[發(fā)明專利]一種聲駐波粘性流體脫氣裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710241032.4
• 申請(qǐng)日: 2017-04-13
• 公開（公告）號(hào): CN106880961A
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅小明;曹聚杭;閆海鵬;何利民;呂宇玲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)（華東）
• 主分類號(hào): B01D19/00
• 分類號(hào): B01D19/00
• 代理公司: 青島海昊知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所有限公司37201
• 代理人: 張中南,邱岳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種脫氣裝置及方法，特別涉及一種聲駐波粘性流體脫氣裝置及方法，用于脫除粘性流體中的微小氣泡，屬于聲學(xué)應(yīng)用與脫氣技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

粘性流體中微小氣泡的存在嚴(yán)重影響眾多化工過程，如水溶液和有機(jī)溶液中的微氣泡影響化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行；同時(shí)，粘性流體中微氣泡的存在也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)檢測(cè)裝置的準(zhǔn)確性，如液相色譜分析中微氣泡的存在將會(huì)使色譜圖上出現(xiàn)噪聲峰，所以脫除流體中的微氣泡具有十分重要的意義?，F(xiàn)有流體脫氣技術(shù)有靜置分離、減壓分離、離心分離、膜分離等，但以上幾種技術(shù)都不能有效去除流體中的微氣泡，其中靜置分離耗時(shí)長，效率低；離心分離裝置中存在轉(zhuǎn)動(dòng)部件，增加了產(chǎn)生新氣泡的機(jī)率；減壓分離對(duì)分離設(shè)備的密封要求苛刻，膜分離中的分離膜價(jià)格昂貴。

目前還存在聲波脫氣技術(shù)，聲波脫氣利用了聲波的穩(wěn)態(tài)空化效應(yīng)。附圖1為粘性流體中某一點(diǎn)的壓力變化曲線圖，聲波進(jìn)入流體中后，會(huì)產(chǎn)生交替壓力，高于空化閾的聲波在流體中傳播時(shí)能夠產(chǎn)生空化氣泡并且能顯著提高氣體從流體中到氣泡的傳質(zhì)速率?？栈瘹馀萦闪黧w中微小的氣核產(chǎn)生，在聲波的稀疏相內(nèi)由于負(fù)壓力的作用會(huì)產(chǎn)生空泡。如果負(fù)壓力在空泡形成后繼續(xù)存在，此時(shí)空化泡就會(huì)擴(kuò)張到初始尺寸的許多倍。在這種情況下，空化泡不斷地增長、振動(dòng)。當(dāng)空化氣泡增加到一定大小時(shí)在浮力作用下上浮至液面，氣體會(huì)從氣泡中逸出，達(dá)到脫氣目的。

美國專利US8574336B2公開一種利用超聲波脫除熔融金屬中微氣泡的裝置；中國專利201610215266.7(授權(quán)專利公告號(hào)CN105699150A)公開了用于便攜變壓器油光聲光譜檢測(cè)裝置的真空超聲脫氣裝置，兩者都充分利用了聲波的穩(wěn)態(tài)空化效應(yīng)對(duì)流體進(jìn)行脫氣處理。但目前的聲波脫氣技術(shù)僅考慮了聲波的穩(wěn)態(tài)空化效應(yīng)，使得脫氣效率不高，因此需要設(shè)計(jì)一種更加高效穩(wěn)定的粘性流體脫氣裝置及方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種聲駐波粘性流體脫氣裝置，用于脫除粘性流體中的微小氣泡，為液相脫氣技術(shù)提供一種高效穩(wěn)定的新裝置。

本發(fā)明另一目的是提供一種上述聲駐波粘性流體脫氣裝置的脫氣方法，該方法綜合考慮聲波的穩(wěn)態(tài)空化效應(yīng)和聲駐波的條帶效應(yīng)，為液相脫氣技術(shù)提供一種高效穩(wěn)定的方法。

一種聲駐波粘性流體脫氣裝置，其特征在于，包括信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、聲波換能器、鋼板以及透明駐波槽；

所述信號(hào)發(fā)生器的輸出端與所述功率放大器的輸入端相連，所述信號(hào)發(fā)生器為所述功率放大器提供激勵(lì)信號(hào)源；所述功率放大器的正負(fù)極輸出端與所述聲波換能器的正負(fù)極相連，所述功率放大器為所述聲波換能器提供激勵(lì)電壓；

所述聲波換能器位于所述鋼板底部且聲波換能器通過粘結(jié)劑與鋼板粘結(jié)在一起，所述鋼板位于所述透明駐波槽底部且鋼板通過粘結(jié)劑與透明駐波槽粘結(jié)在一起，所述聲波換能器產(chǎn)生的聲波在所述透明駐波槽內(nèi)流體中傳播，聲波在傳播過程中遇到流體與空氣的反射面后反射，輻射波與反射波在流體中發(fā)生干涉，產(chǎn)生聲駐波。

所述鋼板的厚度D_s應(yīng)該遠(yuǎn)小于聲波在鋼板中的波長λ_s，即2πD_s/λ_s<<1，以此提高所述聲波換能器產(chǎn)生的聲波進(jìn)入所述透明駐波槽內(nèi)流體的效率。

所述鋼板與流體空氣反射面的距離(流體在所述透明駐波槽內(nèi)的高度)應(yīng)為聲波在流體中半波長的整數(shù)倍，滿足此條件輻射波與反射波才可以在流體中形成聲駐波。

一種利用上述聲駐波粘性流體脫氣裝置進(jìn)行的脫氣方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)將粘性流體加入透明駐波槽體中，使流體液面距離聲輻射面的高度為聲波在流體中半波長的整數(shù)倍；

(2)設(shè)置所述信號(hào)發(fā)生器的超聲波信號(hào)為正弦信號(hào)，所述功率放大器將所述信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦小信號(hào)無失真的放大，經(jīng)所述功率放大器放大的信號(hào)施加在所述聲波換能器上，所述聲波換能器在正弦信號(hào)的激勵(lì)下將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲波輻射出去，由于流體高度設(shè)置為半波長的整數(shù)倍，所述聲波換能器輻射出的聲波在流體與空氣的接觸面處發(fā)生反射，輻射波與反射波疊加形成駐波；

(3)流體中的微氣泡在聲波穩(wěn)態(tài)空化效應(yīng)下不斷變大，并在聲駐波條帶效應(yīng)下向壓力波腹附近聚集并形成氣泡條帶，微氣泡在條帶處進(jìn)一步發(fā)生氣泡聚并，氣泡粒徑不斷增大直至上浮到流體液面處發(fā)生崩潰，達(dá)到脫氣目的。

本發(fā)明的聲駐波粘性流體脫氣裝置及方法因充分利用了以下規(guī)律而具有很高的可靠性：