超声波对化工过程强化作用.pdfVIP

第39卷第4期 西 安 建 筑 科 技 大 学 学 报(自然科学版) V01．39NO．4 2007年8月 ScienceEdition) J．Xi’anUniv．ofArch．＆Tech．(Natural Aug．2007 超声波对化工过程的强化作用 李敬生1，沈 琴1，昌 庆1，王 娟1，边选霞2 (1．江苏大学化学化工学院，江苏镇江212013；2．西安建筑科技大学图书馆，陕西西安710055) 摘要：超声波与水溶液间作用能够有效地改变溶液中分子间的相互作用力，从而改变溶液的微观结构．这对 很多化工、冶金过程，如液一液提取，熔液(液一固过程)除杂、电积、催化过程以及其他很多动力学过程都有巨大 的强化作用．主要从超微细颗粒制备、熔液凝集去杂、提取、化学反应几个方面论述了超声波对化工过程的强 化作用，特别强调了超声波的空化效应和对多颗粒系统簇团分布的控制作用及其机理．目的在于引起学界和 业界对这一重要过程强化工具的关注．并认为将这一重要的过程强化工具在化工冶金界大规模推广，虽然近 期尚不具备条件，但其前景是光明的． 关键词：超声波；空化效应；过程强化 中图分类号：TQ02 文献标识码：A 文章编号：1006—7930(2007)04—0563—06 1 前言 近年来，超声波的应用已遍及到化工、冶金、材料、食品、环境等口q3各个行业，特别在化工过程中发 500 挥着越来越重要的作用．超声波是指频率范围在20～105kHz[5]的机械波，波速一般约为1m／s，波 长约在10～o．001cm．超声波波长的上限远大于分子尺寸，说明该频率的超声波本身不能直接对分子 起作用，而是通过周围环境的物理作用转而影响分子，所以超声波的作用与其所处的环境密切相关．超 声波对化工过程的强化[61给化工制(微)粒过程、提取过程、化学反应(催化)过程等以及很多类似的其它 过程以强大的推动力，产生奇妙而又富有成效的作用．它不仅加快化工过程的速度，而且也可能改变过 程的方向．化工过程中的流体力学过程、热量传递和质量传递过程，在超声场的作用下，都可得到有效的 加强，因此，超声波技术是一门很有发展潜力的学科，超声场下作用的微观机理的研究一旦取得突破性 进展，必将给化工生产带来新的更强大生机和活力． 2 超声场下化工过程强化 超声波能量导致的机械效应、空化效应、热效应、微扰效应等物理效应，能够对超微细颗粒的制备、 萃取、催化反应等化工过程口3产生明显的加强作用，一些这样的技术在生产和生活中已得到了实际应 用，发挥了较好的经济和社会效益． 2．1超声场的“控粒”作用 将超声波技术引进超微细颗粒制备过程∞3时，既可以得到高度均匀的超微细颗粒，这种粒度的颗粒 是用一般的制备方法所难以制备出来的；也可以节约能源和时间．超声场的“控粒”作用，在这里是指超 声波引起的两种相反相成的过程：一个是指超声场下原有的大颗粒被粉碎成小颗粒使颗粒粒径趋向一 致；另外一个是指超声场下原有的小颗粒聚集成大颗粒，即凝聚作用，该作用使颗粒粒径差别趋于扩大． 从已有的实验结果看出一定频率、能量的超声波似乎与一定粒度或粒度分布相对应，大于这个粒度分布 的体系的颗粒将被粉碎成小的粒度分布，而小于这个粒度分布的体系的颗粒将被聚集成较大的粒度分 收稿日期：2005—09—28修改稿Et期：2007—06—12 基金项目：国家自然科学基金资助项目；江苏省自然科学基金资助项目(BK2006078)；江苏大学基金资助 作者简介：李敬生(1951-)，男，教授．研究方向：化工专业，高效、绿色化工新流程研发． 万方数据 564 西安建筑科技大学学报(自然科学版) 第39卷 布，以尽可能与该频率和能量下的平均粒度分布一致．例如，于庆杰，王祥彬[91通过超声波处理超细粉 体，研究了分散时间对颗粒体系分散性的影响．研究表明在超声分散中，分散时间影响超微细颗粒分散 效果，随着分散时问的延长，超微细颗粒直径越来越小，