越高。這種方式也適用于防垢除垢應(yīng)用。

另一種處理方式是配用我公司專用的超聲波反應(yīng)釜，構(gòu)成一個(gè)完整的聲化學(xué)反應(yīng)器。被處理液體從反應(yīng)釜的一端流入，經(jīng)過(guò)超聲波的作用后，再?gòu)牧硪欢肆鞒?。這種方式對(duì)原化學(xué)系統(tǒng)的改動(dòng)最小，效果立竿見(jiàn)影。

根據(jù)化學(xué)反應(yīng)條件、材料和目的的不同，一般作如下的配備：

1000W以下系統(tǒng)：主要用于實(shí)驗(yàn)室和小型或中試系統(tǒng)

2000W系統(tǒng)：適用于最大產(chǎn)量不超過(guò)800  L/h的化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)設(shè)備

3000W系統(tǒng)：適用于產(chǎn)量 200-1000  L/h的化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)設(shè)備

4000W系統(tǒng)：適用于產(chǎn)量 300-1600 L/h的化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)設(shè)備

一般一套超聲波處理單元的最大功率不超過(guò)3000W。如果需要更大的功率，可以用多個(gè)單元組合。

四、主要技術(shù)指標(biāo)：

可選頻率范圍：15KHz ～ 60 KHz。

常用頻率：20kHz

每單元標(biāo)稱功率：1000W、2000W、3000W、4000W，頻率越低，每單元功率越大；頻率越高，每單元的功率越小。也可以多單元組合使用。

工具頭（探頭）材料：不銹鋼，鈦合金，也可根據(jù)用戶特殊要求定制。

超聲波振動(dòng)部件典型尺寸： Φ160mm×800mm

超聲波振動(dòng)部件典型重量：12 kg

驅(qū)動(dòng)電源：模擬式電源，數(shù)控式電源，頻率自動(dòng)跟蹤、過(guò)流過(guò)壓保護(hù)、功率大小可調(diào)。

驅(qū)動(dòng)電源典型尺寸：350×250×120mm

驅(qū)動(dòng)電源典型重量：18 kg

特別說(shuō)明，超聲波聲化學(xué)應(yīng)用沒(méi)有統(tǒng)一的方式，應(yīng)用要求也是千差萬(wàn)別，以上規(guī)格只是常用的一種。我們可以根據(jù)客戶的使用要求和實(shí)際狀況，提供超聲波應(yīng)用的方案論證、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)配置及關(guān)鍵部件生產(chǎn)的全套解決方案。