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超声波在化工领域中的应用

发布者: 蜜糖 | 发布时间: 2012-12-20 17:39| 查看数: 2414| 评论数: 5|帖子模式

化学反应超声波作用于化学反应,主要利用超声空化现象。空化泡崩溃产生局部的高温、高压和强烈的冲击波及射流,为在一般条件下难以实现或不可能实现的化学反应提供了一种新的非常特殊的物理化学环境,它是一门新兴的声学与化学边缘交叉学科。大量实验证明超声波可广泛应用于各种反应,包括:
    (1)合成化学方面,特别是超声在有机合成中应用研究发展很快,主要研究对象是多相反应,特别是有机金属。超声的粉碎和使表面活化,有可能代替相转移催化剂(PTC)反应。包括金属表面参与的反应(如加速催化反应)、粉末状固体颗粒参与的反应、乳化反应、均相反应。
    (2)高聚物化学方面,如聚合反应、高分子降解反应。
    (3)电化学方面,将超声波直接引入电镀槽,由于空化作用,增加了沉积速率,提高电流密度。
    (4)分析化学。超声波已成为许多有机金属化合物的常规合成技术。如在格氏试剂的合成中,传统方法需使用经严格干燥的乙醚,且需加入少量碘作诱导剂。而在超声辐射下,该反应可用普通试剂级乙醚而无需干燥,反应的诱导期也缩短到几秒。这一发现对格氏试剂的工业化生产具有重要意义。将超声辐射用于均相和非均相催化反应能不断剥除催化剂表面吸附的反应物,暴露出新的催化面,从而有效地保持了催化剂的活性,例如,美国Moulton利用超声使豆油的催化加氢加快了100多倍;用镍粉作催化剂的烯烃加氢反应经超声辐射后,反应速度可加快十多万倍,这一发现将对石油化工产生重大影响。目前在电镀中使用超声波,实际上是超声在电化学中应用的一个例子,将超声辐射用于电化学过程,可保持电极的清洁、使电极表面脱气、同时还能改善传质,这些优点使得电化学过程更为有效,可以改进镀层的附着性、硬度和光洁度等,并使电镀可在较低的电流密度下完成,电镀速度明显提高。近年来,在固态核磁共振技术中超声辐射已被用来使谱线变窄,这一技术被称为声致变窄(SIN),它比磁角自旋MAS技术更方便实用。例如,用20kHz的超声辐射悬浮于四氯化碳中的硫酸铝,其Al四极共振光谱的半峰宽为170Hz,而用MAS技术所得的同一谱线的半峰宽则为660Hz。在气相色谱中用超声脱气改进固定相涂布的均匀性已成为常规操作。影响超声化学反应的参数很多,主要包括工作频率、强度、功率、辐射时间、波形、反应介质温度、大气压强等。例如在合成化学中超声频率一般选在几十kHz,在聚合化学中超声频率一般在1MHz以下,但声强一般大于5W/cm 2。
    采油在油井开采过程中,常常会因各种原因在油井中形成一些堵塞物,阻碍原油流入井筒中,降低原油的渗透率,影响中后期油井的产量及油田采收率。通过声波处理生产油井、注水井及近井油层,使油层中流体的物性及流态发生变化,改善井底近井油层的流通条件及渗透性,解除堵塞、防垢除垢、防蜡,提高采油量,降低原油的粘度。
    超声波采油的原理是:当大功率的超声波进入油层中时,油层中的毛细管直径就会随着超声波的作用发生时大时小的变化。当毛细管直径发生变化时,其表面张力、毛细管力也随之变化。当毛细管半径变大时,表面张力以半径的平方倍缩小,毛细管力以半径的立方倍缩小,这就使原来毛细管力和重力的平衡关系被打破,束缚在毛细管中的残余油,由于力的平衡关系被打破,就会在重力与超声波的振动作用下流入井中。此外,在大功率超声波的作用下,油层还会裂开,形成裂缝,提高原油的渗透率。超声波采油的适用范围主要有:
    (1)钻井时,泥浆浸泡时间较长,对油井造成严重污染的油井;
    (2)油层堵塞严重,且对水、酸敏感的油井;
    (3)距油水边界较近,不能采用压裂增产措施的油井;
    (4)油层物性好,油层厚度大,但出油能力差的油井;
    (5)稠油井、结蜡井;
    (6)因盐垢、垢堵或者由于机械杂质污染而渗透率急剧下降的油井。
    20世纪60年代,美国科学家首先进行了超声波油井增产的研究,并且在俄克拉荷马州华盛顿县的油井中进行了超声采油的矿场试验,试验取得了一定的成效。随后,原苏联在超声波采油技术的研究和应用方面进行了大量的工作,并一直处于世界领先地位。我国科技工作者研制出了可用于油田井下的大功率超声波采油机,并在玉门、大庆等油田现场进行了超声技术采油技术的试验,使作用油田油层物性明显好转,流动系数、流度比、比层系数渗透率等均有大幅度提高,取得了比较理想的效果。利用超声波处理油井和油层,可以提高原油产量40%~50%,提高采收率10%以上,其成功率可达80%,增产期可长达半年以上。超声波采油设备多为车载式,作业比较灵活方便。由安置在地面上的超声波发生器产生几万Hz(一般在16k~30kHz之间)的电信号,经电缆传输至位于井筒内油层段的超声波换能器,超声波换能器将电信号转换成声信号,声信号经井筒内的原油传播到油层中。超声波采油的主要优点有:
    (1)作用迅速,增产效果明显;
    (2)不会对油井产生污染,不会损坏油层;
    (3)设备费用相对较低,施工工艺简单,成本低,效益高;
    (4)可与其他增产方法结合使用,优势互补;
    (5)适用范围广。目前,超声波发生器的电功率已达上百千瓦,超声换能器的形状一般是圆柱形,长度约1~2m,半径约几十毫米左右。超声波采油技术无论是在工艺技术,还是在设备的研究方面都已经趋向成熟。该技术具有广阔的发展前景,必将对油田的后期增产起到重要的作用。
  其他应用
    超声波还可应用于化工领域的许多方面。如应用于膜分离中有明显加速传质和去浓差极化作用,可以提高膜分离的分离效率;应用于污水处理,可以有效的将其中的有机物质分离出来,并能将废水中的有害物质分解;在发酵过程中,超声波能够促使细胞中的生物酶很快释放到细胞外,从而较大程度的提高发酵液的总体酶活性,相应提高了底物的转化率;用于热敏物质的干燥不必升温就可以将水从固体中除去,加快干燥速度和降低固体中残留水含量;用于制备微泡、焊接等等。
  结论
     目前超声波在化工领域中的应用还处于初期阶段,而且各种应用发展并不平衡,如超声清洗等,其发展规模越来越大,而其他一些功率超声技术,如超声加工、超声提取等,几十年规模变化不大,许多作用规律还有待于进一步探索与总结。因为一种新的超声技术实验时期(包括中试和现场实验)可能投入、风险都比较大,所以不同领域的应用需要相关企业共同参与开发研究,甚至需要政府的投入和支持,只有这样才能及时将高效节能的超声技术和方案付诸实际工程,加速产业化。由于超声波的引入给化学化工领域注入了新的活力,产生了许多普通方法不能产生的效果,设备简单,无二次污染,所以发展前景是十分可观的。
最新评论
  • 2013-1-15 11:20:16

              西安英语培训班很多,学习英语语法的方法也不少。但哪个文道教育方法就是通向成功的道路,就像是条条大路通罗马一样,只要是采取了一种,最终都可到达罗马。事实上,每个人可以根据自己的实际情况,制定符合自身情况的方法。

              学习英语一是要有整体语感,要学会归纳和演绎,由此及彼;二是要借助中文,进行比较,进而学好英语语法。话说回到我们中国学生身上,为了考试的目的,我们如何来学习语法呢?

              首先、我们要端正学习英语语法西安英语培训学校的态度。

              不要把语法看得太难,高不可攀,进而丧失了学习的积极性。有的同学几乎都放弃了英语语法的学习,这是绝对不可取的。另外,也不要轻视语法。有的同学认为只要简单学一点,考试就能都得分。这也是极其错误的看法。英语考试毕竟是选拔性的应试考试,它肯定是要以不同难度的题将大家的分数拉开。这样,西安英语培训价格简单的了解就肯定是不够的了。

              第二、要吃透大纲的范围,做到非大纲语法先不看或少看。

              不在非考试内容上钻牛角尖,例如感叹词,历年都很少出现的,一带而过足够。

              又如,关于动名词和现在分词的用法区别,西安英语培训中心因形式上的一致,导致有的同学刨根问底的去探究,其实大可不必,而且在许多语法书中有解释和没解释根本不重要。

              第三、注重基本语法,适当结合考点扩充。

              基本的知识往往被认为简单不实用,但是基本的却决定了将来的更高进步。

              比如,西安培训机构中反复强调的一般现在表将来及深层的应用:在条件和时间从句中的应用。但考试时,还是有人会弄错。殊不知,在条件和时间从句中的应用是英语的常规,反而却不允许使用将来时,

              如:When you see her , please tell her I will come back soon.(对)

              When you will see her , please tell her I will come back soon. (错)

              第四、注重日常积累,切忌死记硬背。

              为了迎接考试,难免会心慌慌。于是挑灯夜读在所难免,日理万机之余,苦读语法虽不是一大乐事,但却不得不为之。曾有朋友告诉我,自己对于介词始终不是很清楚,让他感到非常痛苦,这本无可厚非。但是如就此不放,西安英语培训机构对比甚至于为此专程购买介词方面的书籍,就矫枉过正了。关键在于弄懂教材上所举出的常见介词及其本意,许多方面在练习和词组搭配中就可以明确化了。切勿只见树木不见森林。

              举例说明之,以动词"see"为例,和常见的介词可以搭配,构成不同的含义。如:

              see sb off (此处off本意有"离开"的含义,那么看某人离开,不就是送行嘛)还有

              see through (through 穿过,通过的意思,能看的由表及里,就是表示看穿和识破了)

              但是,像 see about 可能就稍微难理解一些,西安英语培训意思为办理和安排等。

              那么我们不妨说,能从字面看出来或自己理解的尽量去引申理解,理解不了的自己造句并反复诵读下来,方法还是很多的,关键在于个人。

              第五、寻找适合自己的思维习惯,应对考试。

              结合教材的内容,做些适合自己思维习惯的分类,学会归纳和演绎。

              第六、西安职称英语最重要的是要有一本错题集。

              将自己做错的,或者是感觉比较难的、自己没有掌握好的题记录下来,以备后来复习使用。这一点不用赘述,但是确实是最可以提分的一种小技巧。

              第七、要有一本合适的语法书。

              找到一本适合自己程度的语法书,多看多记忆。
  • 2014-8-19 01:25:29
    环保科技网,内容比较丰富
  • 2015-3-17 22:50:04
    泵站工艺施工图
  • 2015-6-9 16:14:14
    好资料,谢谢分享,收藏了,楼主加油。。。。
  • 2024-1-19 06:19:25
    顶起赞金币  我要学习环保~

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