一种管式连续流超声反应器制造技术

本发明专利技术涉及超声设备技术领域，公开了一种管式连续流超声反应器，包括超声换能器、变幅杆、工具头和流体管道，变幅杆的一端连接超声换能器、另一端连接工具头，流体管道缠绕布置在工具头的振动壁上，超声波在振动壁处反射并产生径向共振驻波，工具头的振动壁位于共振驻波的波腹处。声波在工具头的振动壁处发生全反射，反射波与激发波相叠加，沿工具头的径向形成共振驻波，振动壁布置在波腹处，超声波的能量从振动壁辐射出去并传导进入流体管道内；由于振动壁的表面积大，可以接触更多的流体管道，因此流体管道的体积可以做的比较大，便于制作大体积的超声反应器；另外超声换能器与流体管道通过变幅杆隔开，可以减少热量进入流体管道而引起温升。

【技术实现步骤摘要】
一种管式连续流超声反应器
本专利技术涉及超声设备
，特别是涉及一种管式连续流超声反应器。
技术介绍
基于微小管道的连续式反应器由于传热传质速度快、多相流行可控、过程安全、设备成本低、操作简单、快速放大等优点，在精细化学品和医药材料合成领域正在得到了广泛应用，然而这些管式反应器也存在对流混合弱、容易被固体堵塞等问题。通常情况下，在管道内填充一些填充物(如静态混合内构件)、或者把管道设计成弯折、变形等结构，可以强化对流混合，但是这种被动式增强混合的方法有几个缺点，首先是这些混合结构增大了流动系统的压力降，而大的压力降不利于通过增加管道的长度来放大反应器体积；其次，这种混合方法极度依赖流体的流速，只有在流速较大时才有较好的混合效果，导致其操作弹性差、操作窗口窄，不利于停留时间较长的过程；最后，复杂的管道结构或填充物进一步增加了管道被固体堵塞的风险，特别是对于一些管道直径比较小的反应器，如微反应器。主动式混合器通过外场来强化管道内的流体混合，可以用空管道或者非常简单的管道结构(如直管道)，压力降小，能很好的解决对流混合弱、容易被固体堵塞等问题。另外，该方法的混合效果主要由外场强度决定，不依赖于流体流速，因此混合效果和停留时间可以分开调节，操作区间大、弹性好，同时适合低流速或高流速操作；同时该方法能利用外场预防或疏通管道内的固体堵塞。在这些主动式混合器中，基于超声的反应器最有前景，因为超声是一种机械波，安全可靠；同时超声清洗机等设备已经在工业界大规模实用，产生超声的设备技术成熟、成本低。虽然超声已经被广泛报道可以强化管道内流体的混合，但超声管式反应器的设计却比较复杂，因为需要结合超声换能器和化工反应器的两个不同学科的知识。目前已有几种超声反应器被报道，世界专利WO2011023761公开了一种将超声导入管道反应器的方法，该方法通过一个耦合装置将超声从超声换能器直接传输到与其接触的工艺流体中，并通过工艺流体将超声能量导入反应器，由于超声在工艺流体中衰减比较快，该方法主要适合于在反应器局部如进口、出口引入超声。德国专利DE10243837A1公开了一种高通量超声流动池反应器，超声探头与反应器管通过一个夹套相连，夹套与反应器管之间灌入高压水，水不仅用来将超声波传导进入管道，同时可以控制管道的温度，该装置的缺点是超声在高压水中有能量损耗，同时超声波在水和管道壁面有反射，进一步降低了能量传播进入管道内的效率。授权公告号为CN104923468B，授权公告日为2018.10.23的中国专利技术专利公开了一种大功率超声波微反应器，该微反应器通过超声换能器的前辐射面与超声换能器直接刚性连接，使微反应器和超声换能器作为一个整体振动，振动在垂直于前辐射面的方向上形成的超声波波长为微反应器的上表面到后盖板的后面的距离的两倍；微反应器的上表面为微反应器远离超声换能器的一侧表面，后盖板的后面为后盖板远离压电陶瓷堆的一侧表面，微反应器的上表面到后盖板的后面的距离即为超声波微反应器在垂直于前辐射面的方向上的长度。上述的超声波微反应器的管体流道位于一块反应器板中，反应器板与夹心式换能器的前辐射面结合，整个装置在纵向上形成一个半波振子达到共振，使超声能量汇聚到反应器板中的管道内。这种反应器超声能量效率高、结构简单，但超声波放大困难，超声换能器的辐射面积有限，能够接触的管道长度有限，不利于做成大体积的超声反应器。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提供一种管式连续流超声反应器，以解决现有技术中的超声反应器超声换能器的辐射面积有限，能够接触的管道长度有限，不利于做成大体积的超声反应器的问题。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种管式连续流超声反应器，包括超声换能器、变幅杆、工具头和流体管道，所述变幅杆的一端连接所述超声换能器、另一端连接所述工具头，所述流体管道缠绕布置在所述工具头的振动壁上，所述变幅杆用于将所述超声换能器产生的超声波传递至所述工具头，所述振动壁用于反射所述超声换能器产生的超声波。优选地，所述超声波在工具头内的振动壁处反射并产生径向共振驻波，所述工具头的振动壁位于所述共振驻波的波腹处。优选地，所述振动壁r的半径与所述超声波f的频率满足以下关系：其中f为超声波的频率，r为振动壁的半径，c为工具头中的声速，σ为泊松常数，Jn为第N类贝塞尔函数。优选地，所述振动壁为所述工具头的外侧壁，所述外侧壁上设有螺旋槽，所述流体管道布置在所述螺旋槽内。优选地，所述工具头包括本体和布置在所述本体上的管道架，所述流体管道布置在所述管道架上，所述振动壁为所述本体的外侧壁。优选地，所述管道架包括套设在所述本体上的套筒，所述套筒上开设有螺旋布置的孔道，孔道形成所述流体管道。优选地，所述管道架包括沿所述本体的周向间隔布置的多个支撑片，所述流体管道布置在所述支撑片上。优选地，所述支撑片上开设有用于供所述流体管道穿过的穿孔，所述穿孔沿所述本体的轴向间隔布置有多个。优选地，所述穿孔沿所述本体的径向间隔布置有至少两列。优选地，所述流体管道缠绕布置有至少两层，相邻层的流体管道之间以及流体管道与所述振动壁之间填充有介质层。本专利技术实施例一种管式连续流超声反应器与现有技术相比，其有益效果在于：变幅杆连接超能换热器与工具头，利用变幅杆把超声波传递至工具头上，超声波在工具头的振动壁处发生全反射，反射波与激发波相叠加，沿工具头的径向形成共振驻波，波腹为共振驻波的振幅最大的位置处，振动壁布置在波腹处，流体管道缠绕布置在振动壁上，超声波的能量能够从振动壁辐射出去并传导进入流体管道内；由于振动壁的表面积大，可以接触更多的流体管道，因此流体管道的体积可以做的比较大，便于制作大体积的超声反应器；另外超声换能器与流体管道通过变幅杆隔开，可以减少热量进入流体管道而引起温升，也可以对超声换能器进行单独冷却。附图说明图1是本专利技术的管式连续流超声反应器的实施例1的结构示意图；图2是本专利技术的管式连续流超声反应器的实施例1的结构示意图；图3是本专利技术的管式连续流超声反应器的实施例3的结构示意图；图4是本专利技术的管式连续流超声反应器的实施例4的结构示意图；图5是图4的管式连续流超声反应器的支撑片的结构示意图。图中，1、超声换能器；2、变幅杆；3、工具头；31、本体；32、套筒；321、孔道；33、支撑片；331、穿孔；34、螺旋槽；4、流体管道。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。本专利技术的一种管式连续流超声反应器的实施例1，如图1所示，该管式连续流超声反应器包括超声换能器1、变幅杆22、工具头3和流体管道4，变幅杆22的一端连接超声换能器1、另一端连接工具头3，工具头3、变幅杆22与超声换能器1通过螺栓紧连接，流体管道4缠绕布置在工具头3的外侧壁上。超声换能器1用于将输入的电功率转换成机械功率(即超声波)再传递出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种管式连续流超声反应器，其特征在于，包括超声换能器、变幅杆、工具头和流体管道，所述变幅杆的一端连接所述超声换能器、另一端连接所述工具头，所述流体管道缠绕布置在所述工具头的振动壁上，所述变幅杆用于将所述超声换能器产生的超声波传递至所述工具头，所述振动壁用于反射所述超声换能器产生的超声波。/n

【技术特征摘要】
1.一种管式连续流超声反应器，其特征在于，包括超声换能器、变幅杆、工具头和流体管道，所述变幅杆的一端连接所述超声换能器、另一端连接所述工具头，所述流体管道缠绕布置在所述工具头的振动壁上，所述变幅杆用于将所述超声换能器产生的超声波传递至所述工具头，所述振动壁用于反射所述超声换能器产生的超声波。


2.根据权利要求1所述的管式连续流超声反应器，其特征在于，所述超声波在工具头内的振动壁处反射并产生径向共振驻波，所述工具头的振动壁位于所述共振驻波的波腹处。


3.根据权利要求2所述的管式连续流超声反应器，其特征在于，所述振动壁的半径r与所述超声波的频率f满足以下关系：



其中f为超声波的频率，r为振动壁的半径，c为工具头中的声速，σ为泊松常数，Jn为第N类贝塞尔函数。


4.根据权利要求1所述的管式连续流超声反应器，其特征在于，所述振动壁为所述工具头的外侧壁，所述外侧壁上设有螺旋槽，所述流体管道布置在所述螺旋槽内。


5.根据权利要求1所述的管式连...

【专利技术属性】
技术研发人员：董建，范晓梅，
申请(专利权)人：董建，范晓梅，
类型：发明
国别省市：广东;44