南京先歐的大功率超聲波聲聚能探頭式聲化學(xué)處理系統(tǒng)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，通過簡單的安裝就可將你的普通設(shè)備升級為帶有超聲波的化工設(shè)備。超聲波功率大，投資少、安裝簡易、產(chǎn)量和效率得到明顯的提高。

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

　　大功率超聲波聲聚能探頭式聲化學(xué)處理系統(tǒng)的另一個應(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，安裝簡便，設(shè)備幾乎不用做任何改裝。

　　典型技術(shù)參數(shù)：

　　型號XO-1000WXO-2000WXO-3000WXO-5000W

　　工作頻率20KHz20KHz20KHz20KHz

　　zui大功率1000W2000W3000W5000W

　　處理量L/h≤50≤80200-100300-160

　　適用于實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)線，可以多臺組合使用

　　反應(yīng)釜15L，25L，50L， 不銹鋼

　　允許壓力zui大≥5 MPa

　　允許溫度zui大≥350℃

　　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，它超過了人耳收聽頻率的范圍。超聲波在液體媒質(zhì)中傳播時(shí)，通過機(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ji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，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，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)生的一系列動力學(xué)過程：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，會產(chǎn)生ji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)也是成熟穩(wěn)定的。國外的應(yīng)用實(shí)踐也證明20k有效，并且已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用。

　　三、大功率超聲波聲聚能探頭式聲化學(xué)處理系統(tǒng)詳解：

　　基本構(gòu)成：

　　大功率超聲波聲聚能探頭式聲化學(xué)處理系統(tǒng)由超聲波振動部件和超聲波驅(qū)動電源和反應(yīng)釜三大部分構(gòu)成：超聲波振動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，并將此振動能量向液體中發(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回伸縮運(yùn)動，振幅一般在幾個微米。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)也起到固定整個超聲波振動系統(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。

　　圖中所示的是超聲波聲化學(xué)處理器的典型結(jié)構(gòu)。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備的不同要求，超聲波處理器的結(jié)構(gòu)形式和尺寸可以作相應(yīng)的變動。

　　超聲波驅(qū)動電源(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)動超聲波振動部件工作。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，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，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)生的一系列動力學(xué)過程：振蕩、擴(kuò)大、收縮乃至崩潰。

　　上述這兩個作用是超聲能加速和通啟化學(xué)反應(yīng)的主要動因。

　　3、工作方式：

　　大功率超聲波聲聚能探頭式聲化學(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，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，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的超聲波反應(yīng)釜，構(gòu)成一個完整的聲化學(xué)反應(yīng)器。被處理液體從反應(yīng)釜的一端流入，經(jīng)過超聲波的作用后，再從另一端流出。這種方式對原化學(xué)系統(tǒng)的改動zui小，效果*。

　　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zui大產(chǎn)量不超過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

　　5000W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zui大功率不超過3000W。如果需要更大的功率，可以用多個單元組合。

　　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、5000W，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。

　　超聲波振動部件典型尺寸： Φ160mm×800mm

　　超聲波振動部件典型重量：12 kg

　　驅(qū)動電源：模擬式電源，數(shù)控式電源，頻率自動跟蹤、過流過壓保護(hù)、功率大小可調(diào)。

　　驅(qū)動電源典型尺寸：350×250×120mm

　　驅(qū)動電源典型重量：18 kg

　　特別說明，超聲波聲化學(xué)應(yīng)用沒有統(tǒng)一的方式，應(yīng)用要求也是千差萬別，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。

　　五、超聲波聲化學(xué)背景資料：

　　超聲在生物化學(xué)中的較早應(yīng)用應(yīng)當(dāng)是用超聲來粉碎細(xì)胞壁，以釋放出其內(nèi)容物。隨后的研究表明，低強(qiáng)度超聲可以促進(jìn)生化反應(yīng)過程，如用超聲照射液體營養(yǎng)基可增加藻類細(xì)胞的生長速度，從而使這些細(xì)胞產(chǎn)生蛋白質(zhì)的量增加3倍。

　　超聲波聲場的能量密度與空化泡崩潰時(shí)的能量密度相比,能量密度被擴(kuò)大了萬億倍,引起能量的巨大集中;空化泡產(chǎn)生的ji端高溫和高壓導(dǎo)致的聲化學(xué)現(xiàn)象和聲致發(fā)光,是聲化學(xué)中*的能量和物質(zhì)交換形式。所以，超聲波對化學(xué)萃取、生物柴油生產(chǎn)、有機(jī)合成、治理微生物、降解有毒有機(jī)污染物、化學(xué)反應(yīng)速度和產(chǎn)率、催化劑的催化效率、生物降解處理，超聲波防垢除垢、生物細(xì)胞粉碎、分散和凝聚、和聲化學(xué)反應(yīng)具有越來越大的作用。

　　1，超聲強(qiáng)化化學(xué)反應(yīng)。

　　超聲強(qiáng)化化學(xué)反應(yīng)。主要動力來自超聲空化作用。空化泡核的崩潰產(chǎn)生局部高溫、高壓和強(qiáng)烈的沖擊波及微射流，為在一般條件下難以實(shí)現(xiàn)或不可能實(shí)現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)提供了一種新的非常特殊的物理化學(xué)環(huán)境。

　　2，超聲催化反應(yīng)。

　　超聲催化反應(yīng)作為一個新興的研究領(lǐng)域已引起業(yè)內(nèi)工作者越來越濃厚的興趣。超聲波對催化反應(yīng)的作用主要是：

　　(1)高溫高壓條件有利于反應(yīng)物裂解成自由基和二價(jià)碳，形成更為活潑的反應(yīng)物種;

　　(2)沖擊波和微射流對固體表面(如催化劑)有解吸和清洗作用，可清除表面反應(yīng)產(chǎn)物或中間物及催化劑表面鈍化層;

　　(3)沖擊波可能破壞反應(yīng)物結(jié)構(gòu)

　　(4)分散反應(yīng)物系;

　　(5)超聲空蝕金屬表面，沖擊波導(dǎo)致金屬晶格的變形和內(nèi)部應(yīng)變區(qū)的形成，提高金屬的化學(xué)反應(yīng)活性;

　　6)促使溶劑深入到固體內(nèi)部，產(chǎn)生所謂的夾雜反應(yīng);

　　(7)改善催化 劑分散性。

　　在催化劑的制備中，常用到超聲波，超聲波的輻照可以增加催化劑的表面積使活性組分分散更均勻，催化活性增強(qiáng)。如美國Suslick等人發(fā)現(xiàn)，用超聲處理鎳催化劑，可以實(shí)現(xiàn)烯烴的常溫常壓加氫，在超聲波作用下，用鎳催化劑的烯烴加氫反應(yīng)活性可增大 倍以上，用 的超聲活化y基鐵催化劑，在室溫下使戊烯-1異構(gòu)為戊烯-2反應(yīng)速度提高了10 倍。

　　已有大量的研究報(bào)道表明，超聲在化學(xué)合成方面有驚人的作用。在有機(jī)合成方面已成為常規(guī)合成技術(shù)，如格林試劑的合成中，傳統(tǒng)工藝需使用嚴(yán)格干燥的乙mi且需加入少量碘作誘導(dǎo)劑，而在超聲照射下，只需普通試劑級乙mi而無需干燥。反應(yīng)的誘導(dǎo)期也大大縮短至幾秒;用鎳粉催化的烯烴加氫反應(yīng)，在超聲照射下，反應(yīng)速度可以加快 倍以上。

　　在超聲均相催化反應(yīng)中，研究較多的是金屬羰基化合物作為催化劑的烯烴異構(gòu)化反應(yīng)。 Suclick等詳細(xì)研究了超聲條件下以Fe(co)5為催化劑的1—戊烯異構(gòu)化生成2—戊烯的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)超聲條件下的的反應(yīng)速率比沒有超聲時(shí)增加了105倍。Suclik等分析認(rèn)為，超聲空化氣泡崩潰時(shí)產(chǎn)生的高溫高壓以及周圍環(huán)境的快速冷卻有利于Fe(CO)5解離，形成更高活性物種Fe3(C0)12。

　　前蘇聯(lián)的Mai，tsev較早研究了超聲對多相催化過程的影響，發(fā)現(xiàn)超聲能使單程轉(zhuǎn)化率提高近1 0倍，其原因認(rèn)為是增加了催化劑 的分散度。近年來，Han等考察了低強(qiáng)度超聲(≤10W/cm2)作用下Reformatsky反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)在超聲30min后，反應(yīng)產(chǎn)率達(dá)到90%以上。更重要的是，不必再通過還原無水氯化鋅來制備具有高度活性的鋅粉， 也不必再使用*基硼酸鹽。Suslick等在聲強(qiáng)為50W/cm2條件下研究了此反應(yīng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在25℃時(shí)該混合物超聲5min后，產(chǎn)率可達(dá)95%以上，同時(shí)發(fā)現(xiàn)助催劑在此對產(chǎn)率和反應(yīng)時(shí)間并無影響。Suslick等詳細(xì)研究了鎳粉作為催化劑的加氫反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)在超聲作用下其反應(yīng)活性提高了5 個數(shù)量級。

　　*、普通鎳粉對烯烴加氫反應(yīng)的催化活性很差， 一般在300h左右后反應(yīng)都難以進(jìn)行。但用超聲處理鎳粉后，反應(yīng)很快啟動，其反應(yīng)速*隨超聲處理時(shí)間的延長而增加，后又逐漸減少。Ronmy和Price等研究了在相轉(zhuǎn)移堿催化中的烷基硝基苯自氧化反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)在超聲作用下反應(yīng)速度大幅上升，反應(yīng)時(shí)間縮短2h，酸的選擇性顯著提高，產(chǎn)物中有大量硝基苯甲酸生成。

　　超聲波在催化劑的活化、再生和制備中也顯示出*的優(yōu)勢。美國伊利諾斯大學(xué)研制成功一種超聲波洗滌浴，可用于除去鎳粉表面的氧化膜，使鎳催化劑活化。美國Exxon公司Henry報(bào)道，用超聲波可使加氫裂化使用的持久失活的鎳—鉬催化劑得以再生。zui近，Suslick等在超聲作用下研究fe(Co)5和Co(C0)3的相互作用發(fā)現(xiàn)：在強(qiáng)超聲作用下形成了納米級Fe-Co合金催化劑，其對環(huán)已烷的脫氫解具有很高的活性，詳細(xì)的機(jī)理正進(jìn)一步研究中。

　　超聲聚合物化學(xué)

　　超聲波正聚合物化學(xué)方面的應(yīng)用引起了人們的廣泛關(guān)注。超聲處理可以降解大分子，尤其是處理高分子量聚合物的降解效果更顯著。纖維素、明膠、橡膠和蛋白質(zhì)等經(jīng)超聲處理后都可得到很好的降解效果。目前對超聲降解機(jī)理一般認(rèn)為超聲降解的原因是由于受到力的作用以及空化泡爆裂時(shí)的高壓影響，另外部分降解可能是來自熱的作用。 一定條件下功率超聲也可引發(fā)聚合，強(qiáng)超聲輻照可引發(fā)聚乙烯醇與丙烯腈共聚制備嵌段共聚物、聚醋酸乙烯與聚環(huán)氧乙烷共聚形成接枝共聚物等。

　　超聲場強(qiáng)化新型化學(xué)反應(yīng)技術(shù)

　　新型化學(xué)反應(yīng)技術(shù)和超聲場強(qiáng)化相結(jié)合是超聲化學(xué)領(lǐng)域中又一潛力的發(fā)展方向。如以超臨界流體為介質(zhì)，用超聲場進(jìn)行強(qiáng)化的催化反應(yīng)。如以超臨界流體具有類似于液體的密度和類似于氣體的粘度和擴(kuò)散系數(shù)，這使得其溶解相當(dāng)于液體，傳質(zhì)能力相當(dāng)于氣體。利用超臨界流體良好的溶解性能和擴(kuò)散性能，可以很好地改善非均相催化劑的失活問題，但如能加以超聲場進(jìn)行強(qiáng)化，則無疑是錦上添花。超聲空化產(chǎn)生的沖擊波和微射流不但可以很大地增強(qiáng)超臨界流體溶解某些導(dǎo)致催化劑失活的物質(zhì)，起到解吸和清洗的作用，使催化劑長時(shí)間保持活性，而且還有攪拌的作用，能分散反應(yīng)物系，令超臨界流體化學(xué)反應(yīng)傳質(zhì)速率更上一層樓。另外，超聲空化形成的局部點(diǎn)高溫高壓將有利于反應(yīng)物裂解成自由基，大大加快反應(yīng)速率。目前對超臨界流體化學(xué)反應(yīng)研究較多，但利用超聲場強(qiáng)化此類反應(yīng)的研究極少。

　　大功率超聲波應(yīng)用于生物柴油生產(chǎn)

　　生物柴油制備的關(guān)鍵是脂肪酸甘油酯與甲醇等低碳醇的催化酯交換反應(yīng)，而超聲波具有明顯的強(qiáng)化酯交換反應(yīng)的作用，特別是對非均相的反應(yīng)體系可明顯增強(qiáng)其混合(乳化)效果和促進(jìn)分子間接觸反應(yīng)，使原本需高溫(高壓)條件下進(jìn)行的反應(yīng)，在室溫(或接近室溫)條件下就可完成，并且縮短反應(yīng)時(shí)間。超聲波不僅用于酯交換反應(yīng)過程，而且用于反應(yīng)混合物的分離過程。 美國密西西比州立大學(xué)的研究人員在生物柴油生產(chǎn)中采用超聲波加工，5分鐘內(nèi)使生物柴油產(chǎn)率超過99%，而采用常規(guī)的批量反應(yīng)器系統(tǒng)需1個小時(shí)以上。該成果近日已在美國《能源和燃料》雜志上發(fā)布。

　　另據(jù)報(bào)道，采用超聲波加工使常規(guī)攪拌所需的5-10個小時(shí)的分離時(shí)間縮短到15分鐘以內(nèi)。由一家小型德國公司提供的超聲波加工設(shè)備已應(yīng)用于各種聲化學(xué)領(lǐng)域，用于生物柴油生產(chǎn)是其中之一。另外，采用超聲波加工還有助于使所需的催化劑用量減少50%~60%，并能提高副產(chǎn)物甘油的純度。

　　將超聲波應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)和工藝過程的聲化學(xué)，是基于在大功率超聲波能量作用下的空化現(xiàn)象：液體中無數(shù)個微型氣泡體形成、增長，再瞬間爆破，從而在局部形成高溫、高壓的環(huán)境。這不僅可為化學(xué)反應(yīng)提供能量，而且可達(dá)到較好的混合和更快的分離效果。據(jù)估算，在商業(yè)規(guī)模生物柴油加工中應(yīng)用超聲波處理的成本低于0.01元/升，它取決于物料流速的大小。

　　將超聲波技術(shù)應(yīng)用于其他生物燃料和替代燃料產(chǎn)品生產(chǎn)的還有：美國愛荷華州立大學(xué)正在研發(fā)用超聲波提高從谷物中生產(chǎn)乙醇的產(chǎn)率;植物醫(yī)藥品公司在生物柴油加工中采用超聲波處理，以降低生產(chǎn)成本;GreenShift公司組建通用超聲波公司，現(xiàn)已推出技術(shù)，改進(jìn)物理和化學(xué)反應(yīng)，包括使蒸汽重整更高效地制取氫氣。

　　對生物柴油生產(chǎn)而言，市場不成問題，產(chǎn)品質(zhì)量也不是大問題，降低產(chǎn)品成本是主要的問題。生物柴油的產(chǎn)品成本包括原材料成本、生產(chǎn)成本、資本支出和運(yùn)營成本。采用超聲波技術(shù)后可直接降低生產(chǎn)成本，同時(shí)也帶來資本支出和運(yùn)營成本的降低。

　　以成熟常用的化學(xué)法合成生物柴油為例，存在以下缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜，醇必須過量，后續(xù)工藝必須有相應(yīng)的醇回收裝置，能耗高：色澤深，由于脂肪中不飽和脂肪酸在高溫下容易變質(zhì);酯化產(chǎn)物難于回收，成本高;生產(chǎn)過程有廢堿液排放。根據(jù)用戶的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在反應(yīng)過程中增加超聲波后，

　　反應(yīng)速率提高20%～60%，

　　酯化反應(yīng)溫度降低30%～60%

　　甲醇用量減少5%～30%

　　催化劑如(KOH)用量減少20%～50%

　　綜合生產(chǎn)成本下降15%～50%

　　同時(shí)因?yàn)榧状加昧繙p少，所以甘油的分離時(shí)間也更快。