专利名称：管式超声反应器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种化学反应装置，特别是涉及一种利用超声波促进化学反应的 管式超声化学反应器。
背景技术：
一般的化学反应器，如反应釜，体积庞大，占用很大的空间；普通的管式反应器，虽 然体积较小，但管道内体积小，不易添加机械搅拌装置，在短时间内很难实现反应物质的均 勻混合。超声不但有强烈的振动，而且还具有空化作用并产生大量的微射流，可以使液体 对容器壁产生强烈的冲击作用，这样的功能被应用于超声清洗；同样，超声可以使流体之间 的混合更加均勻。但在实际使用中，一般将超声换能器(28 200KHz)加于管道反应容器 的外壁、箱式反应容器的两侧，这些结构均没有考虑到超声波对于安装于对面管壁或箱体 的超声换能器压电陶瓷的损伤，而且垂直于超声换能器的反射回波对压电陶瓷的损伤同样 不能忽略，直接影响超声换能器的寿命，从而降低装置的运行稳定性和可靠性。专利申请号200520035923. 7和20051002197. 0提出的管式循环超声波化学反应 装置，采用变幅杆虽然可以改善超声场分布均勻性，但是结构复杂，其变幅杆的长径比与管 式反应器长径比的匹配效果将影响其超声场的分布，难以满足不同容积的反应器的需求。 专利申请号200510021057. 0提出的快速反应器及其方法，通过文丘里快速反应器，反应物 料在此产生强烈冲击、快速振荡和收缩与扩张而迅速混合、反应，形成这种反应方式，必须 外加许多能量，对于反应能耗可能有负面影响，并且文丘里管的结构，不利于提高单个反应 器的生产能力。为了克服上述缺陷，开发一种运行稳定可靠、超声场分布均勻、适合于不同反应容 积和不同流量的管式超声反应器，并且容易安装和维护、运行成本适宜，特完成本实用新型 的设计。
实用新型内容本实用新型针对现有技术及设计中的缺陷和不足，推出一种能够适合于不同反应 容积和不同反应物流量、超声场分布均勻、容易安装和维护、性能稳定、运行成本低的管式 超声反应器。本实用新型的技术构思为采用耐腐蚀材料作为反应容器的管体，两端分别与超声发生器和超声反射体连 接，反应物溶液从超声反射体一端进入反应器，在管路另一端的超声发生器所产生的超声 波，经反应溶液传播并到达超声波反射体的表面，由于超声反射体的作用使超声波不沿原 路反射，经管壁多次反射，从而使反应溶液受到来自不同方向的超声波振动、挤压，使超声 场在反应溶液中分布均勻，促进反应物充分混合，加强反应效果。反应后的产物从靠近超声 发生器的管体一端导出，在反应容器的管体上装一个单向阀，用于排除反应产生的气体。由于超声反射体使超声波不沿原路反射，可以有效延长超声振子的使用寿命，提高反应装置 的运行稳定性和可靠性。本实用新型的技术方案如下一种管式超声反应器，其特征在于圆锥形超声反射体、作为反应容器的管体和超 声发生器构成管式反应器的主体结构；其中，安装圆锥形超声反射体的管体上，分布有2个 进水口(或反应溶液入口)；作为反应容器的管体在靠近超声发生器一端有出水口(或反 应产物出口)，管体的中部加装有单向阀；超声发生器、作为反应容器的管体、圆锥形超声 反射体之间采用法兰连接；所有法兰连接处，均加密封垫。圆锥形超声反射体焊接于一端密封的管体的底部，在该管体的端口焊有连接法 兰，在该管体上接有两个进水口，进水口的连接与管体的径向呈一角度，并且以接近管体的 斜切线方向进入管体，以避免在超声反射体一端形成反应溶液不宜扩散的死角。作为反应容器的管体，可以采用塑料、钛合金、不锈钢或表面涂覆耐腐蚀涂层的金 属管材制成，管体焊有连接法兰、出水口和安装有单向阀。超声发生器由电源、超声换能器(或称为超声振子)、金属板和带有连接法兰和 电线出口的圆柱型外壳构成，换能器在金属板上的粘结采用环形均布排列，以保证超声场 的均勻性，金属板上有与法兰配接的通孔，以便于通过螺栓连接，该金属板构件的厚度不宜 过大，否则影响超声能量的传输，该金属板构件最好采用钛合金或不锈钢材料制备，以免腐 蚀；在金属板与圆柱形外壳的连接法兰之间，加一橡胶密封垫，以减少超声换能器产生的超 声能量直接通过管壁振动向环境扩散。本实用新型的效果如下不同反应物溶液可以经过外接计量泵(或流量计+阀门)的控制，按化学反应的 要求比例，从超声反射体一端的2个进水口进入反应器(如果超过2种反应物溶液，可以 通过计量泵之后的三通连接，最后进入进水口)，在管路另一端的超声发生器所产生的超声 波，经反应溶液传播并到达超声波反射体表面，超声反射体的作用使超声波不沿原路反射， 经管壁多次反射，从而使反应溶液受到来自不同方向的超声波挤压、搅拌，促进反应物充分 混合，加强反应效果，参见图(la、lb)。反应后的产物从靠近超声发生器的管体一端导出，反 应过程中产生的气体可以通过单向阀和排气口排出。由于超声反射体使超声波不沿原路反射，可以有效延长超声振子的使用寿命，提 高反应装置的运行稳定性和可靠性。这种设计的管式超声反应器，可以适合于不同反应容积和不同反应物流量的需 求，超声反射体使反应器中的超声场分布均勻，装置容易安装和维护、运行成本低，提高运 行稳定性和可靠性。
图la 超声反射体反射前，超声波在反应器中的传播示意图；图lb 超声反射体反射后，超声波在反应器中的传播示意图；图2a 管式超声反应器结构示意图；图2b :A-A向结构剖视图；图3 电动搅拌反应制备的草酸铈颗粒形貌图；[0023]图4 管式超声反应器制备的草酸铈颗粒形貌图。附图标记列示如下1-1安装超声反射体的管体，1-2作为反应容器的管体，2-圆锥形超声反射体，3-1 进水口，3-2进水口，4-出水口，5-排气口，6-单向阀，7-连接法兰，8-密封胶垫，9-金属板， 10-圆柱形外壳，11-超声换能器，12-电线，13-外壳盖板，14-紧固螺钉，15-超声发生器电 源，16-紧固螺栓。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步详细说明。如图(2a)所示，本实用新型的管式超声反应器，主体结构包括圆锥形超声反射 体、反射体超声发生器和作为反应容器的管体；其中，圆锥形超声反射体2与安装超声反射体的管体1-1的底部焊接，管体1-1的端口 与连接法兰7焊接，在管体1-1上接有两个进水口 3-1、3-2，进水口 3-1、3-2的连接与管体 的径向呈一角度，并且以接近管体的斜切线方向进入，以避免在超声反射体2与管体1-1之 间形成溶液不宜扩散的死角，参见图(2b)。作为反应容器的管体1-2在靠近超声发生器一端有出水口 4，管体的中部加装有 排气口 5和单向阀6 ；管体1-2的两端分别焊接有连接法兰7。超声发生器由金属板9、焊接有连接法兰7的圆柱型外壳10、粘结于金属板9上的 呈环形均布的超声换能器(或称为超声振子)11、电线12、外壳盖板13、与紧固螺钉14、超 声发生器电源15构成；电线12通过外壳盖板13的中心开孔与超声发生器电源15联接；。在相连接的法兰7之间以及法兰7与金属板9之间，均加有橡胶密封胶垫8，通过 连接法兰7，用紧固螺栓16将安装超声反射体的管体1-1、作为反应容器的管体1-2、金属板 9和圆柱型外壳10装配为一个整体。工作时，管式超声反应器的进水口 3-1、3_2分别与输送反应物组分的溶液的外接 计量泵的管路连接，出水口 4与加有阀门的外接收集管路连接；首先将出水口的外接收集 管路的阀门关闭，通过计量泵的控制，反应物组分的溶液按化学反应的要求比例，从超声反 射体一端的2个进水口 3-1、3-2进入反应器，经排气口 5和单向阀6将管内的气体排空，开 启超声发生器，打开出水口的外接收集管路的阀门，超声发生器所产生的超声波，经反应溶 液传播并到达超声波反射体2表面，超声反射体2的作用使超声波不沿原路反射，经管壁多 次反射，从而使反应溶液受到来自不同方向的超声波挤压、搅拌，促进反应物充分混合，加 强反应效果。反应产物从出水口 4的一端导出，通过外接收集管路收集，反应过程中产生的 气体可以通过排气口 5和单向阀6排出。通过外接计量泵对反应物流量的控制，可以控制 反应时间，进行连续式反应。选择厚度5 = 1. 5mm钛板，环形均布粘结4个28kHz、单个功率为50W的超声换能 器，采用外径为225mm、厚度为12mm的PVC管作为反应容器的管体、安装超声反射体的管体 和安装超声换能器的圆柱型外壳，作为反应容器的管体的长度为800mm，进水口与管体径向 的夹角为70°，圆锥形超声反射体的顶角为60°，以这种配置的管式超声反应器，在采用 硝酸铈溶液与草酸铵溶液反应生产草酸铈时，采用电动机械搅拌制备的草酸铈颗粒较大， 有不同形状，如图(3)所示；采用管式超声反应器进行反应，其它条件不变，所制备的草酸铈颗粒较小，比较均勻，如图(4)所示。 应当指出，以上所述具体实施方式
可以使本领域的技术人员更全面地理解本实用 新型，但不以任何方式限制本实用新型。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本实用新 型已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改 或者等同替换；而一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖 在本实用新型专利的保护范围当中。
权利要求一种管式超声反应器，其特征在于圆锥形超声反射体、作为反应容器的管体和超声发生器构成管式反应器的主体结构；其中，(1)、圆锥形超声反射体(2)与安装超声反射体的管体(1-1)的底部焊接，管体(1-1)的端口与连接法兰(7)焊接，在管体(1-1)上接有两个进水口(3-1)、(3-2)；(2)、作为反应容器的管体(1-2)在靠近超声发生器一端有出水口(4)，管体的中部加装有排气口(5)和单向阀(6)；管体(1-2)的两端分别焊接有连接法兰(7)；(3)、超声发生器由金属板(9)、焊接有连接法兰(7)的圆柱型外壳(10)、粘结于金属板(9)上的呈环形均布的超声换能器(11)、电线(12)、外壳盖板(13)、和紧固螺钉(14)、超声发生器电源(15)构成；电线(12)通过外壳盖板(13)的中心开孔与超声发生器电源(15)联接；(4)、在相连接的法兰(7)之间以及法兰(7)与金属板(9)之间，均加有橡胶密封胶垫(8)，用紧固螺栓(16)将安装超声反射体的管体(1-1)、作为反应容器的管体(1-2)、金属板(9)和圆柱型外壳(10)装配为一个整体。
2.根据权利要求1所述的一种管式超声反应器，其特征在于进水口(3-1)、(3-2)与安 装超声反射体的管体(1-1)的连接，与管体的径向呈一角度、接近管体的斜切线方向进入 管体(1-1)。
专利摘要本实用新型涉及一种化学反应装置，特别是涉及一种利用超声波促进化学反应的管式超声化学反应器，由圆锥形超声反射体、作为反应容器的管体和超声发生器构成该管式超声反应器的主体结构，采用紧固螺栓和连接法兰连接成整体。其中，在安装圆锥形超声反射体的管体上，分布2个进水口；在作为反应容器的管体上有出水口、排气口、单向阀；超声发生器由电源、呈环形均布粘接于金属板上的超声换能器、电线、圆柱型外壳构成；所有法兰连接处以及法兰与金属板之间均加密封垫。适用于不同反应容积和不同反应物流量的需求，超声场分布均匀、易于安装维护、运行成本低，具有较高的运行稳定性和可靠性。
文档编号B01J19/10GK201603554SQ20092029299
公开日2010年10月13日 申请日期2009年12月16日 优先权日2009年12月16日
发明者王正天 申请人:王正天