一种超声波管式反应器的制作方法

1.本实用新型涉及化学反应装置技术领域，特别是涉及一种超声波管式反应器。


背景技术：

2.大功率超声在化学化工领域中的应用越来越多的被重视，超声波场作用在溶液或悬浊液中，由于在局部产生的空爆效应，在局部可以产生高温、高压、强射流，这种效应对化学反应中的传质、传热有着强烈的促进作用，可以从微观上改变化学物质的化学和物理性质，有效的利用超声波对化学反应的促进作用，可以优化化学反应的条件，改变反应转化率和收率，提高反应效率，甚至使不易发生的反应在温和的条件下进行。
3.一些金属参与的有机化学反应，例如：有机锌试剂的制备、格氏试剂的制备等，这些反应过程是有机物在溶液中与金属表面进行反应，而金属表面往往有一层氧化物阻碍反应的启动，反应进行必须使用引发剂去除表面氧化物，使新鲜表面暴露在反应环境，这个过程称为引发过程。如果在超声环境下，由于空爆效应的作用，金属表面的氧化物迅速的剥落，使新鲜的金属表面暴露出来参与反应，反应生成物又迅速的从表面去除脱离，使反应可以更快的发生。
4.然而超声波的传递是能量场的传递，能量密度随着传递距离的延长会迅速衰减，在批次反应釜体系中，使用变幅杆将超声能量传递到反应体系中，能量场分布很不均匀，能量相对集中在较小的区域，大量的物料只能在搅拌下与高能区域实现短暂的接触。由于这种接触有效时间很短，只能延长反应时间达到反应终点，未能有效达到强化反应的效果。
5.在连续反应中超声波能量相对集中的作用在流动的物料中，可有效地提高超声波的利用率，连续反应形式通道狭窄，超声能量作用在连续反应通道外壁，能量传递到反应液中，提高了产生能量的利用率，反应通道处于恒定的超声能量场，反应过程也可以进行有效的转化。
6.目前，公开号为cn215087044u的中国实用新型，公开了一种连续超声化学反应芯板，包括第一板体、第二板体、分隔板和超声波换能器，第一板体上端面向下凹陷形成第一凹槽，第一板体上端面密封连接有分隔板，用于将第一凹槽形成密封反应腔体，第二板体下端面向上凹陷形成第二凹槽，第二板体下端面与分隔板上端面密封连接，用于将第二凹槽形成密封换热腔体，第一板体外侧安装有至少一个超声波换能器，反应腔体上开设有物料进口和物料出口，换热腔体上开设有换热介质入口和换热介质出口。
7.现有的续超声化学反应芯板使超声波直接作用在反应腔体，大大促进超声波能量效率，而且大大加强了反应物料的能量密度，有效促进反应的进行，换热层可有效平衡反应热量；解决了换热和能量传到的问题，但流道是狭长矩形，物料在流动过程中的中间部分和边际部分可能存在流速不一致的情况，造成固体物料在某些区域沉积，反应不能彻底。


技术实现要素：

8.本实用新型的目的是提供一种超声波管式反应器，其优点是既提高超声波能量利
用率，又不存在反应液流动死角，提高了反应的稳定性和一致性。
9.为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供如下技术方案：
10.一种超声波管式反应器，包括反应壳体；
11.所述反应壳体内部同轴设置有位于同一平面的盘状式的反应盘管，所述反应壳体上设置有与反应盘管连通的反应液入口管和反应液出口管；
12.所述反应壳体内部设置有在反应壳体内部形成盘状式的换热介质流路的换热螺旋隔板；所述反应壳体上设置有与换热介质流路连通有换热介质入口管和换热介质出口管；所述反应盘管盘设在换热介质流路内部；
13.所述反应壳体上安装有超声波换能器。
14.通过上述技术方案，反应盘管用于盛装反应液；换热螺旋隔板用于盛装换热介质；盘状式设置的反应盘管使反应液在盘管内流动方式接近柱塞流，不存在流动死角；并且换热介质流路中充满换热介质，平衡反应盘管的反应热；反应壳体上安装的超声波换能器能够将超声波能量直接作用在反应盘管内的反应流道；从而既提高超声波能量利用率，又不存在反应液流动死角，提高了反应的稳定性和一致性。
15.于本实用新型的一实施例中，所述反应壳体包括上壳和上壳固定连接的底板；
16.所述换热螺旋隔板上下两端分别固定在上壳和底板上；
17.所述反应盘管逐圈固定在底板上。
18.通过上述技术方案，换热螺旋隔板上下两端分别固定在上壳和底板上，外壳内部高度等于换热螺旋隔板的高度，从而使上壳固定在底板上时换热螺旋隔板之间形成密闭的盘状式换热介质流路，避免换热介质泄漏，影响平衡反应热量的效果；反应盘管逐圈固定在底板上，从而使反应盘管固定更加牢固。
19.于本实用新型的一实施例中，所述反应液入口管和反应液出口管穿过上壳，所述反应液入口管上的入口和反应液出口管上的出口分别位于上壳的上方；
20.所述换热介质入口管和换热介质出口管穿过上壳，所述换热介质入口管上的入口和换热介质出口管上的出口分别位于上壳的上方。
21.通过上述技术方案，反应液入口管上的入口、反应液出口管上的出口、换热介质入口管上的入口、换热介质出口管上的出口分别位于上壳的上方，从而延长反应液在反应盘管中的流动时间，使反应液充分反应；以及延长换热介质在换热介质流路内的流动时间，从而更好地平衡反应液产生的反应热。
22.于本实用新型的一实施例中，所述反应盘管的壁厚为0.1mm-5mm。
23.通过上述技术方案，反应盘管的壁厚为0.1mm-5mm能够更好地与换热介质进行热量交换。
24.于本实用新型的一实施例中，所述反应盘管为金属或合金材质。
25.通过上述技术方案，反应盘管为金属或合金材质能够更好地与换热介质进行热量交换。
26.于本实用新型的一实施例中，所述反应盘管的截面可为圆形或矩形。
27.通过上述技术方案，截面为圆形或矩形的反应盘管受力均匀便于加工。
28.于本实用新型的一实施例中，所述反应盘管截面为半圆形；
29.所述反应盘管焊接在底板上形成封闭流路。
30.通过上述技术方案，截面为半圆形的反应盘管焊接在底板上形成封闭流路，进而节省材料。
31.于本实用新型的一实施例中，所述底板厚度为0.1mm-5mm。
32.通过上述技术方案，底板用于传导超声波能量；底板与截面为半圆形的反应盘管形成封闭流路，从而使封闭流路的外壁的壁厚均匀，从而能够更好地与换热介质进行热量交换。
33.于本实用新型的一实施例中，所述反应壳体上安装有1-200个超声波换能器，超声波频率范围为18khz～60khz。
34.通过上述技术方案，在规定的超声波频率范围内进行的化学反应能够确保反应的稳定性。
35.如上所述，本实用新型的一种超声波管式反应器，具有以下有益效果：
36.1.盘状式设置的反应盘管使反应液在盘管内流动方式接近柱塞流，不存在流动死角；并且换热介质流路中充满换热介质，平衡反应盘管的反应热；反应壳体上安装的超声波换能器能够将超声波能量直接作用在反应盘管内的反应流道；从而既提高超声波能量利用率，又不存在反应液流动死角，提高了反应的稳定性和一致性；
37.2.应液入口管上的入口和反应液出口管上的出口分别位于上壳的上方，从而延长反应液在反应盘管中的流动时间，使反应液充分反应；换热介质入口管上的入口和换热介质出口管上的出口分别位于上壳的上方，能够延长换热介质在换热介质流路内的流动时间，从而更好地平衡反应液产生的反应热，从而提高了反应的稳定性。
附图说明
38.图1是本实用新型实施例1的整体结构的部分剖视图；
39.图2是图1中a部分放大示意图；
40.图4是本实用新型实施例1的反应壳体内部平面示意图；
41.图3是本实用新型实施例2的反应盘管与底板连接关系的剖视图。
42.附图标记：1、反应壳体；101、上壳；102、底板；2、反应盘管；4、空腔；5、反应液入口管；6、反应液出口管；7、换热介质流路；8、换热螺旋隔板；9、换热介质入口管；10、换热介质出口管；11、超声波换能器；12、封闭流路。
具体实施方式
43.以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
44.请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的
范畴。
45.实施例1
46.请参阅图1和图2，本实用新型提供一种超声波管式反应器，包括反应壳体1；反应壳体1包括反应壳体1包括上壳101和焊接固定在上盖上的底板102；上盖与底板102之间形成空腔4；
47.空腔4内部同轴设置有位于同一平面的盘状式的反应盘管2，反应盘管2逐圈焊接固定在底板102上，反应盘管2每圈之间设置有间隙；反应壳体1上设置有分别与反应盘管2两端连通的反应液入口管5和反应液出口管6；反应盘管2的截面可为圆形或矩形，反应盘管2为金属或合金材质，反应盘管2的壁厚为0.1mm-5mm，本实施例中反应盘管2为壁厚为2mm的金属圆管。
48.请参阅图1、图2和图3，空腔4内部设置有换热螺旋隔板8，换热螺旋隔板8设置在反应盘管2的圈层之间，与反应盘管2交替设置，换热螺旋隔板8上下两端分别焊接在上壳101和底板102上在空腔4内部形成盘状式的换热介质流路7，反应盘管2盘设在换热介质流路7内部；空腔4高度等于换热螺旋隔板8的高度，从而使上壳101固定在底板102上时换热螺旋隔板8之间形成密闭的盘状式换热介质流路7，避免换热介质泄漏，影响平衡反应热量的效果；反应壳体1上设置有与换热介质流路7连通有换热介质入口管9和换热介质出口管10。
49.请参阅图1和图3，反应液入口管5和反应液出口管6穿过上壳101，反应液入口管5上的入口和反应液出口管6上的出口分别位于上壳101的上方；
50.换热介质入口管9和换热介质出口管10穿过上壳101，换热介质入口管9上的入口和换热介质出口管10上的出口分别位于上壳101的上方；
51.上壳101上端开设有使反应液入口管5和反应液出口管6、换热介质入口管9和换热介质出口管10通过的通孔，通孔的孔径小于等于反应液入口管5和反应液出口管6穿、换热介质入口管9和换热介质出口管10的外管径，从而使外壳保持密封状态。
52.请参阅图1，反应壳体1上安装有超声波换能器11；底板102底部胶粘或焊接1-200个超声波换能器11，使超声波频率范围为18khz～60khz，超声波换能器11在底板102底部的排列方式可以采用同心圆方式或矩形矩阵方式；本实施例中底板102底部采用同心圆方式焊接有五个超声波换能器11。
53.实施例2
54.请参阅图1和图4，底板102为金属或者合金材质，厚度为0.1mm-5mm，用于传导超声波能量；反应盘管2截面为半圆形，反应盘管2焊接在底板102上，底板102与反应盘管2的半管焊接形成封闭流路12，此时材质与反应盘管2材质相同。
55.使用过程简述：换热介质从换热介质入口管9流入换热介质流路7内后，反应液从反应液入口管5流入反应盘管2，超声波换能器11产生超声波能量，效促进反应盘管2内反应液反应的进行。
56.综上所述，本实用新型中盘状式设置的反应盘管2使反应液在盘管内流动方式接近柱塞流，不存在流动死角；并且换热介质流路7中充满换热介质，平衡反应盘管2的反应热；反应壳体1上安装的超声波换能器11能够将超声波能量直接作用在反应盘管2内的反应流道；从而既提高超声波能量利用率，又不存在反应液流动死角，提高了反应的稳定性和一致性。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
57.上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种超声波管式反应器，其特征在于：包括反应壳体(1)；所述反应壳体(1)内部同轴设置有位于同一平面的盘状式的反应盘管(2)，所述反应壳体(1)上设置有与反应盘管(2)连通的反应液入口管(5)和反应液出口管(6)；所述反应壳体(1)内部设置有在反应壳体(1)内部形成盘状式的换热介质流路(7)的换热螺旋隔板(8)；所述反应壳体(1)上设置有与换热介质流路(7)连通的换热介质入口管(9)和换热介质出口管(10)；所述反应盘管(2)盘设在换热介质流路(7)内部；所述反应壳体(1)上安装有超声波换能器(11)。2.根据权利要求1所述的一种超声波管式反应器，其特征在于：所述反应壳体(1)包括上壳(101)和上壳(101)固定连接的底板(102)；所述换热螺旋隔板(8)上下两端分别固定在上壳(101)和底板(102)上；所述反应盘管(2)逐圈固定在底板(102)上。3.根据权利要求2所述的一种超声波管式反应器，其特征在于：所述反应液入口管(5)和反应液出口管(6)穿过上壳(101)，所述反应液入口管(5)上的入口和反应液出口管(6)上的出口分别位于上壳(101)的上方；所述换热介质入口管(9)和换热介质出口管(10)穿过上壳(101)，所述换热介质入口管(9)上的入口和换热介质出口管(10)上的出口分别位于上壳(101)的上方。4.根据权利要求1所述的一种超声波管式反应器，其特征在于：所述反应盘管(2)的壁厚为0.1mm-5mm。5.根据权利要求4所述的一种超声波管式反应器，其特征在于：所述反应盘管(2)为金属或合金材质。6.根据权利要求5所述的一种超声波管式反应器，其特征在于：所述反应盘管(2)的截面可为圆形或矩形。7.根据权利要求5所述的一种超声波管式反应器，其特征在于：所述反应盘管(2)截面为半圆形；所述反应盘管(2)焊接在底板(102)上形成封闭流路(12)。8.根据权利要求7所述的一种超声波管式反应器，其特征在于：所述底板(102)厚度为0.1mm-5mm。9.根据权利要求1所述的一种超声波管式反应器，其特征在于：所述反应壳体(1)上安装有1-200个超声波换能器(11)，超声波频率范围为18khz～60khz。

技术总结
本实用新型提供一种超声波管式反应器，应用在化学反应装置技术领域，其技术方案要点是：包括反应壳体；反应壳体内部同轴设置有位于同一平面的盘状式的反应盘管，反应壳体上设置有与反应盘管连通的反应液入口管和反应液出口管；反应壳体内部设置有在反应壳体内部形成盘状式的换热介质流路的换热螺旋隔板；反应壳体上设置有与换热介质流路连通有换热介质入口管和换热介质出口管；反应盘管盘设在换热介质流路内部；反应壳体上安装有超声波换能器；具有的技术效果是：既提高超声波能量利用率，又不存在反应液流动四角，提高了反应的稳定性和一致性。定性和一致性。定性和一致性。


技术研发人员：杜恒 张杰
受保护的技术使用者：南京介子连续流科技有限公司
技术研发日：2023.02.20
技术公布日：2023/7/17