一种间歇式超声波反应装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种新型间歇式超声波反应装置，具体涉及一种间歇式超声波反应装 置。
【背景技术】
[0002] 现今在工业生产过程中，随着对安全、高效、清洁等要求的不断提高，一些过程强 化技术及设备也越来越受到人们的重视。气、液、固三相体系是化工中最常见的体系，有效 提高传质传热效率始终是该体系需要解决的问题。虽然固定床、流化床和超重力设备等装 置获得了广泛的应用，特别是超重力设备通过旋转液体造成一种稳定的、可以调节的离心 力场，强大的离心力使液体在巨大的剪切力和撞击下被拉伸成薄膜、细小的丝，产生了较大 的相间接触面积，提高了传递速度，使得该设备在精馏、吸收和复反应等化工单元操作中气 液两相的相对速度大大提高，但该装置仍然存在着结构复杂、耗能高、可靠性不及一般的塔 设备，特别是液滴细化不足和细化不稳定，从而影响三相反应和传质效率等问题。
[0003] 超声波在液体中通过高频率的振动，可以产生"空化效应"，即由超声波发生器发 出的高频振荡信号通过超声波换能器转换成高频机械振荡而传播到液体中，使液体产生数 以万计的微小气泡，当升压副值达到一定值时，气泡将迅速膨胀，然后突然闭合，在破裂的 一瞬间产生强烈的冲击波和微射流。通过空化作用可以从本质上细化微粒、更新催化剂表 面活性，从而加快反应速度，提高反应效率。
【发明内容】
[0004] 本发明针对现有技术的不足，设计了一种新型间歇式超声波声学系统并与气液交 换反应器高效组合的反应装置。
[0005] 本发明提供了一种间歇式超声波反应装置，包括保护罩、超声波声学系统、螺钉、 第一节流阀、超声波发射槽、第一螺栓、四通分流管、压力喷头、第一紧固螺母、气液交换反 应室、导气孔、第二螺栓、丝杠、第三螺栓、盖子、第二紧固螺母、支撑环、双螺母、第二节流 阀、第三节流阀、第四节流阀、第五节流阀、增压泵、搅拌桨和循环储液槽；
[0006] 所述的超声波发射槽的底部中心位置布置一个15kHz的超声波声学系统，周围对 称布置四个20kHz的超声波声学系统；保护罩通过螺钉安装在超声波发射槽的底部；超声 波发射槽左端为反应液入口 D，入口端设有第一节流阀，右端为循环液体出口 H;超声波发 射槽上端通过第一螺栓与气液交换反应室相连，气液交换反应室包含气体入口 C，循环气体 入口 J，循环气体出口 F，气体分散器，上隔板和下隔板；八个压力喷头设置在上、下隔板之 间，其中四个压力喷头设置在上隔板上，四个压力喷头绕同一圆心均匀分布，另外四个压力 喷头设置在下隔板上，下隔板上的四个压力喷头与上隔板的压力喷头对应分布，压力喷头 分别与上、下两个四通分流管连接，四通分流管通过第一紧固螺母分别固定于上下隔板上； 下隔板上设有导流孔，导流孔通过管道引到气液交换反应室外，管道上设有节流阀；气体分 散器设置在气液交换反应室内，支撑环通过第二螺栓与气液交换反应室上端连接；丝杠依 次穿过第二紧固螺母、支撑环和上隔板，并用双螺母与上隔板固定，盖子通过第三螺栓与支 撑环固定连接；超声波发射槽通过循环管道与循环储液槽连接，循环管道上设有第五节流 阀，循环储液槽通过管道连接增压泵，循环储液槽内设有搅拌桨，增压泵通过主管道分流 成两个副管道，每根副管道与一个四通分流管连接；主管道上设有第四节流阀，一根副管道 上设有第二节流阀，另一根副管道上设有第三节流阀。
[0007] 本发明提供一种新型间歇式超声波反应装置。由于不同频率的超声波声学系统在 液体中通过空化作用产生的效果不同，低频率的超声波声学系统作用在液体中产生空化越 容易、力度大、空化内破裂也较强烈，但通过空化作用产生的空化泡较大，数量少，液体细化 不足、不均匀；高频率的超声波声学系统通过空化作用产生的空化泡更小、更多且空化内破 裂不那么强烈，适合于更细微化的分散。因此，本发明在超声波发射槽底部布置了 5套超声 波声学系统，中心布置1个15kHz超声波声学系统，四周对称布置4个20kHz超声波声学系 统。工作时，首先打开15kHz的超声波声学系统，根据反应液的浓度和反应的要求不同，设 置一定的工作时间，将反应液进行初步细化，然后关闭15kHz的超声波声学系统并同时打 开两组对称布置的20kHz超声波声学系统中的一组，由于超声波声学系统不能连续长时间 工作，所以工作一段时间后打开另一组20kHz超声波声学系统，这样通过两组20kHz超声波 声学系统的间歇作用保证了反应液被连续细化，从而产生更多更小且更均匀的空化泡，从 而将反应液深度细化，最后再同时打开所有超声波声学系统一段时间进行完全细化。
[0008] 本发明中的气液交换反应室上隔板调节装置包括丝杠、紧固螺母、支撑板、双螺 母，其中丝杠与上隔板空套连接，双螺母与上隔板底部留有一定间隙以便丝杠可以灵活转 动。调节时，首先松开紧固螺母，然后拧动丝杠手柄，丝杠在转动过程中带动上隔板上下移 动。待达到要求时，拧紧紧固螺母。
[0009] 本发明提供一种新型间歇式超声波声学系统与气液交换反应器高效组合的反应 装置，该装置实施步骤如下：
[0010] 首先，将反应液注入超声波发射槽内，按照预先设置好的工作顺序打开相应的超 声波声学系统，整个过程结束表示完成一次循环，继而进行下一次循环，待达到要求时将反 应液放入循环储液槽内。
[0011] 其次，打开增压泵将被细化的反应液从循环储液槽中抽出，并通过上下隔板上的 压力喷头喷到气液交换反应室内，同时从气体入口通入反应气体，两股反应液相撞在一起， 通过冲击作用形成无数微小的液滴，并与被分散的气体接触进行反应，最后通过气液交换 反应室下隔板上的导流孔流出。
[0012] 本发明与现有反应装置相比具有明显的效果：
[0013] ①通过超声波空化作用，反应液细化更均匀，更细微化；
[0014] ②在结晶过程中，可以有效细化晶粒，防止晶粒进一步长大；
[0015] ③可以及时更新催化剂表面，保持催化剂的活性；
[0016] ④本装置可在污水处理、化工生产等大批量过程中广泛应用。
【附图说明】
[0017] 图1是超声波反应装置的主剖视图；
[0018] 图2是丝杠连接的局部放大图；
[0019] 图3是气液交换反应室的俯剖视图；
[0020] 图4是超声波发射槽的俯剖视图