超聲波技術(shù)在化工中的應(yīng)用

程懷琴，張 偉

中國(guó)平煤神馬集團(tuán)尼龍化工有限公司，河南平頂山 467099

就目前世界各國(guó)對(duì)于超聲波技術(shù)的應(yīng)用狀況而言，其應(yīng)用的領(lǐng)域以及應(yīng)用程度都在不斷地?cái)U(kuò)展和深入，對(duì)世界各個(gè)行業(yè)的工作都發(fā)揮了極大的作用。而化工行業(yè)作為我國(guó)的一個(gè)基礎(chǔ)性行業(yè)，對(duì)于超聲波技術(shù)的應(yīng)用也是極為廣泛的。本文主要就是著眼于超聲波技術(shù)在化工行業(yè)中的相關(guān)應(yīng)用問(wèn)題，通過(guò)分析超聲波技術(shù)的含義并以幾個(gè)方面為例具體展示了它在化工領(lǐng)域中的應(yīng)用，希望能夠?qū)すぷ魅藛T有所幫助。

1 超聲波技術(shù)的相關(guān)理論分析

當(dāng)前時(shí)期，隨著超聲波技術(shù)在更多的領(lǐng)域中獲得了廣泛的使用，超聲波技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢(shì)更加趨于火熱，研究者們對(duì)于超聲波技術(shù)的研究已經(jīng)成為一種時(shí)代的潮流。具體來(lái)講，超聲波就是指聲波的頻率范圍處于20kHz～10MHz之間的這一個(gè)波段，超聲波技術(shù)主要就是應(yīng)用超聲的此種特性而得以發(fā)展的，在現(xiàn)實(shí)中很多行業(yè)的工作都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于超聲波的應(yīng)用。

從超聲波的分類方面來(lái)講，它主要就包括檢測(cè)超聲以及功率超聲兩個(gè)部分。就檢測(cè)超聲中對(duì)于超聲波的應(yīng)用而言，人們一般是將其作為信號(hào)來(lái)開(kāi)展使用的，比如雷達(dá)、水聲以及B超等。而功率超聲則是指大功率的超聲，人們?cè)谑褂盟M(jìn)行工作的時(shí)候，主要就是利用了它的聲能機(jī)械作用熱作用、化學(xué)作用、空化作用以及生物醫(yī)學(xué)作用等，比如超聲化學(xué)、超聲清洗、超聲焊接及超聲加工和超聲懸浮等。而化學(xué)行業(yè)對(duì)于超聲波的應(yīng)用，則主要是傾向于使用超聲波中功率超聲的空化作用。

化工領(lǐng)域?qū)τ诔暡夹g(shù)中的超聲空化作用的應(yīng)用，主要是通過(guò)以下機(jī)理來(lái)發(fā)生作用的。即：超聲空化在作用于液體時(shí)，會(huì)使其內(nèi)部的空化核產(chǎn)生諸如振動(dòng)、壓縮、膨脹以及崩潰和閉合等的變動(dòng)，而液體空化核中的氣泡進(jìn)行崩潰時(shí)，在空化核周?chē)鷷?huì)形成約5 000℃的高溫以及5×107Pa的高壓的一個(gè)區(qū)域，再加上強(qiáng)烈的沖擊波以及超過(guò)100m/s速度的微射流對(duì)此區(qū)域產(chǎn)生高梯度的剪切作用，就會(huì)將水溶液中的羥基自由基就會(huì)被分化出來(lái)。在這個(gè)變化過(guò)程中，機(jī)械效應(yīng)、光效應(yīng)、熱效應(yīng)及活化效應(yīng)這四種物理化學(xué)反應(yīng)會(huì)呈現(xiàn)出來(lái)，通過(guò)四種反應(yīng)相互作用以及相互推動(dòng)，液體的變化進(jìn)程會(huì)被加速，超聲波技術(shù)的影響也最終完成。

總之，超聲波技術(shù)以其自身所具有的傳熱以及化學(xué)反應(yīng)等諸多方面的獨(dú)特的作用，能夠通過(guò)被應(yīng)用于超聲設(shè)備的開(kāi)發(fā)而對(duì)各種行業(yè)的工作提供便利，在國(guó)家的各項(xiàng)事業(yè)尤其是化工工作中得到了極大的重視。

2 超聲波技術(shù)在化工行業(yè)中的應(yīng)用

化工行業(yè)的工作一般都涉及復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，所以超聲波技術(shù)等高端技術(shù)會(huì)經(jīng)常被用到，而超聲波技術(shù)中的空化作用對(duì)化學(xué)領(lǐng)域的影響便是這些技術(shù)中最不容忽視的一個(gè)。本文下面主要是從化學(xué)反應(yīng)、萃取、采油、清洗這四個(gè)方面來(lái)討論一下超聲空化作用及超聲波技術(shù)在化工領(lǐng)域中的應(yīng)用：

1）超聲空化應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)

化學(xué)領(lǐng)域?qū)τ诔暱栈F(xiàn)象的應(yīng)用較多的一個(gè)方面就是化學(xué)反應(yīng)，超聲空化能夠?yàn)榛瘜W(xué)領(lǐng)域中的化學(xué)反應(yīng)提供一個(gè)優(yōu)質(zhì)的反應(yīng)環(huán)境，從而推動(dòng)反應(yīng)的進(jìn)展。首先，空化作用可以推動(dòng)合成化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。超聲空化對(duì)各種對(duì)象尤其是有機(jī)金屬發(fā)揮作用，通過(guò)對(duì)作用對(duì)象進(jìn)行粉碎以及表面活化等的處理，能夠替代合成化學(xué)反應(yīng)中的相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用，使作用對(duì)象表面的催化反應(yīng)大大加速，從而促進(jìn)了乳化反應(yīng)以及均相反應(yīng)等各種合成反應(yīng)地實(shí)現(xiàn)。其次，超聲空化技術(shù)還可作用于高聚物化學(xué)的聚合及高分子降解的反應(yīng)、電化學(xué)的電流密度的提升，以及分析化學(xué)等各個(gè)方面，對(duì)化工領(lǐng)域的化學(xué)反應(yīng)發(fā)揮著極大的作用。目前，超聲波技術(shù)應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)，不僅縮短了反應(yīng)時(shí)間還有效地保持了催化劑的活性，已經(jīng)在諸多的常規(guī)合成有機(jī)的金屬化合物的工作中發(fā)揮了效用。

2）超聲空化應(yīng)用于化學(xué)萃取

除了推動(dòng)化學(xué)反應(yīng)地實(shí)現(xiàn)之外，超聲空化現(xiàn)象在化學(xué)萃取工作中的應(yīng)用也是極為廣泛的，極大地提升了萃取工作的效率及萃取精度。具體來(lái)講，超聲空化在化學(xué)萃取中的應(yīng)用主要是固-液態(tài)萃取以及液-液態(tài)萃取這兩個(gè)大的方面，它有效地改善了傳統(tǒng)萃取中的萃取速率及萃取效果。首先，超聲空化作用在油頁(yè)巖的瀝青質(zhì)提取工作中，與傳統(tǒng)方式一樣是使用苯等化學(xué)溶劑，而在超聲空化的50kHz以及400W的超聲場(chǎng)中進(jìn)行的萃取要比傳統(tǒng)萃取的速率高出二十多倍。其次，工作人員使用20kHz以及47W的超聲輻照對(duì)Ni進(jìn)行萃取時(shí)，能夠在機(jī)械攪拌的工作地配合下，使其萃取速率提高四到七倍。再者，應(yīng)用18.5kHz以及250W的超聲空化的高強(qiáng)度和大單頭的插入式超聲場(chǎng)作用于黃金浸取工作，能夠極大程度地提升氰化法的浸取速率。當(dāng)前時(shí)期，這種超聲萃取的辦法已經(jīng)得到了小幅度的運(yùn)用，在未來(lái)還需要研究人員對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步地研發(fā)。

3）超聲波技術(shù)推動(dòng)采油開(kāi)展

目前我國(guó)的化工采油工作通常會(huì)受到堵塞物的影響，從而使得原油難以順利進(jìn)入到井筒中，極大地阻礙了采油工作效率的提升。而使用超聲技術(shù)來(lái)開(kāi)采石油，則可以有效地解決這些堵塞問(wèn)題，從而提升原油的產(chǎn)量。而使用超聲波技術(shù)進(jìn)行采油的范圍，主要使用于以下幾個(gè)方面。首先就是在鉆井工作進(jìn)行時(shí)那些被泥漿過(guò)度浸泡而造成污染的油井；其次是被油層嚴(yán)重堵塞而對(duì)水和酸等物質(zhì)反應(yīng)敏感的油井；再者就是具有較好的油層物性與厚度但出油效率不高的油井，其他的還有因?yàn)槭艿禁}垢地垢堵或者是機(jī)械雜質(zhì)地污染而降低了滲透率的油井等。總之，超聲技術(shù)在采用工作中的應(yīng)用，極大地提升了采油的工作效率以及原油出油率。

4）超聲波技術(shù)應(yīng)用于清洗工作

清洗工作是化工行業(yè)中不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)，使用超聲波技術(shù)進(jìn)行清洗能夠有效地提升清洗地效率以及清洗質(zhì)量，而且還可以將許多不易清洗的盲孔以及深空和狹縫等清洗干凈。具體來(lái)講，超聲清洗工作主要應(yīng)用了低頻（約20kHz～50kHz）、高頻（約50kHz～200kHz）以及兆赫（約700kHz～1MHz）這三個(gè)波段的超聲波。低頻的超聲清洗主要用來(lái)清洗大部件或者是清洗件的表面污物，而高頻的超聲清洗則是精細(xì)地清洗微電子的元件，兆赫清洗主要清洗集成電路的芯片以及硅片和薄膜等，這三種清洗方式各司其職，對(duì)于化工領(lǐng)域的清洗工作發(fā)揮著極大的作用。

3 結(jié)論

目前，超聲技術(shù)的研究與應(yīng)用的熱點(diǎn)已經(jīng)逐步向工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用這方面轉(zhuǎn)移，尤其是在化工行業(yè)領(lǐng)域里發(fā)揮了極大的作用，因此，推動(dòng)超聲波技術(shù)在化工領(lǐng)域中的應(yīng)用，必將對(duì)我國(guó)化工行業(yè)發(fā)展產(chǎn)生巨大的推動(dòng)力量。

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