[发明专利]高功率超声变幅器

说明书

技术领域

本发明涉及通过超声波对液态介质中的材料进行处理所使用的处理设备的领域。

背景技术

将超声波用于驱动化学反应是众所周知的。描述超声波的化学应用的出版物示例有：K.S.Suslick，Science，247卷第1439页(1990)和T.J.Mason，PracticalSonochemistry，A User’s Guide to Applications in Chemistry and Chemical Engineering，Ellis Norwood Publishers，West Sussex，England(1991)。在已开发的各种声波处理系统中，称为“探针”型系统的那些包括产生超声波能量并将该能量传输到超声变幅器进行放大的超声变换器(transducer)。

超声波发生器通常由于驱动振动所需的能量以及由超声变换器产生的热量而使能量输出受到限制。由于这些限制，大规模化学处理的超声波应用只能取得有限的成功。在相对较高功率下实现超声振动的一种手段是使用磁致伸缩驱动的超声波变换器，但是磁致伸缩驱动所能获得的频率下振幅仍然仅为适中。对磁致伸缩超声波变换器及其在化学反应中的用途的公开出现在以下文献中：A.A.Ruhman等人的US 6,545,060B1(2003年4月8日授权)及其PCT申请WO 98/22277(1998年5月28日公开)，以及N.Yamazaki等人的US 5,486,733(1996年1月23日授权)、M.C.Kuhn等人的US 4,556,467(1985年12月3日授权)、P.Blomqvist等人的US5,360,498(1994年11月1日授权)、和H.T.Sawyer的US 4,168,295(1979年9月18日授权)。Ruhman等人的专利公开了在连续流反应器中产生超声波振动的磁致伸缩变换器，在该反应器中振动相对于流的方向径向取向且频率范围限制于最大值为30kHz。Yamazaki等人的专利公开了在相对较低功率下工作的小型超声变幅器，其中磁致伸缩被列为可能的振动发生源、以及压电元件和电致伸缩应变元件的组中之一。Kuhn等人的专利公开了包括提供小于100kHz频率的多个超声变幅器和发生器的连续流处理器。Blomqvist等人的专利公开了使用在共振频率23.5kHz下工作的磁致伸缩粉末复合物的超声波发生器。Sawyer等人的专利公开了具有各自包含四个变换器的三组超声变换器、并提供频率为20至40kHz的超声波的流通反应管。这些系统不适于其中需要高反应产率的高通量反应。

发明内容

目前已经发现，通过能承受高振动应力而不损坏变幅器的特殊设计超声变幅器，高能量超声波能被提供给反应系统。最佳地，本发明的变幅器被设计成在一特定超声频率下使用，且可设计不同的变幅器并用于不同的超声频率。变幅器是固态的细长体，其较佳长度约等于以所选频率通过该变幅器的超声振动的单个波长。变幅器具有近端和远端，近端适于有效地连接到超声变换器，而远端暴露并浸入液态反应介质中。该远端呈圆锥形并至少大致逐渐变细到一点，从而增强超声波振动向反应介质体的穿透。变幅器上位于近端和远端之间的安装固定装置使得变幅器可被安装在反应器的器壁上，其中远端在容器内且近端在容器外。

该固态细长体是整体构建的，这表示它是由整件连续材料而非多件或单独形成并通过焊接或使用螺钉、夹具或任何将多个部分固定在一起的其它方法连接的部件形成。“连续”的含义为该体不包含内部空腔，而是相对其外部尺寸完全致密。

本发明的超声变幅器可用于进行其产率、反应速率或者两者可通过超声波增强的任何化学反应，尤其用于原油和原油馏分的直接脱硫。公开了将超声波用于处理这些材料的工艺在共同拥有的美国专利No.6,402,939(2002年6月11日授权)、美国专利No.6,500,219(2002年12月31日授权)、美国专利No.6,652,992(2003年11月25日授权)、美国公开专利申请No.US 2003-0051988A1(2003年3月20日公开)、和美国专利No.6,827,844(2004年12月7日授权)。进一步的公开可在以下待批美国专利申请中找到：No.10/803,802(2003年3月17日提交)、No.10/857,444(2004年5月27日提交)、和No.10/994,166(2004年11月18日提交)。在本说明书中引用的所有专利、专利申请和出版物整体上为其能提供的所有法律目的通过引用全部结合于此。

附图说明

图1是根据本发明的超声变幅器的侧视图。