超声波在化工领域中的应用

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1、超声波在化工领域中的应用杨续生(常州大学石油化工学院，有机化学，学号：14102324)摘要：超声波由于空化作用产生的一系列效应，会对不同化学化工过程起到相应的作用，效果明显，因而得到不同程度的工业应用及推广。本文主要对超声波在清洗、萃取、结晶粉碎、乳化破乳、超声化学、采油等化工领域中的应用原理、范围、特点和现状进行评述。关键词：超声波；化工；应用TheApplicationsofUltrasonicsinChemicalEngineeringYangXusheng(Changzhouuniversityinstituteofpetroleumandchemical,maj

2、orinorganic,number14102324)Abstract:Somesignificantresultsmaybeobtainedwiththeultrasonicscavitationsinthedifferentapplicationsofchemicalengineering,soultrasonichavebeenusedorpopularizedinmanyfields,toacertainextent.Thispapergivestheprinciple,range,characteristicandrecentprogressofultrasoni

3、capplicationsinthecleaning,extraction,crystallization/decrystallization,emulsification/demulsification,sonochemistryandoilextractionandsoon.Keyword:ultrasonics;chemicalengineering;applications引言　超声波由于其在传质、传热和化学反应等方面的独特作用以及随着超声功率设备的研制和普及，逐渐发展成为一门新兴交叉学科——声化学。它的发展受到国际范围内学术界和化工生产企业的重视。如何尽快地把超声

4、波技术的研究成果从实验室应用于工业生产，己成为世界各国研究的热点，特别是美、英、法、日、俄等国在工业化方面已取得一些进展。我国的科技工作者在理论及应用方面也做了大量工作。所谓的超声波一般是指频率范围在20k～10MHz的声波，其在化学领域的应用动力主要来源于超声空振动、膨胀、压缩和崩溃闭合的过程。气泡崩溃时周围形成局部高温(约5000℃)高压(约5×107Pa)，伴随着强烈的冲击波和速度高于100m/s的微射流，冲击波和微射流的高梯度剪切可在水溶液中产生羟基自由基，相应产生的物理化学效应主要是机械效应(声冲流，冲击波，微射流等)、热效应(局部高温高压，整体升温)、光效应(声

5、致发光)和活化效应(水溶液中产生羟基自由基)，四种效应并非孤立，而是相互作用、相互促进，加快反应进程。本文综述了近年来超声波在化工领域中主要应用情况，以期促进超声波技术在工程中的研究和应用推广。1清洗超声清洗是超声波的主要应用之一，与其他清洗相比，超声清洗具有效率高、质量好，可清洗复杂零件、深孔、盲孔及狭缝中的污物，且易于实现清洗自动化等特点目前，超声波清洗机生产企业已从20世纪90年代初的几家发展到现在的几百多家。随着我国国民经济进一步发展，它必定成为许多工业、医疗、环保等部门不可缺少的一种工艺手段。超声波清洗机的工作频率根据清洗对象,大致分为三个频段：低频超声清洗(20

6、～50kHz)，高频超声清洗(50～200kHz)和兆赫超声清洗(700k～1MHz以上)。低频超声清洗适用于大部件表面或者污物和清洗件表面结合强度高的场合。频率的低端，空化强度高,易腐蚀清洗件表面，不适宜清洗表面光洁度高的部件，而且空化噪声大。40kHz左右的频率，在相同声强下，产生的空化泡数量比频率为20kHz时多，穿透力较强，但空化强度较低，宜清洗表面形状复杂或有盲孔的工件和清洗污物与被清洗件表面结合力较弱的部件，并且空化噪声较小。高频超声清洗适用于微电子元件的精细清洗，如磁盘、驱动器、读写头、液晶玻璃、平面显示器、微组件和抛光金属件等。这些清洗对象要求在清洗过程中不

7、能受到空化腐蚀，而且能够洗掉微米级的污物。兆赫超声清洗适用于集成电路芯片、硅片及薄膜等的清洗，要求能去除微米、亚微米级的污物而对清洗件没有任何损伤。因为此时不产生空化，其清洗机理主要是声压梯度、粒子速度和声流的作用。特点是清洗方向性强，被清洗件一般置于与声束平行的方向。　　按照清洗介质划分可以分为常规清洗和气相超声清洗。常规清洗是指采用常规的不会大规模挥发的清洗溶剂，例如：水、水基清洗剂、清洗用的部分石油制成品等。常用的与超声结合的清洗手段有高温浸泡、鼓泡、喷淋等；烘干方式一般采用热风烘干、离心烘干等。气相清洗一般