水处理用声化学反应器研究进展

介绍了在水处理中采用的液哨式、清洗槽式、变幅杆式、杯式、平行板、管型等声化学反应器的研究进展和应用现状。指出要在实际水处理工程中采用超声技术,必须尽快开展高效、大批量处理或流水式连续运行的声学反应器的基础研究与应用开发.

近场型声化学反应器中的化学反应

Ultrasound of frequency 1.8?MHz,sound intensity 1-5 ?W·cm -2 was used to induce sonochemical reaction in a near field acoustic sonoreactor.It was found that the sonochemical yield is linearly related to sound intensity and irradiation time. The cavitational bubble’s amount and sonochemical reaction dynamic equation in cavitational sound field were also presented.

气升式内环流超声化学反应器降解五氯酚离子溶液

对气升式反应器中超声降解五氯酚离子作了研究,取得了良好的效果。实验结果表明,气体对气升式反应器降解五氯酚离子的效果依次为氧气>空气>氮气,但是随着空气流量增大,降解率降低;声强越大,降解率越大,降解助剂CCl4适宜的量为5mL/L。由于该装置易于工程放大,所以在工业应用方面有着广阔的前景。

声化学反应器设计中的基本原理

论述了声化学反应器设计中的一些基本问题，主要涉及小尺度混响声场中的声化学产额及其与声强、频率、反应溶液的温度、动态粘度及反应器几何形状之间的关系。

矩形声化学反应器空化场分布的研究

文章研究了分析反应器尺寸及液体深度对矩形声化学反应器空化场分布的影响。在刚性边界条件下,理论分析得出了纵向声压分布公式。用MATLAB仿真分析了纵向声压分布情况,并用染色法进行了实验验证。结果表明:声场中声压有多种简正声波和高次同相振动叠加而成。近场区总声压幅值以高次同相振动为主,声压幅值随液体深度的增大而迅速衰减;远场区则以简正声波为主,声压幅值随液体深度的增大而起伏变化。当满足一定条件时,在槽体可发生长度共振。

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)

侧面辐射声化学反应器的声场研究

目的研究侧面辐射声化学反应器的声场分布。方法从三维声波方程出发,根据声化学反应器的声学边界条件,推导其中的声压表达式。结果声场中声压由多种简正声波和高次同相振动叠加而成。结论声压幅值的横向分布取决于声源的振动方式,纵向分布取决于反应容器的几何尺寸、声源振动频率、液体中的声速以及液体的深度等。近场区以高次同相振动为主,声压幅值随着纵向距离的增大而迅速衰减;远场区则以简正声波为主,声压幅值随着纵向距离的增大而起伏变化。

双制式温控型声化学反应器研究

在分析传统声化学反应器缺陷的基础上,研制了一种新型声化学反应器.该反应器具有冷却和加热两种温控方式.对反应器的冷却降温性能进行了实验分析.结果表明,该反应器独特设计的冷却降温结构,克服了传统声化学反应器的缺陷,既可有效控制反应介质的温度,又不破坏反应介质中的声场及其超声空化状态.

矩形声化学反应器声场分布纵向共振研究

研究了矩形声化学反应器中声压发生纵向共振的条件.从基本的三维波动方程出发,通过计算得出纵向声压分布公式;利用Matlab仿真了纵向声压分布情况.结果表明:总声压幅值分布由简正声波和高次同相振动叠加而成.当液体深度取1/4波长的奇数倍时,高次同相振动对总声压幅值的影响可以忽略,总声压是各简正声波的叠加;满足4种条件时,声场分布发生纵向共振,类似单一平面波形成的驻波.

插入式超声化学反应器的设计与仿真研究

超声辅助水样消解技术实现了水质多参数检测的快速性、准确性,而声化学反应器在超声消解法中起到了关键性作用。从理论方面分析了影响超声波在声化学反应器中能量传播的主要因素是反应器结构和几何尺寸;采用ANSYS软件仿真,设计了一种变幅杆插入式声化学反应器。通过MATLAB软件进行声场仿真分析,与槽式相比,插入式具有降低能量损耗,提高传播效率的优势。设计实验证明,基于插入式化学反应器的超声辅助快速检测方法测得标准邻苯二甲酸氢钾(KHP)溶液的化学需氧量(COD)值同国标法测得的COD值非常接近,准确度在-9.2%~4.4%,且测量重复性好,周期较短。该方法更有利于水质在线检测技术。

声化学反应器中声场非线性研究

推导了利用声压基频和二次谐频分量计算溶液中声场非线性参量的公式,并利用该公式计算了不同功率下侧壁黏结换能器水槽式声化学反应器中亚甲基蓝水溶液的声场非线性参量.结果表明,反应器中亚甲基蓝水溶液的声场非线性明显,低功率下非线性参量测量结果接近标准值,随激励功率增加导致声空化效应增强,非线性参量也随之而增大.

双频温控式声化学反应器的研制

介绍一种双频温控式声化学反应器。采用水循环降温方法,使变幅杆式反应头能在大功率状态下长时间稳定辐射,并能有效地将声化学反应器内因超声热效应引起的温升控制在5℃左右。利用自动控制及转换电路,使声源既能在20kHz或35kHz中任一单频辐射工作,又能双频自动交替辐射工作,且工作性能稳定,输出电功率在0-800W可调。

声化学反应器的冷却降温技术

介绍了一种声化学反应器冷却降温技术,并以自来水作冷却介质和反应介质进行了试验。结果表明,冷却介质流量越大,反应介质温度上升越缓慢,达到温度平衡所需时间越短,温度增量越小。没有冷却介质时,反应介质温度达到平衡约需180min,温度升高约30℃;冷却介质流量为160 L/h时,反应介质温度达到平衡约需30min,温度仅升高约4℃。

解吸用声化学反应器的设计与标定

针对溶液中气体解吸的使用特点,自行设计了一套频率、功率、温度、溶液高度等可控的声化学反应器。采用量热法作为检测手段标定声化学反应器超声功率,研究柠檬酸溶液高度、温度和溶液浓度对实际分散在溶液中的超声功率的影响。结果表明,分散在柠檬酸溶液中的超声功率在液位为8 cm时最大;柠檬酸溶液初始温度升高,分散在溶液中的超声功率直线下降;柠檬酸溶液浓度对分散在溶液中的超声功率影响较小。应用所设计的声化学反应器可大大提高柠檬酸盐溶液中二氧化硫的解吸率,5 h时,超声辐射的解吸率要比无超声时高25%。

声化学反应器的基础理论

声化学是20世纪80年代新崛起的一门化学学科。1986年6月在英国沃里克大学召开的第一届国际声化学研讨会标志这一新兴化学学科正式步入当代化学学科目录。经过20余年的实验室的基础研究工作，目前，声化学开始走向工业化应用研究。

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。

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。

声化学反应器内声场的数值模拟

为了对声化学反应器内声压幅值分布有一个直观的、定性的了解。本文利用有限元理论对圆柱形声化学反应器在28kHz驱动频率的作用下,不同水面高度内的声场进行了数值模拟。结果表明,反应器水面高度较低时比反应器水面高度较高时的声波能量聚焦的更好、可达到更大的声压幅值,而在反应器水面较高时则会出现声压"盲区"位置。该方法对研究声化学反应器内声场有一定的意义。

声化学反应器在脱除SO_2过程中的应用

通过对常用的声化学设备使用情况的分析,根据超声解吸柠檬酸钠溶液中二氧化硫过程的特点,自行设计了一套用于气液传质的多参数可控的声化学反应器,频率为40kHz,功率为0～300W。随后使用该反应器对脱除柠檬酸钠溶液中二氧化硫的过程进行了研究。结果表明,超声波能够较大地促进二氧化硫的脱除,在超声场下工作5h,二氧化硫的脱除率比无超声时高25%;超声场下,二氧化硫脱除率在50℃时达到最大值;在相同搅拌强度下,有超声波比无超声波时二氧化硫脱除率均大25%。