一种空化云气体化学反应装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及化学反应领域，尤其涉及一种空化云气体化学反应装置及方法。
【背景技术】
[0002]超声技术在很多行业中得到广泛应用，近年来，除了功率超声、水声、超声检测、医学超声、超声清洗等经典超声领域外，超声化学、超声生物学等声学领域也得到了迅速发展。
[0003]随着科学和技术的进步，大部分气体化学反应都可以在工业可实现的温度和压力范围内发生，但是依然有许多化学反应条件很苛刻，需要很高的温度和压力，在工业环境下，甚至在实验室环境下都难以发生，这就需要有一种气体化学反应器，在常规条件下，简单方便的实现这种难以发生的化学反应。本发明提出了一种空化云气体化学反应装置及方法，不需要高温高压设备，借助空泡溃灭时产生的高温高压，简单方便的实现常温常压下难以发生的气体化学反应。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种空化云气体化学反应装置及方法，该装置及方法通过超声换能器将电能转换为超声波辐射至反应室反应液中，反射面反射超声波形成反射波，超声波与反射波互相叠加形成驻波声场，驻波声场作用于反应液形成的枝杈状超声空化云，通过调节换能器和反射面的相对位置，改变超声波和反射波的波腹位置，由此控制枝杈节点的位置，从而实现了含有不同气体的空泡沿枝杈状超声空化云的枝杈运动，在不同枝杈节点合并，逐级发生化学反应。
[0005]为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种超声空化云输运装置，该装置包括:注液管、超声换能器、反应室、注气管，注气管为一个或多个；
[0006]反应室具有枝杈状结构，枝杈状结构包括主干和多个枝干，注气管或注液管分别通过多个枝干之一与主干相通；
[0007]反应室还具有反射面，位于反应室底部与超声换能器相对布置，用于形成驻波声场；
[0008]—个或多个注气管注入不同气体，在驻波声场作用下于一个或多个注气管末端形成空泡核源；
[0009]反应液在驻波声场作用下形成枝杈状空化云，空泡核源产生含有不同气体的空泡沿枝杈状超声空化云的枝杈运动，在不同枝杈节点合并，逐级发生化学反应。
[0010]优选地，空化云气体化学反应装置还包括排水装置，用于将反应液快速抽离出反应室。
[0011]优选地，超声换能器为一个或多个。
[0012]优选地，驻波声场的振幅为50kPa_200kPa。
[0013]优选地，反应液在驻波声场作用下形成枝杈状空化云具体包括:枝杈状空化云为声利希腾贝格图结构。
[0014]本发明第二方面提供了一种空化云气体化学反应方法，该方法包括:利用超声换能器将接收到的电能转换为超声波辐射至反应液；利用反射面反射超声波形成反射波，反射波与超声波相互叠加形成驻波声场；向一个或多个注气管分别注入不同气体，在驻波声场作用下于向一个或多个注气管末端形成空泡核源；反应液在驻波声场作用下形成枝杈状空化云，空泡核源产生含有不同气体的空泡沿枝杈状超声空化云的枝杈运动，在不同枝杈节点合并，逐级发生化学反应。
[0015]优选地，化学反应完成后，将反应液快速抽离出反应室。
[0016]优选地，反射波具体包括:反射面反射一个或多个超声换能器辐射的超声波形成一个或多个反射波。
[0017]优选地，驻波声场具体包括:调节超声换能器和反射面的相对位置，从而改变超声波和反射波的波腹位置，由此控制枝杈节点的位置。
[0018]优选地，空泡核源产生的含有不同气体的空泡沿枝杈状超声空化云的枝杈运动具体包括:进入枝杈状超声空化云的含有不同气体的空泡沿驻波声场的低压力振幅区域向驻波声场的高压力振幅区域方向(枝杈节点)在枝杈状超声空化云中运动。
[0019]本发明实施例实现了一种空化云气体化学反应装置及方法，将空泡作为一个微型气体反应器，利用空泡溃灭时产生的高温高压，可以实现常温常压下难以发生的气体化学反应，而空化云的类水系枝状结构为化学反应微系统的逐级控制提供了一个载体。声利希腾贝格图结构(枝杈状空化云)构成了一个类似水系的枝状物质输运系统，在这个输运系统不同枝脉的上游施放不同的化学物质，通过不同级别的叉点和节点实现化学反应的逐级控制，整个空化云成为了一个层次结构复杂、自主运行的微型化学反应体系，实现了对化学反应的逐级控制，在化工、检测、科研等领域具有重要的应用价值。
【附图说明】
[0020]图1为本发明实施例提供的一种空化云气体化学反应装置示意图；
[0021]图2为本发明实施例提供的一种空化云气体化学反应装置产生空化云的原理示意图；
[0022]图3为本发明实施例提供的空泡产生高温高压过程示意图；
[0023]图4为本发明实施例提供的空泡在空化云中的运动轨迹示意图；
[0024]图5为本发明实施例提供的空化云气体化学反应原理示意图；
[0025]图6为本发明实施例提供的一种空化云气体化学反应方法流程示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0027]本发明实现了一种空化云气体化学反应装置及方法，本发明的空化云气体化学反应装置通过超声换能器将超声波辐射至反应液后，超声波与反射面形成的反射波相互叠加形成驻波声场，驻波声场作用于反应液形成枝杈状超声空化云，通过调节超声换能器和反射面的相对位置，改变超声波和反射波的波腹位置，由此控制枝杈节点的位置，含有不同气体的空泡沿枝杈状超声空化云的枝杈运动，在不同枝杈节点逐级合并。实现了不同气体在常温常压下化学反应的逐级控制，在化工、检测、科研等领域具有重要的应用价值。
[0028]图1为本发明实施例提供的一种空化云气体化学反应装置示意图。如图1所示，该装置包括:注液管1、超声换能器2、反应室4、注气管3，其中，注气管3为一个或多个，反应室4具有枝杈状结构，枝杈状结构包括主干和多个枝干，注气管3或所述注液管I分别通过多个枝干之一与主干相通。
[0029]反应室4还具有反射面5，位于反应室4的底部与超声换能器2相对布置，用于接收超声换能器2辐射的超声波，并产生反射波反射至反应液中，反射波与超声换能器2辐射的超声波相互叠加在反应室4中形成驻波声场。
[0030]一个或多个注气管3注入的不同气体，在驻波声场作用下于一个或多个注气管3末端形成空泡核源。
[0031]图2为本发明实施例提供的一种空化云气体化学反应装置产生空化云的原理示意图。如图2所示，驻波声场作用于反应液中形成声利希腾贝格图结构(枝杈状空化云)，形成明显的枝杈结构，枝杈是由泡串组成的，空泡的运动方向是朝着节点运动，节点实际上是超声波的波腹位置，是高压力振幅区，通过控制驻波场可以控制这种空化云。空泡核源生成的含有不同气体的空泡沿枝杈状超声空化云的枝杈运动，在枝杈的节点处，不同枝杈的空泡发生合并，然后继续前进，去下一个节点，在不同枝杈节点合并，逐级发生化学反应。
[0032]排水装置6位于反应室4底部通过反射面5与反应室4相通，利用水栗将反应液快速抽离，通过排液管7导流出反应室4，以便后续进行气液分离。
[0033]图3为本发明实施例提供的空泡产生高温高压过程示意图。如图3所示，反应液中的微小泡核在超声作用下被激化，表现为泡核的振荡、生长、收缩、最终高速溃灭，溃灭会产生高温、高压，能促使自由基的产生，从而加速自由基反应。另一方面