声化学反应器设计的几个理论问题

论述了声化学反应器理论中关键的几个问题,主要涉及空化效应动力学,和描述这一动力学过程的Noltingk-Napprias方程的修正,和修正以后的方程如何描述声场施加随机微扰以后增加空化效应。同时开放式声化学反应器中的声化学反应动力学过程,以及窄脉冲声场空化峰效应对提高声化学反应的作用也被祥细做了论述。     

声化学反应器设计研究进展

论述声化学反应器的研究进展及设计的基本原理,包括反应器采用的超声换能器的端面面积、输出声强、ＣＳＴＲ和ＰＦＴ模型下两种反应器中物料衡算方程,增加声化学反应器中声化学产额的空化效应动力学途径以及换能器与反应溶液之间的电 声耦合关系     

声化学微反应器——超声和微反应器协同强化

微反应器和声化学技术都是化工过程强化的重要手段,但都有优缺点。阐释了"声化学微反应器"的理念——微反应器和声化学技术相互集成,利用超声强化微通道内的混合、传质和预防堵塞等,同样借助微反应器实现声场和气泡场的有效调控并解决声空化过程的放大难题,实现协调强化的目的。同时,深入剖析了声化学微反应器内的声空化行为、声场和气泡场调控规律,以及多相流动体系中的混合与传质强化机制。最后展望了该领域的发展方向,并指出超声空化过程中表界面时空尺度现象和理论是实现并优化超声强化的基础。     

声化学微反应器——超声和微反应器协同强化

微反应器和声化学技术都是化工过程强化的重要手段,但都有优缺点。阐释了“声化学微反应器”的理念--微反应器和声化学技术相互集成,利用超声强化微通道内的混合、传质和预防堵塞等,同样借助微反应器实现声场和气泡场的有效调控并解决声空化过程的放大难题,实现协调强化的目的。同时,深入剖析了声化学微反应器内的声空化行为、声场和气泡场调控规律,以及多相流动体系中的混合与传质强化机制。最后展望了该领域的发展方向,并指出超声空化过程中表界面时空尺度现象和理论是实现并优化超声强化的基础。     

近场型声化学反应器中的化学反应

引　言声化学是 2 0世纪 80年代兴起的一门新化学学科[1～ 3] .声化学均相合成[4 ] 、声化学反应机理[5] 、声化学用于水处理[6 ,7] 是当前主要的研究方向 .近年 ,声化学反应的工业化也初露头角[8] ,而工业化所涉及到的一个重要问题是声化学反应器的设计理论 .Ｍａｒｔｉｎ[9] ,Ｈｏｆｆｍａｎｎ[10 ] ,Ｂｅｒｌａｎ[11] ,作者[12～ 15] 等对声化学反应器设计的一般原理进行过论述 .但是 ,直到目前 ,人们对空化泡数量与声化学产额之间定量关系的描述还很缺乏 .本研究采用近场型声化学反应器研究ＫＩ水溶液中的声化学产额与声场中空化泡数量…     

纯水体系超声空化产额研究

实验以H2O2产额和电导率变化量作为超声空化产额的表征方法,考察了超声频率、超声功率以及曝气供氧对纯水体系超声空化产额的影响。结果表明,在400kHz和120W以下范围内,纯水体系H2O2产额和电导率变化量随超声频率、超声功率的增加而逐渐增大,高频超声对空化产额的增强效应更为明显。曝气供氧能够明显增强纯水体系空化产额,超声辐照曝气系统电导率的增加量远大于单独曝气和单独超声辐照引起的电导率增加量数值的代数和。     

声化学反应器中空化声场和空化泡之间相位同步的方法

<正>声化学是20世纪80年代兴起的一门独立化学学科[1]。其工业化应用,主要涉及高效率、低运行成本的声化学反应器[2-9]。虽然,早在1993年,作者就发现了降低声化学反应器中声场临界值,以及减少声能损耗的方法——采用调制脉冲声波引发反应器中的超声"空化峰"[10]。但是,这只是途径之一。本文研究第二种途径——声场中的空化泡相位同步方法。     

窄脉冲声场中空化峰对声化学反应器设计的作用

用声致发光在声强<0.5W/cm2时记录到脉冲声场中脉冲占空比为1∶1,脉冲宽度为300～400μs时空化效应出现峰值,即出现空化峰。这一效应对于在低声强(<0.7W/cm2)下引发声化学反应和降低声化学反应的声能耗有意义     

圆球型声化学反应器内声场的数值模拟与实验研究

利用计算流体动力学CFD商业软件-FLUENT,以多相流模型中的混合物模型(Mixture)为基础,并耦合空化模型,对自主开发研制的圆球型超声化学反应器内空化场进行了数值模拟。反应器内空化场为液态水和空化汽泡二相流动问题,研究了空化模型参数的影响,对数值模拟的结果包括超声振动时的压力场、气含率场的分布进行了分析讨论,并与声压测量实验及铝箔空蚀实验结果比较,实验数据和模拟结果基本吻合。空化模型中,不可压缩气体的质量分数越大,水中O点处的气含率越高,压强波动幅度越小;水的饱和蒸汽压越高,O点处的气含量越大,且波动幅度越大,但压强幅值变化程度越小。本项研究表明CFD技术的应用对于超声声场分析具有重要的参考价值,对声化学反应器设计理论的发展具有指导意义。     

声场模拟方法在大功率低频超声工程中的应用

介绍声场数值模拟方法在大功率低频超声处理器(如清洗槽、声化学反应器)中应用的研究进展。超声声场数值模拟包括基于计算流体动力学方法的二相流体模型模拟法;基于有限元分析方法的两步计算法和在波动方程中考虑流体中气泡的阻尼影响的阻尼超声波传播法。介绍了这些模拟计算方法的基本原理及相关模拟结果,并就存在的问题进行讨论,指出了有待进一步研究的问题。     

固体颗粒对超声空化场的影响

根据超声化学基础理论研究的结果,微小固体颗粒的存在可以促进超声场中空化作用的效果,活性炭(AC)和氧化铝均是优良的催化剂载体,本研究采用铝箔腐蚀法测量了将其加入超声反应器后的超声空化场分布情况,并用MATLAB软件对铝箔腐蚀结果进行了定量分析,结果表明固体颗粒加入在提高超声空化强度的同时还可以显著改善声场均匀性,颗粒活性炭对空化的促进的效果要优于粉末活性炭,高固体含量下氧化铝效果优于活性炭的效果。     

超声场对超临界CO_2萃取葵粕绿原酸的影响

以葵粕为原料,考察了超声场对超临界CO2萃取绿原酸的影响。单因素实验结果表明,超声强化能明显提高超临界CO2萃取绿原酸的萃取率,4 h后最大可提高0.83%;在相同萃取率条件下,超声强化能明显缩短超临界CO2萃取的萃取时间,在3.42%萃取率时可以缩短近2 h;超声功率密度对绿原酸萃取率有较大影响,在0~100 W/L内,绿原酸萃取率在3.56%~4.65%变化;与其他辐照方式相比,采用超声6 s间隔6 s的超声辐照方式,既能保持高的萃取率,又能节省能量。FTIR结果显示,超声作用没有改变绿原酸的结构。证明超声场对超临界CO2萃取绿原酸具有强化作用。     

Modeling the ultrasonic cavitation‐enhanced removal of nitrogen oxide in a bubble column reactor

A model study of the sonochemical removal of nitric oxide (NO) in a bubble column reactor is presented. The detailed model is developed to investigate the actual cavitation phenomena taking place during the absorption of NO. The expansion and subsequent collapse of cavitation bubble according to the theory of cavity collapse—initially developed by Lord Rayleigh and then improved on by coupling the energy balance equation of the bubble and the chemical reactions taking place inside the cavity to calculate the composition of different species formed during the collapse—are modeled. The model takes into consideration (1) cavitation bubble dynamics, (2) generation and transfer of oxidizing species from bubble collapse through reaction kinetics, (3) transfer of NO from gas to liquid, and (4) chemical reactions of oxidizing species with dissolved NO. The results of the simulations surprisingly indicate that the chemistry induced by ultrasonic cavitation cannot explain the absorption of NO beyond about 30% of the inlet concentration if the mass transfer is assumed to be the same as that in the bubble column without ultrasound. When experimental values of mass‐transfer coefficients, calculated in the studies by other researchers (which are in the range of about five times the physical mass‐transfer coefficient in a bubble column), are used, absorption up to 80% are calculated in the simulations consistent with experimental results obtained from the sonochemical bubble column reactor. The present model provides a framework on which more robust and rigorous models can be developed for the complex gas‐liquid sonochemical systems and reactors. © 2011 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 58: 2397–2411, 2012     

超声波对液相中微颗粒凝聚过程的作用机理

通过模拟实验研究揭示超声波对液相中微颗粒凝聚过程作用机理,为超声波去除钢液中夹杂提供实验依据. 在功率15~30 W的范围内,超声波的声流作用很明显,可将液相中的微颗粒聚集于声压较小的区域. 如果超声波功率在一定临界值(本研究为60 W)以下,振动作用将超过空化分散作用,使颗粒凝聚成团,生成的空化气泡起到聚集已生成的颗粒团并使之长大的作用,得到颗粒团粒径和超声功率的关系式为：dcluster=0.539e0.523P (060 W).     

超声场对栀子甙提取过程的强化

测定了在栀子果实中栀子甙在水溶液中浸取的固液平衡关系,不同强度超声场作用下栀子甙相平衡关系,研究比较了机械搅拌法和超声场介人下栀子甙的浸取率和浸取速率。实验结果表明：超声场可以改变浸取相平衡,超声场强度越大,固体中栀子甙吸附容量越小：超声场作用下使浸取率达到最高、浸取速率达到最大。超声场可有效强化液膜传质、粒内扩散,提高浸取率、加快浸取速率,能达到机械搅拌无法达到强化传质的效果。     

煤泥超声浮选的试验研究

超声处理对煤泥浮选的影响是多方面的.笔者对煤泥超声处理前后浮选的精煤产率、浮选脱硫效果、浮选速度等方面进行了试验研究.试验结果表明,在相同药剂制度情况下,经过超声处理浮选的精煤产率提高了10%以上;浮选脱硫完善度提高了20%;浮选速度也较超声处理前有了明显的提高.     

超声波对润滑脂中固体添加剂分散作用的研究

研究了超声波对固体添加剂MoS2和WS2在复合磺酸钙基润滑脂中的分散作用.结果表明,超声波能在半熔体状态下的润滑脂中传播,并通过超声空化作用能较好地分散润滑脂中的固体添加剂微粒,提高润滑脂的抗磨性能.