CN211871791U - 连续型超声波调质实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种连续型超声波调质实验装置，包括：内槽、第一流量计、进料机构、第二流量计、出料机构、多个超声换能器、超声波发生器、加热板和控制器；其中，内槽上连接设有流量计的进、出料机构；内槽的底部设置加热板；内槽的外侧表面固定分布设置多个超声换能器；超声波发生器分别与各超声换能器电气连接；控制器，分别与超声波发生器和加热板电气连接。该装置利用超声波发生器产生的超声频电能转换成超声振动的机械能，从而达到处理污泥破解或油品降粘降凝的效果，该装置通过调节超声波频率与功率，加热时间，更加环保方便、节能高效的对非牛顿流体进行调质处理，能够实现连续给料与连续出料。

Description

连续型超声波调质实验装置

技术领域

本实用新型涉及超声波处理领域，尤其涉及一种能对非牛顿流体调质处理的连续型超声波调质实验装置。

背景技术

声化学是利用超声波加速化学反应，提高化学产率的一门新兴的交叉科学。目前声化学在有机合成、无机合成、高分子的降解和聚合、污水处理，电化学、光化学等方面都展示了良好的应用前景。

超声波能在水中产生瞬间的局部高温高压、急剧的放电、超高速射流等一系列极端条件，这些极端条件破坏了污泥的絮体结构和细胞壁，使其释放出其中的有机物质，能够促使污泥在很短的时间内完成水解过程，缩短污泥消化的时间，使污泥的絮体结构和细胞被破坏并会释放出其中难以去除的细胞结合水，提高其脱水性能，减小污泥的体积。

超声波的空化效应产生的高温高压和高速微射流作用于油品中的大分子团，使得沥青大分子团遭到破坏而解体，充分破碎，并部分被乳化；原油中长链石蜡烃分子断裂，分子量减少，使蜡晶破碎成极小的颗粒，对蜡晶的生长有抑制的作用，这些效应都会对原油产生很好的降粘降凝效果。

超声波调质处理是一个有着广阔前景的研究方向，由于国内外对于超声波处理非牛顿流体的研究大多是静态试验，存在实际中运用较为困难的问题。

实用新型内容

基于现有技术所存在的问题，本实用新型的目的是提供一种连续型超声波调质实验装置，能解决目前对超声波处理非牛顿流体的研究大多是静态试验，在实际中运用较为困难的问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型实施方式提供一种连续型超声波调质实验装置，包括：

内槽、第一流量计、进料机构、第二流量计、出料机构、多个超声换能器、超声波发生器、加热板和控制器；其中，

所述内槽上连接设有第一流量计的所述进料机构；

所述内槽上连接设有第二流量计的所述出料机构；

所述内槽的底部设置所述加热板；

所述内槽的外侧表面固定分布设置多个超声换能器；

所述超声波发生器分别与各超声换能器电气连接；

所述控制器，分别与所述超声波发生器和加热板电气连接。由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的连续型超声波调质实验装置，其有益效果为：

通过在内槽外侧表面固定分布设置多个超声换能器，并与超声波发生器电气连接，配合分别设置的进、出料机构能实现连续对污泥或油品进行调质处理，可根据污泥脱水特性或油品粘度的变化改变所施加的超声时间、功率、频率及作用方式等条件，找到处理污泥或油品的最佳工艺参数，以促进污泥脱水性能的提高及油品粘度的降低，为工业化应用提供实验基础。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本实用新型实施例的连续型超声波调质实验装置的构成示意图；

图2为本实用新型实施例的连续型超声波调质实验装置的侧视示意图；

图3为本实用新型实施例的连续型超声波调质实验装置的控制示意图；

图4为本实用新型实施例的连续型超声波调质实验装置的调质实验流程图；

图5为本实用新型实施例的连续型超声波调质实验装置声强分布示意图；

图中给标记对应的部件为：1-内槽；2-换能器；3-加热板；4-第二流量计；5-出料机构；6-外壳；7-控制器；71-温度控制器；72-时间控制器。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，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，都属于本实用新型的保护范围。本实用新型实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

如图1、2、3和4所示，本实用新型实施例提供一种连续型超声波调质实验装置，能对非牛顿流体进行调质处理，包括：

内槽、第一流量计、进料机构、第二流量计、出料机构、多个超声换能器、超声波发生器、加热板和控制器；其中，

所述内槽上连接设有第一流量计的所述进料机构(图中未示意出第一流量计和进料机构)；

所述内槽上连接设有第二流量计的所述出料机构；

所述内槽的底部设置所述加热板；

所述内槽的外侧表面固定分布设置多个超声换能器；

所述超声波发生器分别与各超声换能器电气连接；超声波发生器可设置在内槽外部；

所述控制器，分别与所述超声波发生器和加热板电气连接。

上述实验装置中，超声换能器采用工作频率为25kHz、45kHz、68kHz，功率容量为2～3Wi/cm³/kHz的喇叭形夹心压电陶瓷换能器。采用多个不同工作频率的超声换能器能实现多频超声共同作用。

上述实验装置中，

所述多个超声换能器的数量为六个，粘结于所述内槽外外侧壁的表面上，不同频率的换能量交错布置。

参见图2，上述实验装置还包括：两个功率相同的超声换能器，分别粘结设置在所述内侧前后侧壁的外表面上。

上述实验装置中，内槽的有效体积为4L，优选的，内槽采用不锈钢内槽。上述实验装置还包括：外壳套设在所述内槽外面。

上述实验装置中，内槽中超声波作用的空化阈值常温常压下为0.3～1.0W/cm²。

上述实验装置中，进、出料机构均采用设有控制阀的管路，所述管路一端与所述内槽内的底部连通。

上述实验装置，进料机构和出料机构分别设置在内槽的两侧，通过进料机构和出料机构可以实现流体的连续运行。

下面将结合附图对本实用新型实施例作进一步地详细描述。

如图1～4所示，本实用新型实施例提供一种连续型超声波调质实验装置，包括：外置的超声波发生器，内槽1、多个超声换能器2、加热板3、第二流量计4和进出料机构5；

其中，超声波发生器将交流电转换成超声频电振荡信号后，通过电缆输送给超声换能器；

所述内槽1是对非牛顿流体进行处理的容器，为了同时具有热处理的效果，在底部设置有加热板3。

所述超声换能器是将超声波发生器产生的超声频电能转换成超声振动的机械能，上述的超声换能器均使用喇叭形夹心压电陶瓷换能器，具体选用PZT-4发射型压电陶瓷材料，选定工作频率为25kHz、45kHz、68kHz，功率容量为2～3Wi/(cm³/kHz)。各超声换能器与所述内槽的连接方式分别采用整体粘结式。

所述多个超声换能器的数量为六个，粘结于所述内槽外侧壁的表面上，不同频率的换能量交错布置。上述实验装置中，内槽的外部套设有外壳，两者组成槽体，均采用不锈钢材料制成。内槽的外侧壁表面粘结超声换能器，超声波横纵叠加作用时可增强对流体的作用效果、提高处理非牛顿流体的处理效率。与所述超声换能器粘结的槽底部厚度不宜太厚，取1.5～3mm，以减少声能损失，粘有所述超声换能器的辐射板要平整抛光，不能有伤痕，否则易产生空化腐蚀，缩短使用寿命。

所述连续型超声波调质处理的反应槽的有效体积为4L。采用2mm厚304SUS保温，1mm厚304SUS外包和不锈钢框架。在槽体正面有两个按钮(与超声波发生器连接)：启动和复位。流量范围为0～0.5L/s，精度为0.01L/s。设置有流量计4、进出料机构5对流体进行流量控制。

上述实验装置的槽体盖子选用不锈钢材料，盖子的作用是防止因振动过强导致液体溅出，尺寸为500×200mm²，厚度为2mm。

超声波要达到调质效果，通过采用多个不同功率和频率的超声换能器，并交错布置在内槽外侧壁的表面上，在内槽内超声波作用的空化阈值常温常压下为0.3～1.0W/cm²，超声波的功率密度越高，空化效果越强、作用效果越好并且速度越快。

上述实验装置的调质流程如图4所示。

如图5所示，为了进一步了解超声声强分布和变化规律该研究对连续型超声波调质处理装置进行布点并测其声强后绘制声压的等值线分布图，最大声压值可达到1.282×10⁵Pa。

为探究声强在不同介质下对超声空化效应及氧化性的影响，对实验装置进行布点并测试在三种介质下的声强。声强受介质作用影响显著，其总体呈现出介质含水率越高声强越大的趋势且均小于介质为纯水下的声强。

本实用新型的实验装置是利用超声波发生器产生的超声频电能转换成超声振动的机械能，从而达到处理污泥破解或油品降粘降凝的效果。主要由内槽、流量计、进料机构、出料机构、超声波发生器、多个超声换能器、加热板和控制器组成。多个超声换能器的工作频率为25kHz、45kHz、68kHz，可采用多频超声共同作用，使用时可选对一个或两个频率作用。该实验装置同时具有热处理的效果，在底部设置有加热板，能够实现连续给料与连续出料。可通过调节超声波频率与功率，加热时间，更加环保方便、节能高效的对非牛顿流体进行调质处理。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种连续型超声波调质实验装置，其特征在于，包括：

内槽、第一流量计、进料机构、第二流量计、出料机构、多个超声换能器、超声波发生器、加热板和控制器；其中，

所述内槽上连接设有第一流量计的所述进料机构；

所述内槽上连接设有第二流量计的所述出料机构；

所述内槽的底部设置所述加热板；

所述内槽的外侧表面固定分布设置多个超声换能器；

所述超声波发生器分别与各超声换能器电气连接；

所述控制器，分别与所述超声波发生器和所述加热板电气连接。

2.根据权利要求1所述的连续型超声波调质实验装置，其特征在于，所述超声换能器采用工作频率为25kHz、45kHz、68kHz，功率容量为2～3Wi/cm³/kHz的喇叭形夹心压电陶瓷换能器。

3.根据权利要求1或2所述的连续型超声波调质实验装置，其特征在于，所述多个超声换能器的数量为六个，粘结于所述内槽外外侧壁的表面上，不同频率的超声换能量交错布置。

4.根据权利要求1所述的连续型超声波调质实验装置，其特征在于，所述内槽的有效体积为4L。

5.根据权利要求1或4所述的连续型超声波调质实验装置，其特征在于，还包括：外壳套设在所述内槽外面。

6.根据权利要求1所述的连续型超声波调质实验装置，其特征在于，所述内槽中超声波作用的空化阈值常温常压下为0.3～1.0W/cm²。

7.根据权利要求1所述的连续型超声波调质实验装置，其特征在于，所述进、出料机构均采用设有控制阀的管路，所述管路一端与所述内槽内的底部连通。

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