超声波声化学系统介绍

超声波声化学系统产品介绍杭州成功超声设备有限公司目 录前言3.物品详单3.一、概述： 4.二、工作原理：4.三、产品特点5.四、实验室级声化学系统产品说明 6技术参数6.工作环境6.使用方法7.首次使用7.常规使用1.1五、工业级声化学系统产品说明 .12技术参数.12工作环境.12使用方法.13首次使用.13常规使用.16附录：声化学主要应用20刖百非常感谢您选中了我公司生产的爱达普？牌超声波设备。我公司是国内规模 最大，质量最好的大功率超声波换能器制造商，我们致力于向客户提供最好的服 务。为使我公司的产品能发挥最大效能，使用前请务必细读使用说明书。杭州成功超声设备有限公司是全国超声设备制造业的领航者，具有30年的超声设备制造经验。聚焦探头式大功率超声波声化学处理设备，是本公司近年来 针对声化学客户自主研发的整机设备， 属国内首创。本套系统在不改变客户现有 的生产设备和工艺流程基础上，通过简单的安装就可将您的普通设备升级为带有 超声波的先进化工设备。本产品所辐射的超声波功率大、投资少、安装简易、可 明显的提高产量和效率。目前该设备主要应用于以下方面：萃取与分离；合成与降解；生物柴油生产；治理微生物；降解有毒有机污染 物；生物降解处理；生物细胞粉碎；分散、均质、匀化和凝聚；除垢防垢等领域。物品详单首先请您查看产品合格书，确认所收到的产品与您合同所需产品一致并确认 型号。打开包装箱，包装箱中应包含如下物品：超声波声化学处理系统标准配置表（单套）物 品数量超声波声化学处理探头1超声波发生器1超声波发生器电源线1超声波发生器与探头连接线1产品合格书1产品装箱单1一、概述：超声波是指频率为2X104 Hz107 Hz的声波，它超过了人耳收听频率的范 围。超声波在液体媒质中传播时，通过机械作用、空化作用和热作用，产生力学、 热学、光学、电学和化学等一系列效应。尤其是大功率的超声波，会产生强烈的 空化作用，从而在局部形成瞬时高温，高压、真空和微射流。对化学萃取、生物 柴油生产和声化学反应，造成了一个非常有利于反应过程的局部小环境，能大大提高反应速度，降低反应条件。对生物质提取而言，会造成植物细胞壁的破坏和 溶剂的快速渗透，使被提取的有效成分迅速溶解到溶剂中，从而提高提取率、缩 短提取时间、节省溶剂。超声波用于生物质资源加工则是近年来研究和开发的热 点，其中最具代表性的工作是超声波用于植物有效成分的强化提取和超声波用于 生物柴油的制备。超声波化学萃取、生物柴油生产和声化学反应生物质提取所选取的频率范围 为15KHz100KHz,其中频率20KHz左右的超声波使用最为普遍，主要是因为 在同样的功率条件下，较低的超声频率更易产生空化效果。大量的应用实践也证 明了 20kHz最有效，并且已经大规模应用。二、工作原理：作为国内大功率超声波核心部件的领导者，杭州成功超声设备有限公司积极 研发生产最新的大功率超声波应用设备。 瞄准国际最新技术，结合国内的应用实 际，在国内率先开发出大功率超声波生物柴油处理设备。 该设备不改变客户现有 的生产设备和工艺流程，安装操作也非常方便。超声波声化学系统由超声波振动部件和超声波专用驱动电源两部分构成： 超 声波振动部件主要包括大功率超声波换能器、变幅杆、工具头，用于产生超声波 振动，并将此振动能量向液体中发射。 换能器将输入的电能转换成机械能， 即超 声波。其表现形式是换能器在纵向作来回伸缩运动， 振幅一般在几个微米。这样的振幅功率密度不够，不能直接使用。变幅杆按设计需要放大振幅，隔离反应溶 液和换能器，同时也起到固定整个超声波振动系统的作用。 工具头与变幅杆相连， 变幅杆将超声波能量振动传递给工具头，再由工具头将超声波能量发射到化学反 应液体中。超声波专用驱动电源（超声波发生器）包括整流电路，振荡电路，放大电路， 反馈电路，跟踪电路、保护电路，匹配电路、显示仪表等。用于产生高频高功率 电流，驱动超声波振动部件工作。超声波发生器的功率可调，以适应不同的工作 状态。发生器内还可根据需要集成有时序控制器， 设定控制超声波发振时间和问 歇时间。三、产品特点杭州成功超声设备有限公司自主研发的声化学处理系统具有如下特点：1 .具有实验室级和工业级两大类产品，各种型号（功率50W 3000W）,满足不同客户的需求。2 .能量转化效率高，达到80%以上。3 .超声波系统振幅稳定，持续工作时间长，采用九节工具头设计（工业级） ，辐 射面积较传统工具头增大2.5倍。4 .采用超声波数控电源（目前限于工业级声化学系统），全数字电路控制，抗干 扰能力强。5 .频率、功率可实时监控，功率分档可调，具有自动报警保护功能，操作简便。6 .工业级声化学系统可适用于高温高压高粘度的工作环境（300c以内，10atm以内），返修率低于2%07 .根据客户要求，可为客户量身制定使用方案。四、实验室级声化学系统产品说明实验室级声化学系统主要用于实验室试验或小规模生产，频率高，体积小，重量轻，携带方便，并具有功率频率实时监控和功率可调等特点。阅读详细说明前，请您确认您所购买的产品为实验室级声化学系统，并明确所买产品的型号。（工业级声化学系统说明请详见下一章）技术参数实验室级声化学系统参数表型号工作频率标准功率溶液体积电源发生器配置主电源参数YPS1140k 1kHz300W500ml超声波发生器V1.0220V, 50HZYPS1340k 1kHz400W1000ml超声波发生器V1.0220V, 50HZYPS1528k 1kHz500W3000ml超声波发生器V1.0220V, 50HZYPS1720k 1kHz600W6000ml超声波发生器V1.0 1220V, 50HZ请您对照购买产品型号，了解相关参数。工作环境使用环境：室内使用；湿度： 85%RH周边环境温度：0c -40C电源尺寸：193mrK 375mnh 退出，进入待机状态。长按MONI键 信1 1秒）进入，再依次按 SET键，一E* * * 声 * * * 退 出，进入待机状态。各个参数的设定可根据产品要求来设定数据。参数设定说明显示符号符号名称设定值与单位设置参数详细说明A * * *振幅设定10-100%设定振幅，不同的工具头振幅也不同（详见以下电源调 试项）B * * *启动时间1-10一般设定在002C * * *调整精度1-10一般设计在001D * * *点动时间0-200 （每个字0.01S ,2秒）设定点动后运行时间，根据用户需要设定，实际可控时 间为0-2秒。（设定为0,则计时为无效，点动开关打开时为运行，直到点动开关关闭时停止。）E* * *频率补偿0-100%一般设定为55。非专业调试人员请勿更改。F* * *振幅设定 限幅比10-100%振幅为参数 A和F的乘积，即振幅为 100X F时为模具 的最大振幅，F设定过大，可能损坏模具和换能器！ 一 般作为厂方调试振动系统时的数据，非专业调试人员请勿更改。机器出厂时，一般已经与振动系统调试完毕，不需要用户调试，但机器在安装新的换能器、变幅杆、工具头后，或有其他问题时需要进行如下的调试。电源连接前，先要确认开关是否 OFF（0）。为防止电击，振动源要用接地的电源。拔除超声波输出插头，打开电源，预热 3分种，频率显示为最高值达到稳定后，设定 A参数为30,设定b参数为55,按运行按纽，参数显示窗口将从100降至0 （若不能下降，则应升高A参数），在即将到0时按停止按纽，此时频率表显示为最低值，这个最低值和最高值即为此电源的频率带宽，若超声波振动子(工作头)的频率不在此带宽范围，则应修改模具的频率或微调电源内部的 W2电位器，并且建议：最高值 =振动子的频率+ (300500 ) Hz, 这样能保证系统工作稳定。 检查振动子电缆连接是否正确，按停止按纽，插好超声波输出插头，设定参数A=10 , b=2 , C=1 ,在模具空载或负载的工作情况下运行，稍等1分种后若显示频率不能降低至振动子的谐振频率或故障指示为CC,且模具振幅极微弱，则应升高A。若运行后显示频率降低至振动子的谐振频率而不能稳定，而是低于谐振频率或故障指示为C0,则应降低 Ao逐次增加A参数，最终达到用户需要的振幅和功率。若达不到用户需要 的振幅和功率，则按本说明书封面的技术维修电话联系帮助解决。若有其它非正常现象，请将电源关闭后，再重试一次。调试时必须注意振幅设定过大有可能损坏模具和换能器！任何部位的温度过高都可能导致该部位损坏。请勿在模具空载的工作情况下长时间运行。当故障指示为CH ,为电源内大功率器件过热保护。一、/汪忠：首次开机请严格按照如上说明操作，如有疑问请电话联系杭州成功超声设 备有限公司。初次使用时，务必确保有人看管，如遇到报警、异响等情况，请及时切断电 源。常规使用常规使用时，如出现问题，请先参考首次使用中的相关说明， 确保使用环境 基本不变，每次开机之前应检查各部件连接是否正常， 打开电源开关，确保声化 学探头正常工作，无异响无报警。长时间使用后，应即时检查各部件是否有发热 现象，换能器温度不能超过 80C,否则必须配备强力风扇冷却。同时应密切注 意通过工具头和变幅杆上传的热量。五、工业级声化学系统产品说明工业级声化学系统主要用于大规模工业生产。杭州成功超声生产的工业级大 功率超声波声化学处理设备，具有功率大，效率高，辐射面积大，适用于大规模 工业生产，具有频率功率实时监控，功率可调，过载报警功能，长度为 930mm。 本公司生产的工业级声化学系统具有高达 80%-90%的能量转换效率阅读详细说明前，请您确认您所购买的产品为工业级声化学系统，并明确所买产品的型号。技术参数工业级声化学系统参数表型号工作频率标准功率溶液处理量电源发生器配置主电源参数YPS5320kHz500W3L/min超声波发生器V6.0220V, 50HZYPS5520kHz1000W5L/min超声波发生器V6.0220V, 50HZYPS5720kHz1500W8L/min超声波发生器V6.0220V, 50HZYPS5920kHz2000W10L/min超声波发生器V6.0220V, 50HZYPS6120kHz3000W15L/min超声波发生器V6.0220V, 50HZ请您对照购买产品型号，了解相关参数。工作环境使用环境：室内使用；湿度： 85%RH周边环境温度：0c -40C电源尺寸：385mrK 142mm（ 585mm（包括机箱外零件）使用空间：周围物体与设备距离不得小于 150mm与散热口不得小于200mm注意：使用时不可移动电源机箱，直接插拔电源或航空插头。若听到任何异响或指示异常(发生器报警)，请立即先关掉电源，再查找故障原因，否则极易损坏 机器或引发事故。使用方法首次使用1、拆除包装接到货，打开包装。检查控制面板、机器表面，查看有无破损。检查运货过 程中有无配件的松动。若有破损，立即通知运输公司，便于调查，并保管好包装 材料，保持原状。2、确认产品配件查看产品配件是否齐全，配件详见装箱单或说明书第一页。3、线路连接警告：电源连接前，先要确认开关是否 OFF(0)。为防止电击，振动源要必须使 用含有接地线的电源。大功率超声波声化学处理设备连接示意图示意图本套系统的航空插头本公司已为客户连接完成， 航空插头不可随意更改，本 公司出厂的换能器和超声波发生器都经过专业的匹配调试正常， 因此不能随意更 换部件，下图为探头与电源机箱简明连接示意图。4、声化学探头装配本公司推荐使用工业级声化学系统主要用于工业生产及大规模的生产研发, 的方式如下图所示。一孔水出一孔而进反应釜反应（左）和大容器反应（右）反应釜方式主要是用于流动液体的声化学反应，反应釜设有进水孔和出水 孔。超声波发射头插入该液体中，其中容器与声化学探头之间用法兰固定，本公司已为您配置了相应的法兰（选配），此法兰一方面用于固定，另一方面可适应 高压密封容器的需要。容器溶液体积请参考实验室级声化学系统参数表（第 11 页）,超声波探头浸没入溶液50mm-400mm。大容积定量容器方式，是用于对一定量溶液进行声化学反应，反应液不流动。 超声波通过工具头作用于反应液体， 这种反应方式作用效果均匀，速度快，容易 控制反应时间以及产量大小。注：安装前务必确定容器是否有压力，所购买法兰能否承受该压力，容器内溶 液是否有强腐蚀性等。声化学探头可根据您的需要安装在容器的侧面、底面或 恰当位置。5、超声波发生器 V2.0 (YPS400-2。YPG500-2Q YPG1000-20 YPG1500-20YPG2000-20 YPG3000-20型号使用)扫频 报警 运行 功率 时间功率显示频率显示杭州成功超声设备有限公司超声波发生器V2.0控制面板注意事项1 .智能超声波发生器V2.0内有高压电路非专业人士请勿开箱维护。2 .发生器报警指示灯（红灯）亮应及时关闭电源，检测换能器与发生器的连接有 无断开，换能器是否损坏。3 .请不要将发生器放在过于潮湿或易燃易爆的设备附近。操作说明1 .连接换能器与发生器V2.0航空插头并锁紧插头上螺帽，使换能器与发生器建 立正常连接。2 .保证正常AC-220V供电输入，常规AC-220V的输入我们公司采用三芯电源线， 请将电源线插头插入相应插座。3 .开启电源总开关，超声波发生器V2.0启动进入工作状态。此时功率指示灯亮， 运行指示灯亮，其他灯均不亮。按下“ +”（加号）键进行功率增大（初始化开 机为功率最大，只可以减小功率）按“一”（减号）键功率减小。定时关机功能：按下SET设置键，频率时间显示窗显示 0000且时间模式指示灯亮，再按“+”加号键显示当前定时值，通过“ +”（加号）和“一”（减号）键调整定时 时间最大定时值960分钟（16小时），调整好定时值按SET键进入定时状态定 时模式指示灯开始闪烁，频率时间窗显示当前运行时间（单位分钟） ，定时时问到停机，重新开机需断开电源开关后重新开启电源开关。4 .输出功率显示框显示输出功率，频率/时间显示框显示频率或定时时间（注： 频率单位为KHZ如20000HZ示20.00KHZ）5 .模式指示灯部分，超声波发生器 V2.0采用5个模式指示灯，为扫频模式，报 警模式，运行模式，功率调节模式，时间模式。扫频灯亮代表发生器正在扫描 换能器频率与之频率进行匹配。报警灯亮说明换能器或发生器出现故障（1. 换能器未连接好发生器或换能器坏，2.发生器发生功率过载3.发生器与换能 器匹配出错）。运行灯亮代表发生器主控电路正常工作，一般情况下开机运行 指示灯就会亮。功率调节指示灯亮说明现在发生器V2.0处在可以调节功率模式，用户可以进行调节功率。时间指示灯亮代表可以进行定时时间的调节，定时指示灯闪烁代表已经进入定时状态。6 .按键“*”星号键代表启动/停止按键，1键2键为工厂调试按键，用户无需调 整！随意按1键2键会导致超声波发生器出错停止运行。常规使用常规使用时，如出现问题，请先参考首次使用中的相关说明， 确保使用环境 基本不变，每次开机之前应检查各部件连接是否正常， 打开电源开关，确保声化 学探头正常工作，无异响无报警。长时间使用后，应即时检查各部件是否有发热 现象，换能器温度不能超过 80C,否则必须配备强力风扇冷却。同时应密切注 意通过工具头和变幅 杆上传的热量。常见问题：客户常见问题1、超声设备如何将超声波发射到我们的物料中去？答：超声设备是将电能通过压电陶瓷转变为机械能， 进而转换为声能。能量通过 换能器、变幅杆和工具头，最后进入固体或液体中，从而超声波和物料相互 作用。2、超声设备的频率是否可以调节？答：超声设备的频率一般是固定的，不可随意调节，超声设备的频率是由其材料、 长度等共同决定。在产品出厂时，超声设备频率已经确定，虽然随着温度、 气压和湿度等环境条件略有变化，但变化不大于出厂频率的3%。3、超声波发生器是否可以在其他超声设备中使用？答：不可以，本超声波发生器与超声波设备是一一对应的，由于不同超声设备的振动频率和动态电容存在差别，因此超声波发生器是根据超声设备定制而 成，切不可随意更换超声波发生器。4、声化学设备的使用寿命一般多长？答：如正常使用，且使用功率在额定功率以下，一股超声波设备可使用4-5年而本套系统使用钛合金换能器，工作稳定性更强，使用寿命较普通换能器更 长。右图所示的法兰就用于连接。如需5、声化学设备的结构图是什么样？答：右图所示为工业级声化学结构图，实验室级声化学系统结构与之 类似，变幅杆与工具头有所差 别。6、超声设备和反应容器如何连接， 密封性如何处理？答：超声设备与反应容器通过法兰进行连接,密封则需在连接处装配密封设备，如垫片等。在这里，法兰盘既是超声波 系统的固定装置，也是化学反应设备的一个普通的盖子。鉴于超声波系统 没有运动部件，所以不存在动平衡问题。7、换能器的隔热和热稳定性如何保证?答：超声波换能器最高允许的工作温度为80c左右，所以我们的超声波换能器必须进行冷却。同时还需要根据客户的设备最高工作温度， 进行适当的隔离。 也就是说，客户设备的工作温度越高，连接换能器和发射头之间的变幅杆长 度也需要越长。8、当反应容器很大时，在离超声设备较远的地方，是否还有效果？答：超声设备在溶液中辐射超声波时， 容器壁会反射超声波，最终使容器内部的 声能量均匀分布，专业术语称之为混响。同时，由于声化学系统具有搅拌混 合的功能，因此较远的溶液处依然可以获得较强的声能， 但反应速度会受到 印象。为了提高效率，当容器较大时，我们推荐使用多台声化学系统同时作 用。9、声化学系统对环境条件有何要求？答：使用环境：室内使用；湿度： 85%RH周边环境温度：040c电源尺寸：385m佛142m佛585mm（包括机箱外零件）使用空间：周围物体与设备距离不得小于150mm与散热口不得小于200mm 溶液温度： 300 c溶器压力： 10Mpa10、如何知道液体中的超声波强度？答:一般而言，我们把每单位面积或每单位体积超声波的功率叫做超声波的强度， 这个参数才是超声波起作用的关键参数。在整个超声波作用容器中，各个地 方的超声波强度是不同的。杭州成功超声出厂的超声波声强测量仪， 就是专 用于液体中各个位置超声波强度的测量。详细请见网站的相关页面。11、大功率声化学系统具体如何用?答：该超声波系统有两种用法右图所示。一E这种反应反应釜方式主要是用于流动液体的声化学反 应，反应釜设有进水孔和出水孔。超声波发射头 插入该液体中，其中容器与声化学探头之间用法 兰固定，本公司已为您配置了相应的法兰，此法 兰一方面用于固定，另一方面可适应高压密封容 器的需要。容器溶液体积请参考实验室级声化学 系统参数表（第11页），超声波探头浸没入溶液 50mm-400mm。大容积定量容器方式，是用于对一定量溶液 进行声化学反应，反应液不流动。超声波通过工具头作用于反应液体, 方式作用效果均匀，速度快，容易控制反应时间以及产量大小。12、实验室级声化学系统如何使用？答：本公司推荐使用的方式如右图所示。支架台 底座上摆放容器，支架杆用于固定超声波探 头，支架杆必须只与超声波探头的固定法兰 连接，固定法兰本公司已为您安装完成。 此 图为声化学系统在开放式容器中（无密封， 常压）的使用。如产品需在密封有压力容器 中使用，本公司为您提供的法兰将为密封抗 压法兰，您需提供密封抗压容器。容器溶液体积请参考实验室级声化学系统参 数表（第6页），超声波探头浸没入溶液20mm-60mm13、超声波作用的距离有多远？答：众所周知，超声波最早是从探测潜艇、探测鱼雷、水下通讯、水底测量等军事用途开始发展起来的，这门学科叫水声学。很显然，之所以将超声波用于水中，正是因为超声波在水中的传播特性非常好， 可以传播得很远很远，甚至可以超过1000公里。所以，在声化学的应用中无论你的反应釜体积多大， 什么形状，超声波都能充满其中。在这里有一个很形象的比喻：就好比在一 个房间里安装了一盏灯，无论房间多大，这盏灯总是能将房间着凉。只不过, 离灯越远，光线越暗。超声波也一样。同样的，离超声波发射头越近，超声 波强度（单位体积或单位面积的超声波功率） 越强。反应釜反应液分摊到的 平均功率就越低。附录：声化学主要应用超声在生物化学中的最早应用应当是用超声来粉碎细胞壁， 以释放出其内容 物。随后的研究表明，低强度超声可以促进生化反应过程，如用超声照射液体营 养基可增加藻类细胞的生长速度，从而使这些细胞产生蛋白质的量增加 3倍。超声波声场的能量密度与空化泡崩溃时的能量密度相比，能量密度被扩大了 万亿倍，引起能量的巨大集中；空化泡产生的极端高温和高压导致的声化学现象和 声致发光,是声化学中特有的能量和物质交换形式。所以，超声波对化学萃取、 生物柴油生产、有机合成、治理微生物、降解有毒有机污染物、化学反应速度和产率、催化剂的催化效率、生物降解处理，超声波防垢除垢、生物细胞粉碎、分 散和凝聚、和声化学反应具有越来越大的作用。1.超声强化化学反应。超声强化化学反应。主要动力来自超声空化作用。空化泡核的崩溃产生局部 高温、高压和强烈的冲击波及微射流，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。2,超声催化反应。超声催化反应作为一个新兴的研究领域已引起业内工作者越来越浓厚的兴 趣。超声波对催化反应的作用主要是：(1)高温高压有利于反应物裂解成自由基和二价碳，形成更为活泼的反应物种； (2)冲击波和微射流对固体表面(如催化剂)有解吸和清洗作用，可清除表面反应产 物或中间物及催化剂表面钝化层；(3)冲击波可能破坏反应物结构(4)分散反应物系；(5)超声空蚀金属表面，冲击波导致金属品格的变形和内部应变区的形成，提高 金属的化学反应活性；6)促使溶剂深入到固体内部，产生所谓的夹杂反应；(7)改善催化剂分散性，在催化剂的制备中，常用到超声波，超声波的辐照可以 增加催化剂的表面积使活性组分分散更均匀，催化活性增强。3、超声聚合物化学超声波正聚合物化学方面的应用引起了人们的广泛关注。超声处理可以降解大分子，尤其是处理高分子量聚合物的降解效果更显著。纤维素、明胶、橡胶和 蛋白质等经超声处理后都可得到很好的降解效果。目前对超声降解机理一般认为超声降解的原因是由于受到力的作用以及空化泡爆裂时的高压影响，另外部分降解可能是来自热的作用。一定条件下功率超声也可引发聚合，强超声辐照可引发聚乙烯醇与丙烯月青共聚制备嵌段共聚物、聚醋酸乙烯与聚环氧乙烷共聚形成接 枝共聚物等。4、超声场强化新型化学反应技术新型化学反应技术和超声场强化相结合是超声化学领域中又一极具潜力的发展方向。如以超临界流体为介质，用超声场进行强化的催化反应。如以超临界 流体具有类似于液体的密度和类似于气体的粘度和扩散系数，这使得其溶解相当于液体，传质能力相当于气体。利用超临界流体良好的溶解性能和扩散性能， 可 以很好地改善非均相催化剂的失活问题， 但如能加以超声场进行强化，则无疑是 锦上添花。超声空化产生的冲击波和微射流不但可以极大地增强超临界流体溶解 某些导致催化剂失活的物质，起到解吸和清洗的作用，使催化剂长时间保持活性， 而且还有搅拌的作用，能分散反应物系，令超临界流体化学反应传质速率更上一 层楼。另外，超声空化形成的局部点高温高压将有利于反应物裂解成自由基，大大加快反应速率。目前对超临界流体化学反应研究较多，但利用超声场强化此类 反应的研究极少。5.大功率超声波应用于生物柴油生产生物柴油制备的关键是脂肪酸甘油酯与甲醇等低碳醇的催化酯交换反应，而超声波具有明显的强化酯交换反应的作用，特别是对非均相的反应体系可明显增强其 混合（乳化）效果和促进分子间接触反应，使原本需高温（高压）条件下进行的 反应，在室温（或接近室温）条件下就可完成，并且缩短反应时间。超声波不仅 用于酯交换反应过程，而且用于反应混合物的分离过程。美国密西西比州立大学的研究人员在生物柴油生产中采用超声波加工， 5分钟内使生物柴油产率超过 99%,而采用常规的批量反应器系统需 1个小时以上。