产品名称：连续流超声波微反应装置XO-UM1000

连续流超声波微反应装置

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。

    大功率超声国内开创的连续流超声波微反应装置 。不改变客户现有的生产设备和工艺流程，通过简单的安装就可将你的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。

连续流超声波微反应装置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。

选型表：

其它频率、功率和结构有特殊要求可以定制。

    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：

   连续流超声波微反应装置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。

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：

    连续流超声波微反应装置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我公司专用的超声波反应釜，构成一个完整的声化学反应系统。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*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*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*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：12kg

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。我们可以根据客户的使用要求和实际状况，提供超声波应用的方案论证、结构设计、系统配置及关键部件生产的全套解决方案。

五、超声波声化学背景资料：

    超声在生物化学中的*早应用应当是用超声来粉碎细胞壁，以释放出其内容物。随后的研究表明，低强度超声可以促进生化反应过程，如用超声照射液体营养基可增加藻类细胞的生长速度，从而使这些细胞产生蛋白质的量增加3倍。

    超声波声场的能量密度与空化泡崩溃时的能量密度相比,能量密度被扩大了万亿倍,引起能量的巨大集中;空化泡产生的极端高温和高压导致的声化学现象和声致发光,是声化学中特有的能量和物质交换形式。所以，超声波对化学萃取、生物柴油生产、有机合成、治理微生物、降解有毒有机污染物、化学反应速度和产率、催化剂的催化效率、生物降解处理，超声波防垢除垢、生物细胞粉碎、分散和凝聚、和声化学反应具有越来越大的作用。

1.超声强化化学反应。

    超声强化化学反应。主要动力来自超声空化作用。空化泡核的崩溃产生局部高温、高压和强烈的冲击波及微射流，为在一般条件下难以实现或不可能实现的化学反应提供了一种新的非常特殊的物理化学环境。

2，超声催化反应。

    超声催化反应作为一个新兴的研究领域已引起业内工作者越来越浓厚的兴趣。超声波对催化反应的作用主要是：

(1)高温高压条件有利于反应物裂解成自由基和二价碳，形成更为活泼的反应物种；

(2)冲击波和微射流对固体表面(如催化剂)有解吸和清洗作用，可**表面反应产物或中间物及催化剂表面钝化层；

(3)冲击波可能破坏反应物结构

(4)分散反应物系；

(5)超声空蚀金属表面，冲击波导致金属晶格的变形和内部应变区的形成，提高金属的化学反应活性；

6)促使溶剂深入到固体内部，产生所谓的夹杂反应；

(7)改善催化剂分散性。

    在催化剂的制备中，常用到超声波，超声波的辐照可以增加催化剂的表面积使活性组分分散更均匀，催化活性增强。如美国Suslick等人发现，用超声处理镍催化剂，可以实现烯烃的常温常压加氢，在超声波作用下，用镍催化剂的烯烃加氢反应活性可增大倍以上，用 的超声活化羰基铁催化剂，在室温下使戊烯-1异构为戊烯-2反应速度提高了10 倍。

    已有大量的研究报道表明，超声在化学合成方面有惊人的作用。在有机合成方面已成为常规合成技术，如格林试剂的合成中，传统工艺需使用严格干燥的乙醚且需加入少量碘作诱导剂，而在超声照射下，只需普通试剂级乙醚而无需干燥。反应的诱导期也大大缩短至几秒；用镍粉催化的烯烃加氢反应，在超声照射下，反应速度可以加快倍以上。

    在超声均相催化反应中，研究较多的是金属羰基化合物作为催化剂的烯烃异构化反应。 Suclick等详细研究了超声条件下以Fe(co)5为催化剂的1—戊烯异构化生成2—戊烯的反应，发现超声条件下的的反应速率比没有超声时增加了105倍。Suclik等分析认为，超声空化气泡崩溃时产生的高温高压以及周围环境的快速冷却有利于Fe(CO)5解离，形成更高活性物种Fe3(C0)12。

    前苏联的Mai，tsev较早研究了超声对多相催化过程的影响，发现超声能使单程转化率提高近1 0倍，其原因认为是增加了催化剂 的分散度。近年来，Han等考察了低强度超声（≤10W／cm2)作用下Reformatsky反应，发现在超声30min后，反应产率达到90％以上。更重要的是，不必再通过还原无水氯化锌来制备具有高度活性的锌粉， 也不必再使用**基硼酸盐。Suslick等在声强为50W／cm2条件下研究了此反应，结果发现在25℃时该混合物超声5min后，产率可达95％以上，同时发现助催剂在此对产率和反应时间并无影响。Suslick等详细研究了镍粉作为催化剂的加氢反应，发现在超声作用下其反应活性提高了5个数量级。

    众所周知、普通镍粉对烯烃加氢反应的催化活性很差， 一般在300h左右后反应都难以进行。但用超声处理镍粉后，反应很快启动，其反应速率先随超声处理时间的延长而增加，后又逐渐减少。Ronmy和Price等研究了在相转移碱催化中的烷基硝基苯自氧化反应，发现在超声作用下反应速度大幅上升，反应时间缩短2h，酸的选择性显著提高，产物中有大量硝基苯甲酸生成。

    超声波在催化剂的活化、再生和制备中也显示出独特的优势。美国伊利诺斯大学研制成功一种超声波洗涤浴，可用于除去镍粉表面的氧化膜，使镍催化剂活化。美国Exxon公司Henry报道，用超声波可使加氢裂化使用的持久失活的镍—钼催化剂得以再生。*近，Suslick等在超声作用下研究fe(Co)5和Co(C0)3的相互作用发现：在强超声作用下形成了纳米级Fe-Co合金催化剂，其对环已烷的脱氢解具有很高的活性，详细的机理正进一步研究中。

超声聚合物化学

    超声波正聚合物化学方面的应用引起了人们的广泛关注。超声处理可以降解大分子，尤其是处理高分子量聚合物的降解效果更显著。纤维素、明胶、橡胶和蛋白质等经超声处理后都可得到很好的降解效果。目前对超声降解机理一般认为超声降解的原因是由于受到力的作用以及空化泡爆裂时的高压影响，另外部分降解可能是来自热的作用。一定条件下功率超声也可引发聚合，强超声辐照可引发聚乙烯醇与丙烯腈共聚制备嵌段共聚物、聚醋酸乙烯与聚环氧乙烷共聚形成接枝共聚物等。