一种超声波管式反应器
阅读说明：本技术 一种超声波管式反应器 (Ultrasonic wave tubular reactor ) 是由 张琳 徐蕾 于 2020-12-17 设计创作，主要内容包括：本发明的实施例提供的超声波管式反应器,超声波管式反应器包括超声换能器和流体管道,所述超声换能器包括前盖板,所述前盖板上具有前辐射面,所述流体管道设置在所述前辐射面上。本实施例提供的超声波管式反应器,将所述流体管道直接设置在超声换能器的前辐射面上,超声波能够直接进入到所述流体管道内,由于超声换能器的前辐射面的面积比较大,中间没有传递介质,因此超声能量在传递进入所述流体管道的过程中衰减小,使得超声能量传递进入所述流体管道内的效率高,而且所述超声波管式反应器,结构简单,流体管道的加工成本低,流体管道可随时更换,根据实际需要便于调节流体管道长度和布局。(The ultrasonic tubular reactor provided by the embodiment of the invention comprises an ultrasonic transducer and a fluid pipeline, wherein the ultrasonic transducer comprises a front cover plate, a front radiation surface is arranged on the front cover plate, and the fluid pipeline is arranged on the front radiation surface. According to the ultrasonic tubular reactor provided by the embodiment, the fluid pipeline is directly arranged on the front radiation surface of the ultrasonic transducer, ultrasonic waves can directly enter the fluid pipeline, and due to the fact that the area of the front radiation surface of the ultrasonic transducer is large and no transmission medium is arranged in the middle of the front radiation surface, attenuation of ultrasonic energy in the process of transmitting the ultrasonic energy into the fluid pipeline is small, efficiency of transmitting the ultrasonic energy into the fluid pipeline is high, the ultrasonic tubular reactor is simple in structure and low in machining cost of the fluid pipeline, the fluid pipeline can be replaced at any time, and the length and layout of the fluid pipeline can be adjusted conveniently according to actual needs.)
技术领域
本发明涉及超声装置的技术领域，特别是涉及一种超声波管式反应器。
背景技术
基于微小管道的连续式反应器由于具有过程可控、操作简单、安全性高等优点在精细化学品和医药材料合成领域得到了广泛应用。然而，单纯的空管道的混合是比较弱的，特别是在流速比较低、流动状态未达到湍流时。为了增强管道内流体的混合，常见的做法是在管道内设置一些混合结构，如管道弯折、变形，或内置静态混合构件、挡板等。这些混合结构在流体经过时能切割流体或产生局部涡流，达到增强流体混合的效果。这种混合方法通常称作被动式混合。
该方法有两个缺点。首先，微小管道本身就很容易被固体颗粒物堵塞，设置这些混合结构会进一步增加管道堵塞的风险。其次，这种混合方法极度依赖流体的流速，只有在流速较大时才有较好的混合效果，导致其操作弹性差、操作窗口窄，不利于停留时间较长的过程。主动式增强混合的方法能很好的解决问题。主动式混合器通过外场来强化管道内的流体混合。该方法的混合效果主要由外场强度决定，不依赖于流体流速；因此混合效果和停留时间可以分开调节，操作区间大、弹性好，同时适合低流速或高流速操作。在多种主动式混合器中，基于超声的管式混合器最有前景。因为超声是一种机械波，安全可靠；同时超声清洗机等设备已经在工业界大规模实用，产生超声的设备技术成熟、成本低。
现有技术中存在超声波在高压水中有能量损耗，同时超声波在水和管道壁面有反射，大大降低了能量传播进入管道内的效率，导致超声能量效率低的技术问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种超声波管式反应器，用于解决现有技术中存在的超声波在高压水中有能量损耗，同时超声波在水和管道壁面有反射，大大降低了能量传播进入管道内的效率，导致超声能量效率低的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的实施例采用了如下技术方案：
本发明的实施例提供了一种超声波管式反应器，超声波管式反应器包括超声换能器和流体管道，所述超声换能器包括前盖板，所述前盖板上具有前辐射面，所述流体管道设置在所述前辐射面上。
进一步地，所述流体管道盘旋布置在所述前辐射面上。
进一步地，所述流体管道包括若干条第一流道管，所有所述第一流道管排布设置在所述前辐射面上，所有所述第一流道管通过折弯管依次连通。
进一步地，所有所述第一流道管平行等间隙均布在所述前辐射面上。
进一步地，所述折弯管为塑料管或硅胶管，所述第一流道管为玻璃管或金属管。
进一步地，所述第一流道的管端部到前辐射面边缘的最短距离等于超声波在所述第一流道管内或所述流体管道内流体的波长一半的整数倍。
进一步地，流体管道的横截面的内轮廓的水力直径在0.1-100mm的范围内。
进一步地，所述超声换能器为夹心式超声换能器，其超声频率在18-1000kHz范围内。
进一步地，所述超声换能器还包括压电陶瓷堆和后盖板，所述后盖板、所述压电陶瓷堆和所述前盖板依次连接。
进一步地，所述前盖板为圆柱形、圆锥形、指数型或悬链线型，所述流体管道的横截面的外轮廓为圆形、椭圆形或矩形，所述流体管道的横截面的内轮廓为圆形、椭圆形或矩形。
相比于现有技术，本发明的实施例的有益效果在于：
本发明的实施例提供的超声波管式反应器，超声波管式反应器包括超声换能器和流体管道，所述超声换能器包括前盖板，所述前盖板上具有前辐射面，所述流体管道设置在所述前辐射面上。本实施例提供的超声波管式反应器，将所述流体管道直接设置在超声换能器的前辐射面上，超声波能够直接进入到所述流体管道内，由于超声换能器的前辐射面的面积比较大，中间没有传递介质，因此超声能量在传递进入所述流体管道的过程中衰减小，使得超声能量传递进入所述流体管道内的效率高，而且所述超声波管式反应器，结构简单，流体管道的加工成本低，流体管道可随时更换，根据实际需要便于调节流体管道长度和布局。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种超声波管式反应器的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种超声波管式反应器的一种流体管道内轮廓和外轮廓的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种超声波管式反应器的另一种流体管道内轮廓和外轮廓的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种超声波管式反应器的一种流体管道布置在前辐射面上的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种超声波管式反应器的另一种流体管道布置在前辐射面上的结构示意图；
其中：
1、超声换能器；11、后盖板；12、压电陶瓷堆；13、前盖板；14、前辐射面；2、流体管道；21、外轮廓；22、内轮廓；23、第一流道管；3、折弯管。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可更换连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1为本发明实施例提供的一种超声波管式反应器的结构示意图。
如图1-5所示，本实施例提供了一种超声波管式反应器，超声波管式反应器包括超声换能器1和流体管道，所述超声换能器1包括前盖板13、压电陶瓷堆12和后盖板11，所述后盖板11、所述压电陶瓷堆12和所述前盖板13依次连接，所述前盖板13上具有前辐射面14，所述流体管道设置在所述前辐射面14上。
其中，为了能够使得超声换能器1的利用率更高，所述前盖板13为圆柱形、圆锥形、指数型或悬链线型，具体优选为圆锥形，使得前辐射面14能够更好的将超声波扩散传输到所述流体管道上；为了便于所述流体管道对超声波的吸收，所述流体管道的横截面的外轮廓21为圆形、椭圆形或矩形，所述流体管道的横截面的内轮廓22为圆形、椭圆形或矩形。所述流体管道的横截面的内轮廓22和所述外轮廓21也还可以为各种其他的不规则的形状，为了加工便利，将所述流体管道的横截面的内轮廓22优选为圆形，外轮廓21优选为矩形。
其中，所述超声换能器1为夹心式超声换能器1，其超声频率在18-1000kHz范围内。具体优选为18-500kHz。
其中，所述流体管道的横截面的内轮廓22的水力直径在0.1-100mm的范围内。具体优选为0.5-5mm。
如图4所示，为了提升流体管道内对所述超声能量的接收，所述流体管道盘旋布置在所述前辐射面14上。超声波直接作用在所述盘旋布置的流体管道上，流体管道能够更好的接收所述超声能量，提升超声换能器1的利用率，提升超声波管式反应器的工作效率。
另外，如图5所示，为了提升流体管道内对所述超声能量的接收，还可以为所述流体管道包括若干条第一流道管23，所有所述第一流道管23排布设置在所述前辐射面14上，所有所述第一流道管23通过折弯管3依次连通。为了便于所述第一流道管23排布设置在所述前辐射面14上，以及提升所述第一流道管23对所述超声换能器1发出的超声波的利用率，所有所述第一流道管23平行等间隙均布在所述前辐射面14上。其中，所述折弯管3为塑料管或硅胶管，所述第一流道管23为玻璃管或金属管。具体的，所述第一流道的管端部到前辐射面14边缘的最短距离等于超声波在所述第一流道管23内或所述流体管道内流体的波长一半的整数倍。
本实施例提供的超声波管式反应器，将所述流体管道直接设置在超声换能器1的前辐射面14上，超声波能够直接进入到所述流体管道内，由于超声换能器1的前辐射面14的面积比较大，中间没有传递介质，因此超声能量在传递进入所述流体管道的过程中衰减小，使得超声能量传递进入所述流体管道内的效率高，而且所述超声波管式反应器，结构简单，流体管道的加工成本低，流体管道可随时更换，根据实际需要便于调节流体管道长度和布局，如上述中的所述流体管道盘旋布置在所述前辐射面14上或者是所有所述第一流道管23排布设置在所述前辐射面14上，所有所述第一流道管23通过折弯管3依次连通等方式。
另外，相较于在所述超声换能器1的前辐射面14上连接板式反应器，本实施例提供的超声波管式反应器的超声能量效率更好高，而且结构简单，流体管道的加工成本低，流体管道可随时更换，根据实际需要便于调节流体管道长度和布局，避免了板式反应器中存在的加工成本高、放大困难的问题。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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