聲化學處理設備

大功率超音波聲聚焦探頭式聲化學處理設備簡稱聲化學設備。超音波技術作為一種物理手段和工具，能夠在化學反應的介質中產生一系列接近於極端的條件，這種能量不僅能夠激發或促進許多化學反應、加快化學反應速度，甚至還可以改變某些化學反應的方向，產生一些令人意想不到的效果和奇蹟。這就是聲化學。聲化學可套用於幾乎所有的化學反應，如萃取與分離、合成與降解、生物柴油生產、治理微生物、降解有毒有機污染物、生物降解處理、生物細胞粉碎、分散和凝聚等。

基本介紹

• 中文名：聲化學處理設備
• 簡稱：聲化學設備
• 頻率：15kHz- 100kHz
• 功率：50-60Hz

概述

聲化學系統主要部件功能：

超音波振動源（驅動電源）：把50-60Hz的市電轉化為高功率的高頻率（15kHz- 100kHz）電源，提供給換能器；換能器：把高頻率電能轉化為機械振動能；變幅桿：聯接並固定換能器與發射頭，將換能器之振幅放大後傳送到發射頭；發射頭：把超音波能量發射到液體中去；連線螺栓：將以上各組件緊密地連線；

發生原理圖

產品分類

實驗室級聲化學系統

實驗室級聲化學系統主要在實驗室試驗或小規模生產中使用，具有頻率高，體積小，重量輕，便於攜帶，並具有功率頻率實時監控和功率可調等特點，長度範圍一般為400mm—600mm。

實驗室級使用方法

實驗室級聲化學系統體積較小，且主要用於實驗室或小規模生產使用，如右圖。

設備如圖連線後，將聲化學系統的發射頭插入反應液體，開啟電源，液體中可以見到明顯的空化效應並發出呲呲聲，說明超音波已開始和液體相互作用。

工業級聲化學系統

工業級聲化學系統主要用於大規模的工業生產，具有高達80%-90%的能量轉換效率，具有功率大，效率高，輻射面積大，適用於大規模工業生產，具有頻率功率實時監控，功率可調，過載報警功能等。

工業級使用方法

大功率超音波聲聚焦探頭式聲化學處理系統使用方式共分為兩種，分別可在反應釜和大容積定量容器中使用。如右圖所示。

反應釜方式主要是用於流動液體的聲化學反應，反應釜設有進水孔和出水孔。超音波發射頭插入該液體中，發射超音波，被處理的液體在反應釜中流過，同時就被強烈的超音波作用。反應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間越長，超音波作用的強度也越強，當然產量也越少。反之，控制超音波作用時間越短，則超音波作用強度就低，流量（即產量）就越高。這種方式也適用於防垢除垢套用。

大容積定量容器方式，是用於對一定量溶液進行聲化學反應，反應液不流動。超音波通過發射頭作用於反應液體，這種反應方式作用效果均勻，速度快，容易控制反應時間以及產量大小。

主要套用

超聲在生物化學中的最早套用應當是用超聲來粉碎細胞壁，以釋放出其內容物。隨後的研究表明，低強度超聲可以促進生化反應過程，如用超聲照射液體營養基可增加藻類細胞的生長速度，從而使這些細胞產生蛋白質的量增加3倍。

超音波聲場的能量密度與空化泡崩潰時的能量密度相比,能量密度被擴大了萬億倍,引起能量的巨大集中;空化泡產生的極端高溫和高壓導致的聲化學現象和聲致發光,是聲化學中特有的能量和物質交換形式。所以，超音波對化學萃取、生物柴油生產、有機合成、治理微生物、降解有毒有機污染物、化學反應速度和產率、催化劑的催化效率、生物降解處理，超音波防垢除垢、生物細胞粉碎、分散和凝聚、和聲化學反應具有越來越大的作用。

超聲強化化學反應

超聲強化化學反應。主要動力來自超聲空化作用。空化泡核的崩潰產生局部高溫、高壓和強烈的衝擊波及微射流，為在一般條件下難以實現或不可能實現的化學反應提供了一種新的非常特殊的物理化學環境。

超聲催化反應

超聲催化反應作為一個新興的研究領域已引起業內工作者越來越濃厚的興趣。超音波對催化反應的作用主要是：

高溫高壓條件有利於反應物裂解成自由基和二價碳，形成更為活潑的反應物種；

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

衝擊波可能破壞反應物結構；

分散反應物系；

超聲空蝕金屬表面，衝擊波導致金屬晶格的變形和內部應變區的形成，提高金屬的化學反應活性；

促使溶劑深入到固體內部，產生所謂的夾雜反應；

改善催化劑分散性。

在催化劑的製備中，常用到超音波，超音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。

超聲聚合物化學

超音波正聚合物化學方面的套用引起了人們的廣泛關注。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、橡膠和蛋白質等經超聲處理後都可得到很好的降解效果。目前對超聲降解機理一般認為超聲降解的原因是由於受到力的作用以及空化泡爆裂時的高壓影響，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聚合，強超聲輻照可引發聚乙烯醇與丙烯腈共聚製備嵌段共聚物、聚醋酸乙烯與聚環氧乙烷共聚形成接枝共聚物等。

超聲場強化新型化學反應技術

新型化學反應技術和超聲場強化相結合是超聲化學領域中又一極具潛力的發展方向。如以超臨界流體為介質，用超聲場進行強化的催化反應。如以超臨界流體具有類似於液體的密度和類似於氣體的粘度和擴散係數，這使得其溶解相當於液體，傳質能力相當於氣體。利用超臨界流體良好的溶解性能和擴散性能，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行強化，則無疑是錦上添花。超聲空化產生的衝擊波和微射流不但可以極大地增強超臨界流體溶解某些導致催化劑失活的物質，起到解吸和清洗的作用，使催化劑長時間保持活性，而且還有攪拌的作用，能分散反應物系，令超臨界流體化學反應傳質速率更上一層樓。另外，超聲空化形成的局部點高溫高壓將有利於反應物裂解成自由基，大大加快反應速率。目前對超臨界流體化學反應研究較多，但利用超聲場強化此類反應的研究極少。

大功率超音波套用於生物柴油生產

生物柴油製備的關鍵是脂肪酸甘油酯與甲醇等低碳醇的催化酯交換反應，而超音波具有明顯的強化酯交換反應的作用，特別是對非均相的反應體系可明顯增強其混合（乳化）效果和促進分子間接觸反應，使原本需高溫（高壓）條件下進行的反應，在室溫（或接近室溫）條件下就可完成，並且縮短反應時間。超音波不僅用於酯交換反應過程，而且用於反應混合物的分離過程。 美國密西西比州立大學的研究人員在生物柴油生產中採用超音波加工，5分鐘內使生物柴油產率超過99%，而採用常規的批量反應器系統需1個小時以上。