光催化反應(yīng)器舉例簡(jiǎn)介

本文格式為Word版，下載可任意編輯——光催化反應(yīng)器舉例簡(jiǎn)介天津大學(xué)化工學(xué)院09化工一班王一斌3009207018

光催化反應(yīng)器舉例簡(jiǎn)介

反應(yīng)器設(shè)計(jì)結(jié)業(yè)論文

天津大學(xué)化工學(xué)院09化工一班王一斌3009207018

天津大學(xué)化工學(xué)院09化工一班王一斌3009207018

前言

隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生了大量污染物并隨之釋放到環(huán)境中去，其中存在大量有毒有害物質(zhì)，嚴(yán)重影響了人類的正常生活與生產(chǎn)。多年來(lái)，研究人員采用了包括生物處理，化學(xué)處理，熱處理，催化氧化，相轉(zhuǎn)移和光解等方法應(yīng)用于廢水處理中。但目前這些方法，都存在著局限，而且處理費(fèi)用太高。而光催化作為一種新型的污染處理技術(shù)自上個(gè)世紀(jì)70年代出現(xiàn)以來(lái)，以其能完全降解環(huán)境中的污染物，加上費(fèi)用相對(duì)較少，日益受到研究人員的重視。

在光化學(xué)處理有機(jī)廢水的催化劑中，二氧化鈦由于其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、難溶、無(wú)毒、成本低、催化效率高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛運(yùn)用。同時(shí)，光催化反應(yīng)器作為反應(yīng)的主體設(shè)備，其決定了催化劑活性的發(fā)揮和對(duì)光的利用等問(wèn)題，而這兩個(gè)因素直接決定了光催化反應(yīng)的效率。一個(gè)成功的反應(yīng)器必然表達(dá)了催化劑活性和光源利用的最優(yōu)化組合。所以，光化學(xué)反應(yīng)器的研制和開(kāi)發(fā)作為光催化處理廢水工藝中的重中之重，已成為研究的熱點(diǎn)之一，本文對(duì)該方面研究給予了舉例簡(jiǎn)介。

天津大學(xué)化工學(xué)院09化工一班王一斌3009207018

(A)與反應(yīng)容積(V)的A/V比達(dá)到94m-1，有效地提高了反應(yīng)液與催化劑的接觸面積，而負(fù)載催化劑的光纖體積只有反應(yīng)液體積的1.2%。光源的光則采用光纖方式導(dǎo)入，使光催化反應(yīng)器具有優(yōu)良的傳光和傳質(zhì)性能。光催化降解4-氯苯酚，光照15h后，降解率達(dá)到95%。該反應(yīng)器還可利用效率高的點(diǎn)聚焦方式直接利用太陽(yáng)能進(jìn)行光催化降解。

2.5光催化與磁性分開(kāi)反應(yīng)器

磁性負(fù)載易分開(kāi)納米TiO2的光催化反應(yīng)器，采取間歇式處理方式，在處理水過(guò)程中，線圈沒(méi)有通電，在曝氣的作用下，催化劑能較均勻地分散在溶液中與有機(jī)物充分接觸。處理完后通電，線圈周邊會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，磁性基體負(fù)載催化劑沉積在容器底部，通過(guò)出水口排放處理完的溶液。結(jié)果說(shuō)明，該光催化反應(yīng)器對(duì)甲基橙有機(jī)廢水的處理效果良好。

三，舉例計(jì)算

現(xiàn)以流化床式反應(yīng)器為例進(jìn)行計(jì)算說(shuō)明，如圖

圖1循環(huán)式漿態(tài)光催化反應(yīng)器

1.氣體流量閥；2.氣體分布器；3.三通閥；

4.循環(huán)式漿態(tài)光催化反應(yīng)器；5.懸浮液；6.石英玻璃管；

7.UV燈；8.過(guò)濾器；9.UV燈末端；10.樣品閥

3.1起始流化速度

當(dāng)流體流過(guò)顆粒床層的阻力等于床層顆粒重量時(shí)，床層中的顆粒開(kāi)始滾動(dòng)起來(lái)，此時(shí)流體的流速稱為起始化速度，記作Umf。起始流化速度Umf僅與流體和顆粒的物性有關(guān)。

2Umf?dp(?p??)g/1650?

式中dp為顆粒的平均粒徑；?p，?分別為顆粒和流體的密度；?為流體的粘度。

天津大學(xué)化工學(xué)院09化工一班王一斌3009207018

3.2顆粒的帶出速度

如床內(nèi)流體的速度等于顆粒在流體中的自由沉降速度（即顆粒的重力等于流體對(duì)顆粒的曳力）時(shí)，顆粒開(kāi)始從床內(nèi)帶出，此時(shí)流體的速度稱為顆粒的帶出速度，記作Ut，對(duì)于Ut相應(yīng)的計(jì)式為

Ut?4(?p??)2g2/225????1/3dp

3.3操作速度和流化數(shù)。

操作速度U0即表示流化床在正常操作時(shí)流體的速度，一般Umf?U0?Ut而流化數(shù)?表示操作速度和起始流化速度之比，即??U0/Umf對(duì)于一般的流化床，

??1.5?10，但對(duì)于有些流化床?可達(dá)幾十甚至幾百。流化床操作速度U0（或

流化數(shù)?）。的大小選擇原則是過(guò)程為效應(yīng)不大，反應(yīng)速度慢，催化劑粒度細(xì)，篩分寬，床內(nèi)無(wú)內(nèi)部構(gòu)件和要求催化劑帶出量少的狀況，宜選用較低的氣速，反之，則宜用較高氣速。

3.4床層的膨長(zhǎng)比R

床層的膨脹比R為床層正常流化時(shí)床層高度Hf與床層處于起始流化狀態(tài)時(shí)的床層高度Hmf之比，即

R?0.517/1?0.67(0.01U0)0.114??

3.4床層殼體的設(shè)計(jì)3.4.1床徑DT的確定

當(dāng)生產(chǎn)能力（單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)氣體積流量V），給定后，根據(jù)過(guò)程特點(diǎn)選定流化數(shù)?（或U0）。則床層的殼體直徑DT由下式給出

?4VDT????U0?????1/2

計(jì)算所得的DT，再根據(jù)設(shè)備的公稱直徑標(biāo)準(zhǔn)加以園整。3.4.2床層流化高度Hf的確定

正常流化的床層高度Hf由Hf?RHmf得，或由經(jīng)驗(yàn)由粗、細(xì)顆粒的R值范圍取值。關(guān)于Hf，如無(wú)，則可用靜床高H0替代。

3.4.3擴(kuò)大段(自由沉降)直徑D的確定

如顆?；厥招枰诖矊由喜考訑U(kuò)大段作為自由沉降(或稱自由空間)段，則其直徑D由最大顆粒的帶出速度Ut確定，得

天津大學(xué)化工學(xué)院09化工一班王一斌3009207018

D?(4V/?Ut)1/2

3.4.4分開(kāi)高度T，D，H的確定

計(jì)算流化床自由空間的分開(kāi)高度的計(jì)算式雖較多,但相互誤差較大,一般可用下圖求得。該圖雖由流化床催化裂化（FCC）顆粒測(cè)得,但對(duì)其他體系也可借用。

天津大學(xué)化工學(xué)院09化工一班王一斌3009207018

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)這次對(duì)光化學(xué)反應(yīng)器的研究，我對(duì)化工尖端科學(xué)有了自己的認(rèn)識(shí)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)了自己身上的不足之處，如：基礎(chǔ)知識(shí)不夠穩(wěn)固，對(duì)化工設(shè)計(jì)的整體把握不足，計(jì)算能力不夠強(qiáng)等。整體收獲頗大，如：光化學(xué)反應(yīng)器的優(yōu)勢(shì)是無(wú)毒，低能耗，設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低等。此次設(shè)計(jì)將對(duì)我以后的化工研究之路產(chǎn)生巨大意義。

針對(duì)反應(yīng)器設(shè)計(jì)這門(mén)課程，我十分感謝王富民老師，您講課詼諧幽默，富有啟發(fā)意義，在聽(tīng)您講課的過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)了自己的