1超聲波在重油熱反應中作用機理

　　超聲（shēng）波在液體媒質中傳播時，不僅具有空化作用，而（ér）且還有機械攪拌作用和熱效應。它們對油品的（de）熱反應提供了特殊物理化學環境，起（qǐ）著特殊（shū）的作用。

1．1 空化作用

　　一定頻率的超聲波（bō）通過液體時，使液體中的微小泡核被激活，表現（xiàn）出氣泡（pào）核的振蕩、生長、收縮、崩（bēng）潰等一係列（liè）動力學過程。氣泡（pào）核崩潰時，在局部、瞬（shùn）時產生高溫達10 000℃和可達幾千甚至幾萬個大氣壓壓力，並伴隨著（zhe）強烈的衝擊波和時速達400 km左右的射流。這就是空化現象。在液體中進行的超聲處理技術幾（jǐ）乎都（dōu）與空化作用有關。超聲空化產生的強大衝擊力及（jí）高速微射流能使重油（yóu）中長鏈石蠟烴分子、瀝青（qīng）質分子（zǐ）斷裂，分子（zǐ）量減小，原油（yóu）粘度降低，蠟的熔點降低_5 J。從而促進使油品的熱反應（yīng）進程。

1．2 機械攪拌作用（yòng）

　　超聲波是機械能量（liàng）的傳播形式，與波（bō）動過程有關，會產生線!變的振動作用。超聲波在液體中傳播時，其間質點位移振幅雖然很小，但超聲引（yǐn）起的質點加速度卻非常大。若20 kHz、1 W／cm2的超聲波在水中（zhōng）傳播，則其產（chǎn）生的聲壓幅值為173 kPa 這意味著聲壓幅值每秒種內要（yào）在173～173 kPa之間變化2萬次，質（zhì）點加速度可達1．44×10 m／s ，大約為（wéi）重力加速度的1 500倍[ 。這樣激烈而（ér）快（kuài）速變化的機（jī）械作用（yòng）可加速油品中較小分子與惰性大的大分子鏈之間的（de）相對運（yùn）動，從而加大了它們之間的摩擦力。這種摩擦力可以打斷C—C鍵，破碎大分子團，促進油（yóu）品的熱（rè）反應進程。超聲波所產生的強（qiáng）烈的機械攪（jiǎo）拌作用替（tì）代了傳統的機械攪拌器，避免（miǎn）了反應（yīng）器底部的結焦。

2 實驗部分

2．1 原（yuán）料及儀器

　　原料油采用（yòng）內蒙古油砂油和渤海油田坨（tuó）子裏首站原油減壓（yā）渣油(>450 oC)，分別定義為油樣1和油樣2。其中（zhōng）油樣1經過室內脫水處理。原料性質見表1。

　　實驗儀器主要有JP600G型超聲波乳（rǔ）化罐(武漢嘉鵬電子有限公司生產)，功率可達1000 W。本實驗采用Max．intensity為60％，Intensi．tv為10，Pulse為2．0 S和2．0 S。 

2．2 實驗過程

　　將80 mL油樣倒人容積為（wéi）100 mL的燒杯中，利用恒溫加熱套進行加熱，恒溫在180℃。當油樣溫（wēn）度達到試驗溫度穩定後，超聲波發生器通過變幅杆作用於油樣。聲波作用結束（shù）後，待油樣體係穩定後測定粘度、殘炭值和瀝青質含量。

3 結果與討論

3．1 超聲波作用對重油粘度的影響

　　超（chāo）聲波（bō）分別對油樣1、油樣2作用，作用結束後，待油樣體係穩定後測（cè）定粘度，並計算降粘率。實驗結果如圖（tú）1。

　　由圖1可以看出，隨著時間的增長，油品的降粘率逐漸升高。反應時間小於1 h時，降粘效（xiào）果較為顯著；隨著時間的增長，降粘率的變化並不顯（xiǎn）著，這是因為（wéi）隨著反（fǎn）應時間的（de）增長（zhǎng），體係內部生成小分子組分（fèn）增多，油品表麵（miàn）的汽化現（xiàn）象越來越嚴重（chóng），油品粘度降低的幅度會有所減小。反應時間為2 h時（shí），油樣2中飽和烴含量由23．76％增加為24．58％ ，瀝青質含量降為1．44％。這與文獻中重油的粘度隨膠質和瀝青（qīng）質的質量分數的增加而呈指數函數關係升（shēng）高，隨飽和烴和芳烴質量分數的升高呈指數關係下（xià）降（jiàng）(相關係數大（dà）於0．98)的報道是相一致的。這（zhè）說（shuō）明超聲空化產生的強大衝擊力及（jí）高速微射流使其部分大分子發生了裂化反應。由圖1還可以看出，超聲波作用對油樣1的影響更為顯著。

超聲波作用對重（chóng）油殘炭值的影響

　　油樣1、油樣2在相同操作（zuò）條（tiáo）件反應，聲波（bō）作用結束後，測定（dìng）殘炭值，實驗結果如圖2。可以看出，隨著反應時間的增長，兩種油樣的殘炭值逐漸升高。這表明超聲波作用後油品內部發生了的縮（suō）合反應。縮合反應的發生與前麵的隨著反應時間的增長降粘率變化緩慢（màn）是相一致的。反應時間小（xiǎo）於1 h時，油樣1的殘炭值變化非（fēi）常明（míng）顯，隨著時間的增長殘炭值升（shēng）高較為緩慢；油樣2的殘炭（tàn）值升高（gāo）一直（zhí）較為緩慢。這是因為油樣1中<450 oC輕組分含量為10．95％ ，油樣2中飽和（hé）分的含量較油（yóu）樣l中（zhōng）低，飽和分是不利於（yú）重油體係穩定的因素，飽和分的存在或增多總是降低重油體係的穩（wěn）定性 。當超聲波對油樣1作（zuò）用1 h後，粘度和殘炭（tàn）值（zhí）變化均比較緩慢。 

3．2 超聲波作用對重油瀝青質的影響

　　超聲波對油樣（yàng）2作用，超聲波作用（yòng）結束後，測定（dìng）瀝青質含（hán）量，實驗結果可以看出，恒（héng）溫條件（jiàn）下（xià），隨著聲（shēng）波作用時間的增長，油樣2中的（de）瀝青質含量在逐漸降低。這（zhè）與文獻中的（de）報道是相一致的L9J。當超聲波作用時間小（xiǎo）於1 h時，油樣中的瀝青質含量迅速（sù）降低，說明油樣中的部分大分子（zǐ）發生了裂化反應。當（dāng）超聲波作用時間（jiān）超過1 h後，油樣（yàng）的瀝（lì）青質含量下降較為緩慢。油品的牯度隨膠質和瀝青質的（de）質量（liàng）分數的增加而呈指數函數關係升高，是（shì）影響重油粘度的主要因素。這（zhè）與前（qián）麵粘度降低是相一致的。

4 結論

(1)在低溫條件下超聲波作用可促進重油的熱反應進：程（chéng）。

(2)隨著超聲波作用時（shí）間的增長，降粘率逐（zhú）漸升高，當反應時間為2 h時，降粘率可（kě）達24％左右；瀝青質含量由2．66％降為1．44％；殘（cán）炭值也逐漸升高。

(3)超聲波作用對不同的（de）油樣的熱反應影響程度不同。

　　產品型號：JP600G型（xíng）超聲（shēng）波提取/乳化機組

　　機型結構：超聲波發生器與提取罐分體式

　　超聲頻（pín）率：28KHz

　　超聲峰值功率：1000W （由原600W升級至1000W，價格不變）

　　提取罐內尺寸：直徑320 ×高250mm

　　提取罐容（róng）積：小於等於20L

　　攪拌電機功率：15W

　　攪拌電機轉速：10-30轉/min（可調）

　　電加熱（rè）功率：2KW

　　供電電源：220VAC 50HZ 

　　具有數顯時鍾可（kě）調功能

　　具有數（shù）顯功率可調功能

　　具有數顯掃頻可調功能

　　具有數顯溫度可調功能

　　武漢嘉（jiā）鵬電子有限（xiàn）公司專業致力於超聲波提取/萃（cuì）取、超聲波乳化、超聲波清洗、超聲波汙水處理、超聲（shēng）波（bō）酒（jiǔ）類醇化（huà）產品的研發、生產（chǎn）及銷售。公司擁有多項技術。其中（zhōng）“數字式大功率多（duō）用途超聲波電源係統”獲武漢市重大（dà）科技成果獎。數字掃頻實現了用（yòng）戶迫切需要的變頻要求的同時還彌補了早期雙頻或多頻技術帶來的超聲轉換效率很低的弊端。此項技術經由全國各大院（yuàn）校的用戶使用（yòng）後反應很好。應用於植物提取、乳化、汙水處理等領域，院校包括：清華大學、北京大學、浙江大學、華中科技大學、武漢大學、華中師大、中國地質大學、武（wǔ）漢科技大學、上海交大、浙江工業大學、蘭州大學（xué）、河南農業大學、武漢化工學院、吉林大學、四川大學、華南理工大學、華東理工大學、江漢大學、長江大學、中科院武漢植物所、昆明植物所、中（zhōng）科院過程所、中科院武漢物理（lǐ）所、武漢市藥檢所等。公司產品行銷全國除港、澳、台外的所有省份及直轄市。售後方麵（miàn）：公（gōng）司產品（pǐn）使用自（zì）主技術故性能穩（wěn）定、質（zhì）量很佳。公司承諾5年內（nèi）免費質保。用戶采用超聲波需注意的事項：超聲波提取方麵：一、被（bèi）提取物需粉碎（suì）到20目或（huò）更細。粉（fěn）碎越細得率越高。二、選用合適的（de）提取溶劑。三、根據產品的特性和產量（liàng）合（hé）理的安排（pái）提取工藝。

　　超聲波乳化方麵：一、乳化液的配方（fāng）包括乳化（huà）劑的用量。二、乳化時間的選定，並不是時間長就越好，乳化過程是分散和聚合不停的循環的過程。按（àn）現有試驗結果顯示10－15分鍾的乳（rǔ）化粒徑可達100納米。

　　重要（yào）的是數字掃頻的選擇，此項共有（yǒu）16檔選擇，數值越低則（zé）氣泡越粗、力量越大；數值越高則氣泡越（yuè）細、力量越小。不同的（de）提取（qǔ）或乳化物質改變數字掃頻會帶來不同的效果及效率。

　　超聲波提取天然產物包括超聲波提取多肽、氨基酸、核酸、各種酶類、單糖、寡糖、多糖、糖蛋白、樹脂、膠體物、木質素、維生素、脂肪、油脂、蠟、生物堿、揮發（fā）油、黃酮、糖苷類、苯丙素類、有機酸、酚類、醌類、甾體化（huà）合物（wù）、抗生素類等。