[发明专利]一种超声波管式反应器

说明书

本发明涉及管式反应器技术领域，公开了一种超声波管式反应器，其包括超声换能器、振动板和流体管道，所述超声换能器设有至少一个，所述超声换能器设有前辐射面，所述超声换能器的前辐射面与所述流体管道分别设于所述振动板相对的两侧。本发明提供了一种超声波管式反应器，以达到超声波的辐射面积大、便于对流体管道进行拆卸和安装、超声波传递效率高、结构简单和成本低的目的。

技术领域

本发明涉及超声设备技术领域，特别是涉及一种超声波管式反应器。

背景技术

目前，基于微小管道的管式反应器是指内部结构的特征尺寸在数微米至数毫米尺度(这种内部结构也称为微通道)的流体设备。相较于传统的大型化工设备，基于微小管道的管式反应器具有过程可控、操作简单、安全性能高和占地空间小等优点，由此，基于微小管道的管式反应器的应用越来越广泛。

为了增强不同液体在管道内的混合，常见的做法分为被动式混合和主动式混合。被动式混合是将管道进行弯折、变形或者在管道内设置混合结构，混合结构的类型一般为静态混合构件或者挡板，液体经过弯折、变形的管道或者混合结构时，弯折、变形的管道或者混合结构能切割流体或者产生局部涡流，以达到增强流体混合的效果。但是，被动式混合存在如下两个问题：(1)微小管道的内部空间较小，微小管道本身很容易被固体颗粒物堵塞，由此，被动式混合进一步增加管道被堵塞的风险；(2)被动式混合极度依赖流体的流速，只有在流体具有较大的流速时，流体之间的混合效果才好，由此，其存在操作弹性差、操作窗口窄和停留时间不能过长的问题。

主动式混合是通过外场来强化管道内的流体的混合，该方法的混合效果由外场强度决定，其不依赖于流体的流速，因此，主动式混合的混合效果和停留时间可以分开调节，其具有操作区间大和操作弹性好的优点，从而适用于低流速和高流速的操作中。由于超声波是一种机械波，其具有安全可靠、成本低和技术成熟的优点，由此，在各种应用于管式反应器中的主动式混合器中，基于超声波混合的管式混合器的应用最为广泛。

据了解，现有的基于超声波混合的管式混合器包括超声换能器和反应器管道，超声换能器与反应器管道之间的连接方式有间接接触和直接接触。对于超声换能器与反应器管道之间的连接方式为间接接触而言，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能量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，该方法只能在反应器的局部(如进口和出口)中引入超声；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连接，夹套与反应器管之间灌入高压水，高压水不仅用于将超声波传导进入反应器管，同时可以控制反应器管的温度，但是，该装置的缺点是超声波在高压水中有能量损耗，同时超声波在水和反应器管内有反射，从而进一步降低了能量传播进入管道内的效率。

对于超声换能器与反应器管道之间的连接方式为直接接触而言，授权公告号为CN104923468B的中国发明专利公开了一种大功率超声波微反应器，其包括微反应器和超声换能器，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上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；由此，上述大功率超声波微反应器的流体管道位于一块反应器板中，反应器板与超声换能器的前辐射面结合，整个大功率超声波微反应器在纵向上形成一个半波阵子达到共振，从而使得超声能量汇聚到反应器板内的流体管道内，但是，该大功率超声波微反应器存在如下问题：(1)超声波微反应器的辐射面积有限，其可以接触到的管道的长度有限，不便于做成较大体积的超声波反应器；(2)由于流体管道设于反应器板内，当需要对流体管道进行维护或者拆卸时，需要将流体管道从反应器板内拆除，才得到流体管道，从而存在流体管道拆卸困难的问题；此外，反应器板内需要设置用于放置流体管道的安装腔，从而增大反应器板的制造难度；