[发明专利]将基于振幅控制的超声波设备用于化工装置的三步式方法

说明书

技术领域

本发明涉及超声波设备的应用领域，特别涉及在将基于振幅控制的超声波设备用于化工装置的三步式方法。

背景技术

超声波应用于化学化工、生物学等过程，已经得到了越来越普遍的应用。这主要是基于超声波的空化作用。超声波空化作用是指存在于液体中的微气核空化泡在声波的作用下振动，当声压达到一定值时发生的生长和崩溃的动力学过程。超声波作用于液体时可产生大量小气泡。一个原因是液体内局部出现拉应力而形成负压，压强的降低使原来溶于液体的气体过饱和，而从液体逸出，成为小气泡。另一原因是强大的拉应力把液体“撕开”成一空洞，称为空化。

空化阈是使液体介质产生空化作用的最低声强或声压振幅。只有当交变声压幅大于静压力，才能出现负压。而只有当负压超过液体介质的黏度时，才会产生空化作用。空化阈随不同的液体介质而不同，对于同一液体介质，不同的温度、压力、空化核的半径以及含气量，空化阈值也不同。一般来说，液体介质含气量越少，空化阈就越高。空化阈还与液体介质的黏滞性有关，液体介质的黏度越大，空化阈也越高。空化阈与超声波的频率有着十分密切的关系，超声波的频率越高，空化阈也越高。超声波的频率越高，越难空化，要产生空化作用，就必须增加超声波的强度。

超声波的广泛的运用于各个领域，就是应用了其空化作用以及其空化伴随着机械效应、热效应、化学效应、生物效应等等。机械效应和化学效应的应用，前者主要表现在非均相反应界面的增大；后者主要是由于空化过程中产生的高温高压使得高分子分解、化学键断裂和产生自由基等。利用机械效应的过程包括吸附、结晶、电化学、非均相化学反应、过滤以及超声清洗等，利用化学效应的过程主要包括有机物降解、高分子化学反应以及其他自由基反应。

影响超声波空化作用最主要的因素，是超声波强度。其它如液体介质、温度、压力、含气量，等等，也都有影响。显然，液体介质、温度、压力、含气量，等等，都是操作者所熟知的，也是能够精确测量和控制的。而超声波强度，是操作者较为陌生的，又是很难精确测量和控制的。超声波仪器或设备的生产单位，为了便于让操作者理解和控制，或者是为了回避超声波强度的精确测量和控制，或者是本身概念就不够清楚。有意无意间，都借用了超声波设备的功率的指标来替代。

超声波强度指单位面积上的超声功率。也就是超声波发射头向液体中发射超声波时，其发射面处单位面积的功率。当然，距离发射面越远，超声波强度越低(由于液体的吸收和功率的扩散)。超声波设备的功率，是指发射头总共向液体中发射的超声波功率。是超声波强度与发射头面积的积分。显然，这二个参数有关联，但没有简单的相关性。把这两个概念混淆后，造成的后果是，实验结果缺乏可对比性和重复性。或者，在小试得到效果后，扩大中试时陷入困境，进而导致无法确定在化工生产装置的实际生产线上具体如何选择超声波设备。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中存在的不足，提供一种将基于振幅控制的超声波设备用于化工装置的三步式方法。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种将基于振幅控制的超声波设备用于化工装置的三步式方法。该方法主要分三步进行：第一步，是对实验级小试设备进行标定，绘制在小试生产中的振幅曲线；第二步，是制造和验证中试超声波设备；第三步，是制作和应用工业化生产的超声波设备。

具体地，本发明包括以下步骤：

(1)对超声波设备进行标定

对于以功率、功率百分比或功率绝对值作为调节刻度标识的超声波设备进行标定，改成以振幅为计量单位的数值作为调节刻度标识；

(2)绘制小试化学反应过程中的振幅曲线

将标定过的超声波设备应用于相应化工生产的小试实验，在实验过程中逐级调节超声波设备的振幅，同时观察实验效果；通过多组实验数据，整理得到实验效果与超声波设备振幅之间的对应关系，绘制出振幅与实验效果的关系曲线；

所述实验效果是指化学反应过程所需要实现的特定目的；

(3)制造用于中试化学反应过程的设备

以最佳实验效果对应的振幅数据作为应用于中试实验的最佳振幅数值，据此完成超声波设备的设计和制造；超声波设备的功率范围根据反应物料的用量和性质来确定，以中试实验能顺利完成且设备功率不过载为依据；

(4)验证用于中试化学反应过程的设备