异心式声化学反应装置

摘要

本发明涉及的一种异心式声化学反应装置，其是通过在外筒内设置异心的内芯且利用设置在外筒或者内芯上的超声换能器作为超声波信号源，通过电机带动使外筒与内芯之间发生相对旋转运动，保证在外筒与内芯之间的环形区域内的流体处于不规则的运动状态，流体密度不均匀，在环形区域内形成混沌流场，超声波的传播受到不均匀流体的散射，使整个环形区域都受到超声波的辐射，避免了驻波场的存在，提高了超声波废水处理效果，而且将外筒串联式连接处理时可大大提高废水的处理量，本发明的反应器结构简单、设备成本低，适于工业化应用。

权利要求

1.一种异心式声化学反应装置，包括一个或者相互串联式连接的单元反应器，每个单元反应器的结构是：在底座(1)上设置有外筒(3)和支架(2)，支架(2)上设置有电动机(6)，在外筒(3)的下侧壁设置有进水口、上侧壁设置有出水口、外筒(3)的外壁上设置有至少2组沿径向关于中心轴对称且辐射端向内的超声换能器组、内腔设置有至少一个内芯(7)，内芯(7)的中心轴与外筒(3)的中心轴平行，内芯(7)的顶部通过连杆(5)与电动机(6)的动力输出轴连接；其特征在于：所述超声换能器组在外筒(3)壁上轴向交错分布，所述外筒(3)与内芯(7)的中心距是内芯(7)半径的1～2.5倍；所述外筒(3)内半径是内芯(7)半径的3～5倍。

2.根据权利要求1所述的异心式声化学反应装置，其特征在于：一个单元反应器包含有2～6个串联式连接的外筒(3)，外筒(3)内设置有2～4个中心轴相互平行的内芯(7)。

3.一种异心式声化学反应装置，包括一个或者相互串联式连接的单元反应器，每个单元反应器的结构是：在底座(1)上设置有外筒(3)和支架(2)，支架(2)上设置有电动机(6)，在外筒(3)的下侧壁设置有进水口、上侧壁设置有出水口、外筒(3)的顶部通过连杆(5)与电动机(6)的动力输出轴相连接、外筒(3)的内腔设置有至少一个内芯(7)，内芯(7)的中心轴与外筒(3)的中心轴平行，内芯(7)的顶部通过连接件与支架(2)连接，在内芯(7)的外壁上同轴设置超声换能器(4)；其特征在于：所述超声换能器(4)是由纵向均匀排列在内芯(7)外壁上的环形陶瓷片组成；所述外筒(3)内半径是内芯(7)半径的3～5倍，所述外筒(3)与内芯(7)的中心距是内芯(7)半径R内芯的1～2.5倍。

4.根据权利要求3所述的异心式声化学反应装置，其特征在于：一个单元反应器包含有2～6个串联式连接的外筒(3)，外筒(3)内设置有2～4个中心轴相互平行的内芯(7)。

说明书

异心式声化学反应装置

技术领域

[0001] 本发明属于声化学研究技术领域，特别涉及一种利用超声波降解处理有机污染物废水的异心式声化学反应装置。

背景技术

[0002] 水是人类赖以生存和发展的物质基础，水资源的保护和循环利用是环境保护中最重要的课题之一。近年来，印染、医药、化工、造纸等一些重点行业高浓度有毒有机废水是加剧我国水体污染的主要原因之一。此类废水的共性是在环境中难以降解的三致(致癌、致畸、致基因突变)有机污染物，它们长时间稳定存在，并具有生物累积性，通过食物链浸入到人体，严重地影响着人类的身体健康，阻碍了我国经济的可持续发展。因此，针对高浓度难降解有毒的有机废水的研究和应用是当今废水处理技术研究和应用领域里的一个热点内容。

[0003] 针对高浓度难降解有毒的有机废水，通常是采用高级氧化技术，其关键是能产生高活性的羟基自由基(·OH)，利用超声波不断提高羟基自由基生成率和利用率，从而使得有机物污染物在声波作用下能进行降解。

[0004] 通常在废水处理过程中所使用的声化学反应器就是将超声波引入并在其作用下进行化学反应的容器。但是传统的声化学反应器在液体内易形成驻波声场.驻波声场的存在会在液体中形成盲区，造成总是只有一部分液体受到直接的超声波辐射，导致废水处理效果下降。

发明内容

[0005] 为了克服现有技术中声化学反应器所存在的不足，本发明提供了一种能够在环形区域内形成混沌流场，避免了驻波场存在，能够提高和强化超声波废水处理效果的异心式声化学反应装置。

[0006] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：该异心式声化学反应装置包括一个或者相互串联式连接的单元反应器，每个单元反应器的结构是：在底座上设置有外筒和支架，在支架上设置有电动机，在外筒的下侧壁设置有进水口、上侧壁设置有出水口、外筒的外壁上设置有至少2组在外筒径向上关于中心轴对称且辐射端向内的超声换能器组、内腔设置有至少一个内芯，内芯的中心轴与外筒的中心轴平行，内芯的顶部通过连杆与电动机的动力输出轴连接。

[0007] 上述外筒内半径最好是内芯半径的3～5倍。

[0008] 上述外筒与内芯的中心距优选是内芯半径的1～2.5倍。

[0009] 一个单元反应器包含有2～6个串联式连接的外筒，外筒内设置有2～4个中心轴相互平行的内芯。

[0010] 上述超声换能器组优选在外筒壁上轴向交错分布。

[0011] 本发明还提供一种异心式声化学反应装置，其包括一个或者相互串联式连接的单元反应器，每个单元反应器的结构是：在底座上设置有外筒和支架，支架上设置有电动机，在外筒的下侧壁设置有进水口、上侧壁设置有出水口、外筒的顶部通过连杆与电动机的动力输出轴相连接、外筒的内腔设置有至少一个内芯，内芯的中心轴与外筒的中心轴平行，内芯的顶部通过连接件与支架连接，在内芯的外壁上同轴设置超声换能器。

[0012] 上述外筒内半径最好是内芯半径的3～5倍。

[0013] 上述外筒与内芯的中心距是内芯7半径的1～2.5倍。

[0014] 一个单元反应器包含有2～6个串联式连接的外筒，外筒内设置有2～4个中心轴相互平行的内芯。

[0015] 上述超声换能器是由纵向均匀排列在内芯外壁上的环形陶瓷片组成。

[0016] 本发明的异心式声化学反应装置是通过在外筒内设置异心式的内芯，且利用设置在外筒或者内芯上的超声换能器作为超声波信号源，通过电机带动使外筒与内芯之间发生相对旋转运动，保证在外筒与内芯之间的环形区域内的流体处于不规则的运动状态，流体密度不均匀，在环形区域内形成混沌流场，超声波的传播受到不均匀流体的散射，使整个环形区域都受到超声波的辐射，避免了驻波场的存在，提高了超声波废水处理效果，本发明的外筒可以串联式连接处理，这样可大大提高废水的处理量，而且其反应器结构简单、设备成本低，适于工业化应用。

附图说明

[0017] 图1为实施例1的装置结构示意图。

[0018] 图2为图1的A-A向剖视图。

[0019] 图3为实施例2的装置结构示意图。

[0020] 图4为图3的B-B向剖视图。

具体实施方式

[0021] 现结合附图对本发明的技术方案进行进一步说明，但是本发明不仅限于下述的实施情形。

[0022] 实施例1

[0023] 参见图1和图2，本实施例的异心式声化学反应装置是由1个单元反应器构成，该单元反应器是由底座1、支架2、连杆5、外筒3、内芯7、超声换能器4以及电动机6连接构成。

[0024] 本实施例的底座1上安装有一个外筒3并通过螺栓紧固一个矩形支架2，在支架2上通过螺纹紧固件固定安装一个电动机6，本实施例的外筒3是由钢质材料制成，其几何形状为带有底部的圆筒形，内部半径为0.5m，高度为1.5m，在外筒3的下侧壁上开有出水口，在上侧壁上开有进水口，在外筒3的外壁上左、右两侧沿着径向对称轴向交错分布有2组超声换能器组，每组超声换能器组是由7个沿着外筒3外壁纵向排列的超声频率为80kHz的超声换能器4组成，7个超声换能器4沿着外筒壁均匀分布，每个超声换能器4通过强力胶吻合地粘在外筒3壁上，其辐射端向筒体内辐射。在外筒3的内腔安装有1个内芯7，内芯7的顶部通过紧固件固定连接一个连杆5，通过该连杆5与电动机6的动力输出轴连接，由电动机6带动其旋转，该内芯7与外筒3等高，其半径为0.125m，即外筒3内半径是内芯7半径的4倍，内芯7的中心轴与外筒3的中心轴平行，与外筒3形成异心式套筒，内芯7与外筒3的中心距为0.25m，即外筒3与内芯7之间的中心距是内芯7半径的2倍。

[0025] 使用时，启动电动机6和各个超声换能器4，内芯7在电动机6的带动下开始转动，从外筒3的进水口进入的水流在外筒3与内芯7之间流动形成环形区域，由于内芯7与外筒3轴心平行但是不重合，环形区域内的水将处于不规则的运动状态，形成混沌流场，即水流运动是混沌的，由于外筒3的旋转造成水密度不均匀分布，超声换能器4产生的超声波在其中的传播就受到不均匀流体的散射，使整个环形区域都受到超声波的辐射，避免了驻波场的存在，进一步提高了超声波的水处理效果。

[0026] 实施例2

[0027] 参见图3和图4，本实施例的外筒3是由钢质材料制成，其几何形状为带有底部的圆筒形，半径为0.5m，高度为1.5m，在外筒3的下侧壁上开有出水口，在上侧壁上开有进水口，在外筒3的顶部侧端通过螺纹紧固件固定连接有一个连杆5，该连杆5的另一端通过普通联轴器连接在电动机6的动力输出轴上，传递动力，带动外筒3转动。在外筒3的内腔安装有一个内芯7，内芯7的顶部通过螺纹紧固件固定在支架2的横梁上，高度与外筒3相等，半径为0.125m，即外筒3的半径为内芯7半径的4倍，该内芯7的中心轴与外筒3的中心轴平行，其与外筒3的中心间距为0.25m，即外筒3与内芯7之间的中心距是内芯7半径的2倍，在内芯7的外壁上同轴粘附有由7个环形陶瓷片纵向排列组成的超声频率为80kHz的超声换能器4，7个环形陶瓷片沿着内芯7外壁均匀分布，其它的部件及连接关系与实施例1相同。

[0028] 使用时，启动电动机6和各个超声换能器4，外筒3在电动机6的带动下开始转动，内芯7固定不动，从外筒3的进水口进入的水流在外筒3与内芯7之间流动形成环形区域，由于内芯7与外筒3轴心平行但是不重合，环形区域内的水将处于不规则的运动状态，形成混沌流场，即水流运动是混沌的，由于外筒3的旋转造成水密度不均匀分布，超声换能器4产生的超声波在其中的传播就受到不均匀流体的散射，使整个环形区域液体都受到超声波的辐射，避免了驻波场的存在，进一步提高了超声波的水处理效果。

[0029] 实施例3

[0030] 在本实施例中，在外筒3的外侧壁上左、右两侧粘附有径向对称轴向交错分布的4组超声换能器4组，每组超声换能器4组是由5个沿着外筒3外壁纵向排列的超声频率为80kHz的超声换能器4组成，每个超声换能器4通过强力胶粘在外筒3壁上，且其辐射端向筒体内辐射，保证其所产生的超声波辐射到外筒3内的水体。其它的部件及连接关系与实施例1相同。

[0031] 实施例4

[0032] 在本实施例中，在外筒3的外侧壁上左、右两侧粘附有径向对称轴向交错分布的8组超声换能器4组，每组超声换能器4组是由4个沿着外筒3外壁纵向排列的超声频率为80kHz的超声换能器4组成，每个超声换能器4通过强力胶粘结在外筒3壁上，且其辐射端向筒体内辐射，保证其所产生的超声波辐射到外筒3内的水体。其它的部件及连接关系与实施例1相同。

[0033] 实施例5

[0034] 本实施例中，在内芯7的外壁上同轴粘附有由5个环形陶瓷片纵向排列组成的超声频率为80kHz的超声换能器4，5个环形陶瓷片沿着内芯7外壁均匀分布，其它的部件及连接关系与实施例2相同。

[0035] 实施例6

[0036] 本实施例的异心式声化学反应装置是由4个单元反应器构成，一个单元反应器的外筒3出水口与相邻一个单元反应器的外筒3进水口通过管道连通，其中每个单元反应器的结构与实施例1～5中相应的单元反应器结构相同。

[0037] 实施例7

[0038] 本实施例的异心式声化学反应装置是由2个单元反应器构成，一个单元反应器的外筒3出水口与相邻一个单元反应器的外筒3进水口通过管道连通，其中每个单元反应器的结构与实施例1～5中相应的单元反应器结构相同。

[0039] 实施例8

[0040] 本实施例的异心式声化学反应装置是由6个单元反应器构成，一个单元反应器的外筒3出水口与相邻一个单元反应器的外筒3进水口通过管道连通，其中每个单元反应器的结构与实施例1～5中相应的单元反应器结构相同。

[0041] 实施例9

[0042] 本实施例中，外筒3的内腔中设置有2个相互平行的内芯7，内芯7的高度与外筒3相同，2个内芯7关于外筒3的中心轴对称分布，其余的部件及其连接关系与实施例1～
8中任意一个实施例相同。

[0043] 实施例10

[0044] 本实施例中，外筒3的内腔中设置有4个相互平行的内芯7，内芯7的高度与外筒3相同，4个内芯7平均分布的同一个与外筒3同轴的圆周上，其余的部件及其连接关系与实施例1～8中任意一个实施例相同。

[0045] 实施例11

[0046] 本实施例中，外筒3的内腔中设置有3个相互平行的内芯7，内芯7的高度与外筒3相同，3个内芯7平均分布的同一个与外筒3同轴的圆周上，其余的部件及其连接关系与实施例1～8中任意一个实施例相同。

[0047] 实施例12

[0048] 本实施例的外筒3内半径为0.3m，高度为1.5m，在外筒3内腔的内芯7与外筒3等高，半径为0.06m，即外筒3的内半径为内芯7半径的5倍，内芯7中心轴与外筒3的中心轴平行，与外筒3的中心距为0.15m，即外筒3与内芯7之间的中心距是内芯7半径的2.5倍，其它的部件及其连接关系与实施例1～11中的任意一个实施例相同。

[0049] 实施例13

[0050] 本实施例的外筒3内半径为0.3m，高度为1.5m，在外筒3内腔的内芯7与外筒3等高，半径为0.1m，即外筒3的内半径为内芯7半径的3倍，内芯7中心轴与外筒3的中心轴平行，与外筒3的中心距为0.1m，即外筒3与内芯7之间的中心距与内芯7半径相等，其它的部件及其连接关系与实施例1～11中的任意一个实施例相同。