專利名稱：管式超聲反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種化學(xué)反應(yīng)裝置，特別是涉及一種利用超聲波促進化學(xué)反應(yīng)的 管式超聲化學(xué)反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
一般的化學(xué)反應(yīng)器，如反應(yīng)釜，體積龐大，占用很大的空間；普通的管式反應(yīng)器，雖 然體積較小，但管道內(nèi)體積小，不易添加機械攪拌裝置，在短時間內(nèi)很難實現(xiàn)反應(yīng)物質(zhì)的均 勻混合。超聲不但有強烈的振動，而且還具有空化作用并產(chǎn)生大量的微射流，可以使液體 對容器壁產(chǎn)生強烈的沖擊作用，這樣的功能被應(yīng)用于超聲清洗；同樣，超聲可以使流體之間 的混合更加均勻。但在實際使用中，一般將超聲換能器(28 200KHz)加于管道反應(yīng)容器 的外壁、箱式反應(yīng)容器的兩側(cè)，這些結(jié)構(gòu)均沒有考慮到超聲波對于安裝于對面管壁或箱體 的超聲換能器壓電陶瓷的損傷，而且垂直于超聲換能器的反射回波對壓電陶瓷的損傷同樣 不能忽略，直接影響超聲換能器的壽命，從而降低裝置的運行穩(wěn)定性和可靠性。專利申請?zhí)?00520035923. 7和20051002197. 0提出的管式循環(huán)超聲波化學(xué)反應(yīng) 裝置，采用變幅桿雖然可以改善超聲場分布均勻性，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其變幅桿的長徑比與管 式反應(yīng)器長徑比的匹配效果將影響其超聲場的分布，難以滿足不同容積的反應(yīng)器的需求。 專利申請?zhí)?00510021057. 0提出的快速反應(yīng)器及其方法，通過文丘里快速反應(yīng)器，反應(yīng)物 料在此產(chǎn)生強烈沖擊、快速振蕩和收縮與擴張而迅速混合、反應(yīng)，形成這種反應(yīng)方式，必須 外加許多能量，對于反應(yīng)能耗可能有負面影響，并且文丘里管的結(jié)構(gòu)，不利于提高單個反應(yīng) 器的生產(chǎn)能力。為了克服上述缺陷，開發(fā)一種運行穩(wěn)定可靠、超聲場分布均勻、適合于不同反應(yīng)容 積和不同流量的管式超聲反應(yīng)器，并且容易安裝和維護、運行成本適宜，特完成本實用新型 的設(shè)計。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)及設(shè)計中的缺陷和不足，推出一種能夠適合于不同反應(yīng) 容積和不同反應(yīng)物流量、超聲場分布均勻、容易安裝和維護、性能穩(wěn)定、運行成本低的管式 超聲反應(yīng)器。本實用新型的技術(shù)構(gòu)思為采用耐腐蝕材料作為反應(yīng)容器的管體，兩端分別與超聲發(fā)生器和超聲反射體連 接，反應(yīng)物溶液從超聲反射體一端進入反應(yīng)器，在管路另一端的超聲發(fā)生器所產(chǎn)生的超聲 波，經(jīng)反應(yīng)溶液傳播并到達超聲波反射體的表面，由于超聲反射體的作用使超聲波不沿原 路反射，經(jīng)管壁多次反射，從而使反應(yīng)溶液受到來自不同方向的超聲波振動、擠壓，使超聲 場在反應(yīng)溶液中分布均勻，促進反應(yīng)物充分混合，加強反應(yīng)效果。反應(yīng)后的產(chǎn)物從靠近超聲 發(fā)生器的管體一端導(dǎo)出，在反應(yīng)容器的管體上裝一個單向閥，用于排除反應(yīng)產(chǎn)生的氣體。由于超聲反射體使超聲波不沿原路反射，可以有效延長超聲振子的使用壽命，提高反應(yīng)裝置 的運行穩(wěn)定性和可靠性。本實用新型的技術(shù)方案如下一種管式超聲反應(yīng)器，其特征在于圓錐形超聲反射體、作為反應(yīng)容器的管體和超 聲發(fā)生器構(gòu)成管式反應(yīng)器的主體結(jié)構(gòu)；其中，安裝圓錐形超聲反射體的管體上，分布有2個 進水口(或反應(yīng)溶液入口)；作為反應(yīng)容器的管體在靠近超聲發(fā)生器一端有出水口(或反 應(yīng)產(chǎn)物出口)，管體的中部加裝有單向閥；超聲發(fā)生器、作為反應(yīng)容器的管體、圓錐形超聲 反射體之間采用法蘭連接；所有法蘭連接處，均加密封墊。圓錐形超聲反射體焊接于一端密封的管體的底部，在該管體的端口焊有連接法 蘭，在該管體上接有兩個進水口，進水口的連接與管體的徑向呈一角度，并且以接近管體的 斜切線方向進入管體，以避免在超聲反射體一端形成反應(yīng)溶液不宜擴散的死角。作為反應(yīng)容器的管體，可以采用塑料、鈦合金、不銹鋼或表面涂覆耐腐蝕涂層的金 屬管材制成，管體焊有連接法蘭、出水口和安裝有單向閥。超聲發(fā)生器由電源、超聲換能器(或稱為超聲振子)、金屬板和帶有連接法蘭和 電線出口的圓柱型外殼構(gòu)成，換能器在金屬板上的粘結(jié)采用環(huán)形均布排列，以保證超聲場 的均勻性，金屬板上有與法蘭配接的通孔，以便于通過螺栓連接，該金屬板構(gòu)件的厚度不宜 過大，否則影響超聲能量的傳輸，該金屬板構(gòu)件最好采用鈦合金或不銹鋼材料制備，以免腐 蝕；在金屬板與圓柱形外殼的連接法蘭之間，加一橡膠密封墊，以減少超聲換能器產(chǎn)生的超 聲能量直接通過管壁振動向環(huán)境擴散。本實用新型的效果如下不同反應(yīng)物溶液可以經(jīng)過外接計量泵(或流量計+閥門)的控制，按化學(xué)反應(yīng)的 要求比例，從超聲反射體一端的2個進水口進入反應(yīng)器(如果超過2種反應(yīng)物溶液，可以 通過計量泵之后的三通連接，最后進入進水口)，在管路另一端的超聲發(fā)生器所產(chǎn)生的超聲 波，經(jīng)反應(yīng)溶液傳播并到達超聲波反射體表面，超聲反射體的作用使超聲波不沿原路反射， 經(jīng)管壁多次反射，從而使反應(yīng)溶液受到來自不同方向的超聲波擠壓、攪拌，促進反應(yīng)物充分 混合，加強反應(yīng)效果，參見圖(la、lb)。反應(yīng)后的產(chǎn)物從靠近超聲發(fā)生器的管體一端導(dǎo)出，反 應(yīng)過程中產(chǎn)生的氣體可以通過單向閥和排氣口排出。由于超聲反射體使超聲波不沿原路反射，可以有效延長超聲振子的使用壽命，提 高反應(yīng)裝置的運行穩(wěn)定性和可靠性。這種設(shè)計的管式超聲反應(yīng)器，可以適合于不同反應(yīng)容積和不同反應(yīng)物流量的需 求，超聲反射體使反應(yīng)器中的超聲場分布均勻，裝置容易安裝和維護、運行成本低，提高運 行穩(wěn)定性和可靠性。

圖la 超聲反射體反射前，超聲波在反應(yīng)器中的傳播示意圖；圖lb 超聲反射體反射后，超聲波在反應(yīng)器中的傳播示意圖；圖2a 管式超聲反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2b :A-A向結(jié)構(gòu)剖視圖；圖3 電動攪拌反應(yīng)制備的草酸鈰顆粒形貌圖；[0023]圖4 管式超聲反應(yīng)器制備的草酸鈰顆粒形貌圖。附圖標記列示如下1-1安裝超聲反射體的管體，1-2作為反應(yīng)容器的管體，2-圓錐形超聲反射體，3-1 進水口，3-2進水口，4-出水口，5-排氣口，6-單向閥，7-連接法蘭，8-密封膠墊，9-金屬板， 10-圓柱形外殼，11-超聲換能器，12-電線，13-外殼蓋板，14-緊固螺釘，15-超聲發(fā)生器電 源，16-緊固螺栓。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步詳細說明。如圖(2a)所示，本實用新型的管式超聲反應(yīng)器，主體結(jié)構(gòu)包括圓錐形超聲反射 體、反射體超聲發(fā)生器和作為反應(yīng)容器的管體；其中，圓錐形超聲反射體2與安裝超聲反射體的管體1-1的底部焊接，管體1-1的端口 與連接法蘭7焊接，在管體1-1上接有兩個進水口 3-1、3-2，進水口 3-1、3-2的連接與管體 的徑向呈一角度，并且以接近管體的斜切線方向進入，以避免在超聲反射體2與管體1-1之 間形成溶液不宜擴散的死角，參見圖(2b)。作為反應(yīng)容器的管體1-2在靠近超聲發(fā)生器一端有出水口 4，管體的中部加裝有 排氣口 5和單向閥6 ；管體1-2的兩端分別焊接有連接法蘭7。超聲發(fā)生器由金屬板9、焊接有連接法蘭7的圓柱型外殼10、粘結(jié)于金屬板9上的 呈環(huán)形均布的超聲換能器(或稱為超聲振子)11、電線12、外殼蓋板13、與緊固螺釘14、超 聲發(fā)生器電源15構(gòu)成；電線12通過外殼蓋板13的中心開孔與超聲發(fā)生器電源15聯(lián)接；。在相連接的法蘭7之間以及法蘭7與金屬板9之間，均加有橡膠密封膠墊8，通過 連接法蘭7，用緊固螺栓16將安裝超聲反射體的管體1-1、作為反應(yīng)容器的管體1-2、金屬板 9和圓柱型外殼10裝配為一個整體。工作時，管式超聲反應(yīng)器的進水口 3-1、3_2分別與輸送反應(yīng)物組分的溶液的外接 計量泵的管路連接，出水口 4與加有閥門的外接收集管路連接；首先將出水口的外接收集 管路的閥門關(guān)閉，通過計量泵的控制，反應(yīng)物組分的溶液按化學(xué)反應(yīng)的要求比例，從超聲反 射體一端的2個進水口 3-1、3-2進入反應(yīng)器，經(jīng)排氣口 5和單向閥6將管內(nèi)的氣體排空，開 啟超聲發(fā)生器，打開出水口的外接收集管路的閥門，超聲發(fā)生器所產(chǎn)生的超聲波，經(jīng)反應(yīng)溶 液傳播并到達超聲波反射體2表面，超聲反射體2的作用使超聲波不沿原路反射，經(jīng)管壁多 次反射，從而使反應(yīng)溶液受到來自不同方向的超聲波擠壓、攪拌，促進反應(yīng)物充分混合，加 強反應(yīng)效果。反應(yīng)產(chǎn)物從出水口 4的一端導(dǎo)出，通過外接收集管路收集，反應(yīng)過程中產(chǎn)生的 氣體可以通過排氣口 5和單向閥6排出。通過外接計量泵對反應(yīng)物流量的控制，可以控制 反應(yīng)時間，進行連續(xù)式反應(yīng)。選擇厚度5 = 1. 5mm鈦板，環(huán)形均布粘結(jié)4個28kHz、單個功率為50W的超聲換能 器，采用外徑為225mm、厚度為12mm的PVC管作為反應(yīng)容器的管體、安裝超聲反射體的管體 和安裝超聲換能器的圓柱型外殼，作為反應(yīng)容器的管體的長度為800mm，進水口與管體徑向 的夾角為70°，圓錐形超聲反射體的頂角為60°，以這種配置的管式超聲反應(yīng)器，在采用 硝酸鈰溶液與草酸銨溶液反應(yīng)生產(chǎn)草酸鈰時，采用電動機械攪拌制備的草酸鈰顆粒較大， 有不同形狀，如圖(3)所示；采用管式超聲反應(yīng)器進行反應(yīng)，其它條件不變，所制備的草酸鈰顆粒較小，比較均勻，如圖(4)所示。 應(yīng)當指出，以上所述具體實施方式
可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面地理解本實用 新型，但不以任何方式限制本實用新型。因此，盡管本說明書參照附圖和實施例對本實用新 型已進行了詳細的說明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，仍然可以對本實用新型進行修改 或者等同替換；而一切不脫離本實用新型的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進，其均應(yīng)涵蓋 在本實用新型專利的保護范圍當中。
權(quán)利要求一種管式超聲反應(yīng)器，其特征在于圓錐形超聲反射體、作為反應(yīng)容器的管體和超聲發(fā)生器構(gòu)成管式反應(yīng)器的主體結(jié)構(gòu)；其中，(1)、圓錐形超聲反射體(2)與安裝超聲反射體的管體(1-1)的底部焊接，管體(1-1)的端口與連接法蘭(7)焊接，在管體(1-1)上接有兩個進水口(3-1)、(3-2)；(2)、作為反應(yīng)容器的管體(1-2)在靠近超聲發(fā)生器一端有出水口(4)，管體的中部加裝有排氣口(5)和單向閥(6)；管體(1-2)的兩端分別焊接有連接法蘭(7)；(3)、超聲發(fā)生器由金屬板(9)、焊接有連接法蘭(7)的圓柱型外殼(10)、粘結(jié)于金屬板(9)上的呈環(huán)形均布的超聲換能器(11)、電線(12)、外殼蓋板(13)、和緊固螺釘(14)、超聲發(fā)生器電源(15)構(gòu)成；電線(12)通過外殼蓋板(13)的中心開孔與超聲發(fā)生器電源(15)聯(lián)接；(4)、在相連接的法蘭(7)之間以及法蘭(7)與金屬板(9)之間，均加有橡膠密封膠墊(8)，用緊固螺栓(16)將安裝超聲反射體的管體(1-1)、作為反應(yīng)容器的管體(1-2)、金屬板(9)和圓柱型外殼(10)裝配為一個整體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管式超聲反應(yīng)器，其特征在于進水口(3-1)、(3-2)與安 裝超聲反射體的管體(1-1)的連接，與管體的徑向呈一角度、接近管體的斜切線方向進入 管體(1-1)。
專利摘要本實用新型涉及一種化學(xué)反應(yīng)裝置，特別是涉及一種利用超聲波促進化學(xué)反應(yīng)的管式超聲化學(xué)反應(yīng)器，由圓錐形超聲反射體、作為反應(yīng)容器的管體和超聲發(fā)生器構(gòu)成該管式超聲反應(yīng)器的主體結(jié)構(gòu)，采用緊固螺栓和連接法蘭連接成整體。其中，在安裝圓錐形超聲反射體的管體上，分布2個進水口；在作為反應(yīng)容器的管體上有出水口、排氣口、單向閥；超聲發(fā)生器由電源、呈環(huán)形均布粘接于金屬板上的超聲換能器、電線、圓柱型外殼構(gòu)成；所有法蘭連接處以及法蘭與金屬板之間均加密封墊。適用于不同反應(yīng)容積和不同反應(yīng)物流量的需求，超聲場分布均勻、易于安裝維護、運行成本低，具有較高的運行穩(wěn)定性和可靠性。
文檔編號B01J19/10GK201603554SQ20092029299
公開日2010年10月13日 申請日期2009年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
發(fā)明者王正天 申請人:王正天