题目：超声换能器位置及反应器形状对碘化钾溶液碘释放影响的研究

　　超声波作为一种能量输人形式，可引发化学反应。探求超声波对化学反应的影响规律，并把它用于化学工程，已成为一个非常活跃而卓有成就的研究领域，这就是声化学。 　　自从1927年Loomis发现超声化学效应以来，人们一直都致力于探索声化学反应机理，目前较为统一认识的基础是声空化在大多数声化学反应中起着重要乃至主要的作用。由于声空化现象本身就是一个非常复杂的非线性动力学过程，迄今对它的认识还不够透彻，当前对它的研究仍是非线声学中的一个热门课题。声化学效应也是多方面的，既有物理的、也有化学的，如果声空化发生在生物体内的流体组分上，还可能引起生物效应。为了弄清声化学反应的作用机理，早期不少研究人员企图从放电理论来研究声化学现象，但这种理论渐渐被声空化的“热点”所代替。 　　超声波在液体中的空化作用──反应液中微泡的形成与消失，由此导致许多微妙的现象。在液体中，特别是液固界面处往往存在一些气泡。当使用一定频率的声波引人液体申时，尺寸适宜的小泡就会与声波发生共振，其振荡过程是:气泡的形成、增大、内裂，然后重新形成气泡。在空化作用中，原来大于共振尺寸的小气泡将在超声波作用下被逐出液体。原来小于共振尺寸的小泡，在超声的作用下逐渐长大，接近共振尺寸时，小泡迅速涨大，然后在声波压缩段小泡又突然被绝热压缩至湮灭。在这过程中产生局部的高温、高压和冲击波。这种局部的高温、高压，高梯度流动及放电发光等作用，加快了物料接触面积，强化了传质传热，导致在常温常压下可以发生化学反应。 　　实验已发现，在化学反应中引人超声波，可强化化学反应，降低反应的条件，可使许多反应更接近常温常压的条件下进行，可使化工生产减少原料的预处理，提高产品的质量，并有更高的反应速度和更好的选择性，达到缩短反应时间、节约原料提高经济效益的目的。 　　目前，声化学己涉及到化学、化工各个领域。声化学合成是声化学领域最活跃的一个分支。人们发现，在超声波作用下，许多通常被认为在常温、常压下不能完成的有机合成反应也能较容易地发生。一个很典型的例子是乌尔曼(Ulmann)反应，该反应在常温、常压下几乎不反应，在高温条件下转化率也很低，但若在超声波的辐照下，反应则在常温常压下完成，其转化率由通常的50左右能提高到90以上。 　　声化学还可用于高聚物的接枝，甚至也可用于植物基因的拼接。这方面的工作已有较满意的结果。 　　高强度超声可产生两种似乎是很矛盾的效应──聚合物的降解及单体的聚合。超声降解所得的降解物的分子量分布窄小，纯度高。用超声获得的聚合物分子量均匀，反应速度加快。 　　对于分析化学，在固态核磁共振技术中超声辐照已被用来使谱线变窄，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技术。 　　超声辐照用于电化学过程，可保持电极清洁、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。 光化学是一种有效的合成手段，若再配合超声辐照，则可增加反应效率。 　　超声在立体选择性合成方面也有应用，如超声辐照能使马莱酸二乙酯在溴代烷存在下发生异构反应，生成富马酸二乙酯。若没有超声，则该反应不能发生。 　　污水处理是环保的一个重要方面，超声辐照以空气饱和的污水，可使污染物发生分解，使有毒物变为无毒物。此外，超声可用来对工厂的废气脱尘。 　　另外，超声可被用来改进许多化工工艺，如加快传热、传质速度;加速物料脱水干燥;提高过滤速度;使粘稠液体雾化;加速晶体成核作用、获得细小颗粒;改善超细颗粒的液—液、液—固混合及分散效果。改善萃取、分离效果;再生催化剂;加速酒的陈化等等。 　　由此可见，声化学在化学各领域内的研究非常活跃，并在研究和应用方面部取得了许多成果。为合成化学提供新技术，为高聚物化学改性和加工增添了新的途径，对化工过程的变革产生了积极的影响，可能成为一种安全、价廉的生产方法，使传统的工业焕然一新。 　　在声化学蓬勃发展的今天，就如何提高声能的处理效果，除了进一步研究声化学机理外，反应器的形状及换能器的位置对声化学产率的影响，也是不可忽略的一个因素，国内外对此只有零星的报道。因此这方面的研究已成为当务之急。 　　本文的目的就是依据声散射理论，结合换能器的位置及反应器的形状对声场分布的影响及声波与声波的相互作用原理，对碘化钾溶液受超声辐照释放出碘的规律进行了研究，以表征化学溶液在超声波的作用下的产出率，这将为声化学从实验室规模走向工业应用提供了可靠的依据。 　　本文完成的主要工作有: 　　1、利用声波迭加原理，推导出两列波相互区域密度场及能量的分布规律，并进行了实验验证。 　　2、用声场分布理论，设计最佳的反应器，并对它的声场分布进行检验。 　　3、研究了双频超声辐射换能器位置对碘释放产率的影响。 　　4、研究了容器形状对超声辐射时碘释放产率的影响。 　　5、研究了声化学产率与反应液体积不同之间的关系。 　　从上述的研究申，我们得出的结论有: 　　1、通过推导两列波相互作用区域密度场及能量分布规律，得出换能器同向辐射效果>正交辐射效果>相向辐射效果。实验结果与理论相符很好。 　　2、通过声场分布理论，设计出最佳的反应器，并对声场进行显示，实验结果表明，换能器放在容器底角上，效果最佳。 　　3、对形状不同的反应器进行研究结果表明，容器底为长方形(长宽不成比例)辐射效果比容器底为正方形效果好;棱台比棱柱的效果好。 　　4、研究了双频超声辐射，结果显示在声束的某些夹角内双频辐射效果并不总是比单频效果好。 　　5、研究了声化学产率与反应液体积之间的关系，结果表明，在同样的实验条件下，声化学产率随反应液体积的增加而减少。 　　根据理论分析，结合实验结果，我们认为，要想提高声处理效果，提高声化学产率，必须设计出有利于产生混响场的容器，否则会导致空化效果减弱，使声化学产率降低。 　　对于双频辐射，还应适当控制两声束之间的夹角，尽量避免在相互作用区域无声散射现象出现。