功率超声在化工领域中的应用研究

功率超声在化工领域中的应用研究

秦玲玲

（石家庄宝嘉建筑工程有限公司）

摘要：依托功率超声得到的产品具有更好的质量与精度，成本也相对的较低，可以说，功率超声在化工领域有较高的应用优势，需要重点应用。基于此，本文在明确功率超声技术及其作用的基础上，以超声化学、超声场强化分离过程、物性变化、乳化与破乳入手，阐述了化工领域中功率超声的具体应用。

关键词：化工领域；功率超声；超声波

对于功率超声技术来说，其主要以物理、机械振动、电子材料等学科为基础，属于一项高新技术。在功率超声的支持下，相关产品质量得到提升，且成本、对环境的污染程度明显下降，有着较高的使用优势，因此在当前的化工领域中得到了广泛的应用，具备较高的探究价值。

一、功率超声技术的简述

现阶段，在功率超声波技术的研究中，主要对以下三个方面展开探索，包括大功率超声波的产生、功率超声波技术的机理以及功率超声波技术的应用。对于功率超声而言，当具备一定强度的超声波在媒介中展开传播时，会引发光学、热血、电学、力学、化学等领域的一系列反应。其主要以超声波能量为动能，促使物体或物性的某些状态发生变化。总体来说，功率超声所产生的效应可以划分出三种作用，即机械作用、空化作用以及热作用，具体如下：

第一，机械作用。对于超声波而言，其属于机械能量的传播形式，与波动过程存在着相对密切的关系，能够发生线性的、交变的振动作用。在液体媒介下，超声波的位移振幅相对较小，但是其引发的质点加速度更大，普遍能够达到重力加速度的1500倍（20kHz、1W/CM2的超声波）。

第二，空化作用。在液体媒介的条件下，当传播的超声波声强达到一定数值时，在液体内部的某些区域会形成暂时负压。此时，液体中的微气泡增大并突然破裂，引发周边的激波，由此产生局部高温高压。总体来说，在液体环境中落实的超声处理均与空化作用存在密切的联系。

第三，热作用。当超声波在媒介中展开传播时，其振动能量会被媒介吸收，并转变为热能促使媒介的温度提升。由此能够得出，声能被媒介吸收后可转化为热能，实现媒介整体的加热、外边界的局部加热等等。

二、化工领域中功率超声的具体应用探究（一）在超声化学中的应用

超声催化反应是功率超声在超声化学中的应用，作用如下：（1）高温状态下反应物裂解为自由基与二价碳，得到的反应物种更活跃；（2）冲击波与微射流对催化剂有清洗作用；（3）冲击波会破坏反应物结构；（4）分散反应物系，改善催化剂分散性。人们可用它研究烷基硝基苯自氧化反应。

（二）超声场强化分离过程

超声场强化分离过程主要分为浸取、萃取以及过来等步骤。超声浸取阶段，有人使用多种溶剂从中提取了油页岩内的沥青质，将超声波浸取与Soxhlet浸取两种方式对比，最终发现前者效率更高。经研究得知，超声浸取3小时之后烟煤微孔表面积更大，这是因为超声场

令微孔被扩宽，且断开了网孔分子间的氢键，使浸取步骤更顺利。超声波萃取效率更高，超声波过滤方式更有效，功率超声可以让细小颗粒凝聚，提高过滤速度，为溶剂的分离提供自有通道。

（三）结晶、沉淀及雾化

结晶、沉淀及雾化共性在于它们基于功率超声作用下物质拥有特殊形态。超声波空化可以促进结晶，特定状态下会产生沉淀。制药产业中，企业为了得到细小且均匀的颗粒物质，会将超声结晶用在生产口服药剂或皮下注射悬浮液药剂中。无论是超声结晶还是沉淀，沉淀物不会在冷却管内沉积，系统冷却速率可以满足企业的生产需求。

超声雾化液体能够得到均匀的微液滴，雾滴的实际大小与频率有关，频率越高，雾滴越小。有研究人员使用频率为1.3MHz的超声波雾化油墨分离尘埃，将超过1μm的尘埃去除。此外，超声波多级雾化能够将溶液中质量与离子半径无法相同的金属离子分离出去。

（四）破乳及乳化

除了结晶、沉淀及雾化，超声空化也能将两种无法混合的液体分散为乳浊液。与机械设备搅拌液体相比，这种超声波空化作用的效率更高，且液体混合速度更快，无需使用活性剂也能让液体成为乳浊液。人们在纺织行业、制药行业、化妆品生产行业以及食品行业中应用超声波乳化作用，悬臂式簧片哨超声波乳化器就可以让水和油产生乳化燃烧反应，且不用在其中加入乳化剂。得到的乳化油粒径可以达到1μm，且超声乳化能够节约25％左右的能耗，降低90％的烟尘。

对于煤-油混合燃料，在其中加入水后，通过超声乳化可以得到煤-油悬浮液。悬浮液中含有最低40％的煤，且悬浮液运输起来更加便捷，存储方式更简单。此外，在特定频率下，超声可以让乳化液呈现出破乳的状态，人们研发出一种工艺，利用超声波对油水乳化物展开破乳处理，使油、水和固体乳化物被有效分离。

三、总结

综上所述，由于超声波具有独特的应用优势，因此在化工领域得到了广泛的应用。目前，功率超声在超声化学、超声场强化分离过程、物性变化、乳化与破乳中得到了较好的应用。而从总体情况来看，功率超声的应用潜能巨大，是今后的重点研究对象，需要相关人员重点关注与发展。

参考文献：

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