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1、DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.1995.01.001第1期工进展超声场对化工分离过程的强化秦炜原永辉戴献元,,(清华大学化学工程系北京100084)提要近年来,超声场强化化工分离过程的研究十分活跃。本文比较详细地综述了这一领域的研究进展,并结合化工分离过程的特点,探讨了超声场强化化工分离过程的附加效应,为该领域的研究工作提供了有益的途径。关键词超声场,过程强化,分离过程,的研究和应用我国也已做出了许多有益的工1引言。作,,随着化学及化学工程的发展尤其是其成作为声化学研究领域的重要组成部分超、、、、。果面向炼油化工食品轻工制药和环保声场
2、强化分离过程的研究也取得了一定进展,、、,等领域的辐射和应用开拓高效节能降耗从文献调研情况看这类研究工作主要属于工。,。的工艺过程已成为重要的研究任务利用超声艺性研究且大多仍停留于实验室研究阶段工一一。场实现过程强化是完成这一任务的主要途径之艺对象则多围绕于液液或固液体系例如有,、、[12〕_机物稀溶液的分离有色金属萃取动力学天、、超声场对化学化工过程强化的研究工作首然物有效成份的提取油页岩中沥青的浸取煤先是从工艺性研究开始的。早在1927年w..T的洁净化、蔗糖溶液结晶成核、环境监测样品..Riehards^Ls[3〕。和腼mi已发现了超声的化学中待测物质的提取
3、等等效应。由于当时的电子和超声技术处于较低的2声能量与物质间的作用形式,。随水平研究和应用受到了很大影响和限制,、超声空化着科学技术的进步高效经济的各种功率超—,,。声源的制备和提供已经成为可能为超声在化超声的使用大致可以分为两类一类是,,z。学化工过程中的应用提供了重要的条件也使高频超声其频率范围为1一10MH高频超声,沉默了近半个世纪的这一领域的研究工作又蓬已在医学成像等方面获得了成功的应用并在。目前,。勃发展起来超声场强化化学化工过程化合物结构分析中发挥作用另一类是功率超、、,。6k0Hz以过程强化为目的研究工作主要集中于合成化学高聚物化学声其频率范围为15
4、一、、。电化学萃取与浸取等分离过程乳化及破乳,的采用的超声是功率超声和超声。、、,水溶液特性等方面伴随这一领域研究与热能光能电能不同超声能量与物,工作的深入开展一门新的边缘交叉型学科质间具有一种独特的作用形式超声空n。,“。—,ochem4[一〕声化学(soistry)应运而生近年来化有关超声空化研究很早以前就已开展—,。声化学的研究和学术活动十分活跃欧美国家并仍在不断深入所谓超声空化是指存在于液,先后组织了多次声化学学术讨论会并成立了体中的微气核(空化核)在超声场的作用下振,、生长和。声化学学会发表了一批有价值的学术论文和动崩溃闭合的过程超声空化可以看专著。对于
5、超声在高分子化学和电化学等方面成是聚集声能的方式,当气核聚集足够的能量1995年l月,。崩溃闭合时产生了局部高温高压根据对声声场的间歇加入和连续加入可能获得相同的萃,,。场的响应程度超声空化可分为稳态空化和瞬取结果采用间歇加入方式可以降低能耗态空化两种类型。稳态空化是一种寿命较长的,10气泡振动一般在较低的声强(小于wc/m),时产生气泡崩溃闭合时产生的局部高温高压岁3,。不如瞬态空化时高但可以引起声冲流瞬态哥.羚昌IO,空化一般在较高声强(大于wc/m)时发生20在1~2个周期内完成。空化气泡内气体或蒸汽可被压缩而产生5000℃的高温和50MaP的局,、,部高压
6、伴随着发光冲击波在水溶液中产4080,n。,萃取时间皿生自由基经基等有关超声空化的研究还表明,二靠近液固界面的超声空化其气泡崩溃时的微图l超声场的介入对lL65N萃取镍的影响,,:l.20%()Ll65N+0lmol/L+稀释剂,射流或对固体表面产生损伤(凹蚀)或使微有机相体积月桂酸.i+,3;小的固体颗粒高速碰撞。水相3omg/LNlmul/LKN0·:1,,r;,油水为z25℃搅拌速度2000/min作为声能量与物质间的特殊作用形式超:z,;超声ZokH47W,声空化的化学效应可以加快传质速率促进化l一加超声场(pH=6.02);3一加超声场(PH=4.02)
7、;,。学反应加速进行达到过程强化的目的超声2一加搅拌(pH=6.02),4一加搅拌(pH=峨.02)空化的,。机理研究可参考有关文献和专著..A5slackzasj[研究了超声场对锌矿浸取的3超声场强化分离过程的研究进展。.3%,影响锌矿中含锌17浸取溶剂为氢氧化,。z,结合工业应用的实际背景利用超声场强钱和氯化按混合溶液超声频率为2kH功率。IOO。。,化分离过程的研究已经取得了明显进展工艺w典型的实验结果如图2所示十分明显。,,超声场的加入可以大大加快浸取速率例如性研究工作的结果表明利用超声场强化分离.,,4053过程大大加快了物质传递的速率提高了过℃下加入超
8、声场时分钟
