一種空化云氣體化學反應裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及化學反應領域，尤其涉及一種空化云氣體化學反應裝置及方法。
【背景技術】
[0002]超聲技術在很多行業(yè)中得到廣泛應用，近年來，除了功率超聲、水聲、超聲檢測、醫(yī)學超聲、超聲清洗等經(jīng)典超聲領域外，超聲化學、超聲生物學等聲學領域也得到了迅速發(fā)展。
[0003]隨著科學和技術的進步，大部分氣體化學反應都可以在工業(yè)可實現(xiàn)的溫度和壓力范圍內(nèi)發(fā)生，但是依然有許多化學反應條件很苛刻，需要很高的溫度和壓力，在工業(yè)環(huán)境下，甚至在實驗室環(huán)境下都難以發(fā)生，這就需要有一種氣體化學反應器，在常規(guī)條件下，簡單方便的實現(xiàn)這種難以發(fā)生的化學反應。本發(fā)明提出了一種空化云氣體化學反應裝置及方法，不需要高溫高壓設備，借助空泡潰滅時產(chǎn)生的高溫高壓，簡單方便的實現(xiàn)常溫常壓下難以發(fā)生的氣體化學反應。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種空化云氣體化學反應裝置及方法，該裝置及方法通過超聲換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波輻射至反應室反應液中，反射面反射超聲波形成反射波，超聲波與反射波互相疊加形成駐波聲場，駐波聲場作用于反應液形成的枝杈狀超聲空化云，通過調(diào)節(jié)換能器和反射面的相對位置，改變超聲波和反射波的波腹位置，由此控制枝杈節(jié)點的位置，從而實現(xiàn)了含有不同氣體的空泡沿枝杈狀超聲空化云的枝杈運動，在不同枝杈節(jié)點合并，逐級發(fā)生化學反應。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供了一種超聲空化云輸運裝置，該裝置包括:注液管、超聲換能器、反應室、注氣管，注氣管為一個或多個；
[0006]反應室具有枝杈狀結(jié)構(gòu)，枝杈狀結(jié)構(gòu)包括主干和多個枝干，注氣管或注液管分別通過多個枝干之一與主干相通；
[0007]反應室還具有反射面，位于反應室底部與超聲換能器相對布置，用于形成駐波聲場；
[0008]—個或多個注氣管注入不同氣體，在駐波聲場作用下于一個或多個注氣管末端形成空泡核源；
[0009]反應液在駐波聲場作用下形成枝杈狀空化云，空泡核源產(chǎn)生含有不同氣體的空泡沿枝杈狀超聲空化云的枝杈運動，在不同枝杈節(jié)點合并，逐級發(fā)生化學反應。
[0010]優(yōu)選地，空化云氣體化學反應裝置還包括排水裝置，用于將反應液快速抽離出反應室。
[0011]優(yōu)選地，超聲換能器為一個或多個。
[0012]優(yōu)選地，駐波聲場的振幅為50kPa_200kPa。
[0013]優(yōu)選地，反應液在駐波聲場作用下形成枝杈狀空化云具體包括:枝杈狀空化云為聲利希騰貝格圖結(jié)構(gòu)。
[0014]本發(fā)明第二方面提供了一種空化云氣體化學反應方法，該方法包括:利用超聲換能器將接收到的電能轉(zhuǎn)換為超聲波輻射至反應液；利用反射面反射超聲波形成反射波，反射波與超聲波相互疊加形成駐波聲場；向一個或多個注氣管分別注入不同氣體，在駐波聲場作用下于向一個或多個注氣管末端形成空泡核源；反應液在駐波聲場作用下形成枝杈狀空化云，空泡核源產(chǎn)生含有不同氣體的空泡沿枝杈狀超聲空化云的枝杈運動，在不同枝杈節(jié)點合并，逐級發(fā)生化學反應。
[0015]優(yōu)選地，化學反應完成后，將反應液快速抽離出反應室。
[0016]優(yōu)選地，反射波具體包括:反射面反射一個或多個超聲換能器輻射的超聲波形成一個或多個反射波。
[0017]優(yōu)選地，駐波聲場具體包括:調(diào)節(jié)超聲換能器和反射面的相對位置，從而改變超聲波和反射波的波腹位置，由此控制枝杈節(jié)點的位置。
[0018]優(yōu)選地，空泡核源產(chǎn)生的含有不同氣體的空泡沿枝杈狀超聲空化云的枝杈運動具體包括:進入枝杈狀超聲空化云的含有不同氣體的空泡沿駐波聲場的低壓力振幅區(qū)域向駐波聲場的高壓力振幅區(qū)域方向(枝杈節(jié)點)在枝杈狀超聲空化云中運動。
[0019]本發(fā)明實施例實現(xiàn)了一種空化云氣體化學反應裝置及方法，將空泡作為一個微型氣體反應器，利用空泡潰滅時產(chǎn)生的高溫高壓，可以實現(xiàn)常溫常壓下難以發(fā)生的氣體化學反應，而空化云的類水系枝狀結(jié)構(gòu)為化學反應微系統(tǒng)的逐級控制提供了一個載體。聲利希騰貝格圖結(jié)構(gòu)(枝杈狀空化云)構(gòu)成了一個類似水系的枝狀物質(zhì)輸運系統(tǒng)，在這個輸運系統(tǒng)不同枝脈的上游施放不同的化學物質(zhì)，通過不同級別的叉點和節(jié)點實現(xiàn)化學反應的逐級控制，整個空化云成為了一個層次結(jié)構(gòu)復雜、自主運行的微型化學反應體系，實現(xiàn)了對化學反應的逐級控制，在化工、檢測、科研等領域具有重要的應用價值。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種空化云氣體化學反應裝置示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明實施例提供的一種空化云氣體化學反應裝置產(chǎn)生空化云的原理示意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明實施例提供的空泡產(chǎn)生高溫高壓過程示意圖；
[0023]圖4為本發(fā)明實施例提供的空泡在空化云中的運動軌跡示意圖；
[0024]圖5為本發(fā)明實施例提供的空化云氣體化學反應原理示意圖；
[0025]圖6為本發(fā)明實施例提供的一種空化云氣體化學反應方法流程示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。
[0027]本發(fā)明實現(xiàn)了一種空化云氣體化學反應裝置及方法，本發(fā)明的空化云氣體化學反應裝置通過超聲換能器將超聲波輻射至反應液后，超聲波與反射面形成的反射波相互疊加形成駐波聲場，駐波聲場作用于反應液形成枝杈狀超聲空化云，通過調(diào)節(jié)超聲換能器和反射面的相對位置，改變超聲波和反射波的波腹位置，由此控制枝杈節(jié)點的位置，含有不同氣體的空泡沿枝杈狀超聲空化云的枝杈運動，在不同枝杈節(jié)點逐級合并。實現(xiàn)了不同氣體在常溫常壓下化學反應的逐級控制，在化工、檢測、科研等領域具有重要的應用價值。
[0028]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種空化云氣體化學反應裝置示意圖。如圖1所示，該裝置包括:注液管1、超聲換能器2、反應室4、注氣管3，其中，注氣管3為一個或多個，反應室4具有枝杈狀結(jié)構(gòu)，枝杈狀結(jié)構(gòu)包括主干和多個枝干，注氣管3或所述注液管I分別通過多個枝干之一與主干相通。
[0029]反應室4還具有反射面5，位于反應室4的底部與超聲換能器2相對布置，用于接收超聲換能器2輻射的超聲波，并產(chǎn)生反射波反射至反應液中，反射波與超聲換能器2輻射的超聲波相互疊加在反應室4中形成駐波聲場。
[0030]一個或多個注氣管3注入的不同氣體，在駐波聲場作用下于一個或多個注氣管3末端形成空泡核源。
[0031]圖2為本發(fā)明實施例提供的一種空化云氣體化學反應裝置產(chǎn)生空化云的原理示意圖。如圖2所示，駐波聲場作用于反應液中形成聲利希騰貝格圖結(jié)構(gòu)(枝杈狀空化云)，形成明顯的枝杈結(jié)構(gòu)，枝杈是由泡串組成的，空泡的運動方向是朝著節(jié)點運動，節(jié)點實際上是超聲波的波腹位置，是高壓力振幅區(qū)，通過控制駐波場可以控制這種空化云?？张莺嗽瓷傻暮胁煌瑲怏w的空泡沿枝杈狀超聲空化云的枝杈運動，在枝杈的節(jié)點處，不同枝杈的空泡發(fā)生合并，然后繼續(xù)前進，去下一個節(jié)點，在不同枝杈節(jié)點合并，逐級發(fā)生化學反應。
[0032]排水裝置6位于反應室4底部通過反射面5與反應室4相通，利用水栗將反應液快速抽離，通過排液管7導流出反應室4，以便后續(xù)進行氣液分離。
[0033]圖3為本發(fā)明實施例提供的空泡產(chǎn)生高溫高壓過程示意圖。如圖3所示，反應液中的微小泡核在超聲作用下被激化，表現(xiàn)為泡核的振蕩、生長、收縮、最終高速潰滅，潰滅會產(chǎn)生高溫、高壓，能促使自由基的產(chǎn)生，從而加速自由基反應。另一方面