[实用新型]管式超声反应器

说明书

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匀混合。

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匀。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匀性，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、超声场分布均匀、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、超声场分布均匀、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匀，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，以保证超声场的均匀性，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：