一種光化學反應過程強化方法
2023-10-17 22:49:09
專利名稱：：一種光化學反應過程強化方法
技術領域：
：本發明涉及一種光化學反應過程的強化方法，具體涉及一種光化學平推流反應器、混合器組合的工藝。
背景技術：
：光化學反應過程具有良好的選擇性，且可在常溫常壓下進行，所以人們逐漸開始探索將光化學反應過程用於生產實際。如烴的亞硝醯化反應、光滷化反應及光化學法合成維生素等。從70年代開始，光催化反應過程的研究報導日益增多。其中光催化水分解制氫作為利用太陽能的一個手段曾引起許多研究者的重視。近年來利用光催化反應過程解決環境汙染問題又成為光催化領域的研究熱點，如利用光催化氧化處理廢水中有機汙染物，光催化還原回收金屬離子等。光化學反應器作為光化學生產中的關鍵設備，其性能優劣對於光化學反應過程的應用有十分重要的作用。然而，就目前而言，光化學反應器無論是從生產強度還是運行成本上都無法與傳統化工生產反應器相比，因此，必須要對光化學反應過程進行強化，設計出高效率的光化學反應器及最佳的工藝流程。光化學反應過程與傳統的化工生產過程很大的一個不同在於前者有光子的參與，由比爾一朗博定律可知，光在介質中的傳播會以指數形式衰減。而光強在光化學反應中嚴重影響著反應速率的大小，因此，在沿光輻射的方向上反應速率是急劇減小的。由傳統化工的知識可知，平推流反應器由於返混很小，可以使反應在最大的速率下進行，反應效率最高。然而，當將平推流反應器應用到光化學反應過程中時，若不考慮光輻射在反應介質中分布的特性，會導致反應效率低下。其重要原因就是反應流體在光輻射方向上的混和不夠，使反應物在沿光輻射方向上存在濃度梯度，反應體系受傳質限制的影響很大。
發明內容本發明的目的是提供一種光化學反應過程的強化方法。其特點是通過光化學平推流反應器、混合器組合的工藝來進行光化學反應過程的強化，該方法對均相和非均相光化學過程都具有良好的強化效果，尤其可以解決光化學反應過程工業放大中傳質限制的發生。本發明的目的可以通過以下過程來達到一種光化學反應過程的強化方法，特徵在於採用光化學平推流反應器、混合器交替組合的工藝來進行光化學反應過程的強化，反應流體經過光化學平推流反應器後再進入混合器中進行充分混合，使反應流體達到濃度均一，流出混合器的反應流體又依次經過下一個光化學平推流反應器和混合器，並如此循環下去，最終產物從混合器出口流出。上述反應流體在單只光化學平推流反應器中的空時為5300s，在單只混合器中的空時為0.卜60s。一隻光化學平推流反應器和一隻混合器組成一個單元，一個以上的單元可採用全部並聯、全部串聯或並聯和串聯混合的連接方式。每個單元中光化學平推流反應器與混合器之間採用串聯連接，光化學平推流反應器的出口與混合器進口相連，混合器的出口再與下一個單元的光化學平推流反應器的進口相連。上述光化學平推流反應器設置有光源，光輻射方向垂直於反應器的軸向方向。上述光化學平推流反應器的長徑比大於20。上述混合器可採用靜態混合器或動態混合器。本發明具體方法可如圖l工藝所示，帶有光源的光化學平推流反應器1和無光源的混合器2進行交替組合，用光化學平推流反應器獲得高的反應速率，用混合器消除濃度梯度，降低傳質的限制。當濃度均一的反應流體經過光化學平推流反應器1時，由於返混很小，軸向上可以得到最大的反應速率，同時，由於光輻射方向上反應物濃度產生了濃度梯度，傳質限制降低了反應速率。此時，流出光化學平推流反應器l的反應流體進入混合器2中進行充分混合，使反應流體達到濃度均一。接下來，流出混合器2的濃度均一的反應流體又依次經過光化學平推流反應器1來獲得高的反應速率，流經混合器2使反應流體濃度均一。並如此循環下去，最終產物從混合器出口流出。此過程中，混合器2的體積是不計入所需的反應體積的。通過這樣的組合，光化學反應過程在連續操作的條件下得到了有效的強化。本發明的優點本發明的優點是將連續操作的光化學反應過程得到有效的強化，工藝簡單，降低了運行成本，適合於工業放大的要求，具有很好的適應性和通用性。圖1是光化學平推流反應器與混合器的組合工藝示意圖。圖2是光化學平推流反應工藝示意圖。具體實施例方式下面結合附圖和具體實例對本發明做進一步說明本發明涉及一種光化學反應過程的強化方法，通過本發明光化學平推流反應器、混合器組合的工藝來進行光化學反應過程的強化。實施例1~4以非均相光催化降解反應作為光化學反應過程。用初始濃度為1.00ppm的苯酚水溶液和濃度0.5g/L的TiO2催化劑組成的懸漿體系作為反應流體，低壓汞燈作為紫外光源，光化學平推流反應器長徑比為30,混合器採用靜態混合器，以一個光化學平推流反應器和一個混合器串聯組合為一個單元，以苯酚的降解率表示光化學反應過程的效率。具體實驗方法採用光化學平推流反應器與混合器的組合工藝，初始濃度為l.OOppm的苯酚水溶液和濃度0.5g/L的Ti02催化劑組成的懸漿體系由光化學平推流反應器的進口進入，經過光化學反應後，從出口流出，再從混合器的入口進入，進行充分混合後，從出口流出，再進入下一隻光化學平推流反應器，反應流體從最終的混合器流出。在最終的混合器出口取樣進行分析。實驗結果如表1所示表1tableseeoriginaldocumentpage55比較例在保證一定的光化學反應器體積的前提下，採用光化學平推流反應器與混合器的組合工藝與圖2中的光化學平推流工藝進行對比。比較例1中，以非均相光催化降解反應作為光化學反應過程。用初始濃度為l.OOppm的苯酚水溶液和濃度0.5g/L的Ti02催化劑組成的懸漿體系作為反應流體,低壓汞燈作為紫外光源，光化學平推流反應器長徑比為25，混合器採用動態混合器，以一個光化學平推流反應器和一個混合器串聯組合為一個單元，以苯酚的降解率表示光化學反應過程進行的程度。具體方法:初始濃度為1.00ppm的苯酚水溶液和濃度0.5g/L的Ti02催化劑組成的懸漿體系經過由光化學平推流反應器的進口進入，經過光化學反應後從出口流出，再從混合器的入口進入，進行充分混合後，從出口流出，再進入下一隻光化學平推流反應器，反應流體從最終的混合器流出。在最終的混合器出口取樣進行分析。實驗結果如表2所示比較例2中，以非均相光催化降解反應作為光化學反應過程。用初始濃度為1.00ppm的苯酚水溶液和濃度0.5g/L的Ti02催化劑組成的懸漿體系作為反應流體,低壓汞燈作為紫外光源，光化學平推流反應器長徑比為25。具體方法初始濃度為1.00ppm的苯酚水溶液和濃度0.5g/L的Ti02催化劑組成的懸漿體系依次流經圖2所示各個光化學平推流反應器，在最終的光化學平推流反應器出口取樣進行分析。實驗結果如表2所示表2tableseeoriginaldocumentpage6權利要求1、一種光化學反應過程的強化方法，其特徵在於採用光化學平推流反應器、混合器交替組合的工藝來進行光化學反應過程的強化，反應流體經過光化學平推流反應器後再進入混合器中進行充分混合，使反應流體達到濃度均一，流出混合器的反應流體又依次經過下一個光化學平推流反應器和混合器，並如此循環下去，最終產物從混合器出口流出。2、根據權利要求1所述的光化學反應過程的強化方法，其特徵在於反應流體在單只光化學平推流反應器中的空時為5300s，在單只混合器中的空時為0.160s。3、根據權利要求1所述的光化學反應過程的強化方法，特徵在於一隻光化學平推流反應器和一隻混合器組成一個單元，一個以上的單元採用全部並聯、全部串聯或並聯和串聯混合的連接方式。4、根據權利要求3所述的光化學反應過程的強化方法，其特徵在於每個單元中光化學平推流反應器與混合器之間採用串聯連接，光化學平推流反應器的出口與混合器進口相連，混合器的出口再與下一個單元的光化學平推流反應器的進口相連。5、根據權利要求1所述的光化學反應過程的強化方法，其特徵在於所述的光化學平推流反應器設置有光源，光輻射方向垂直於反應器的軸向方向。6、根據權利要求1所述的光化學反應過程的強化方法，其特徵在於所述的光化學平推流反應器的長徑比大於20。7、根據權利要求1所述的光化學反應過程的強化方法，其特徵在於所述的混合器採用靜態混合器或動態混合器。全文摘要本發明公開了一種光化學反應過程強化方法，特徵是採用光化學平推流反應器、混合器交替組合的工藝來進行光化學反應過程的強化，反應流體經過光化學平推流反應器後再進入混合器中進行充分混合，使反應流體達到濃度均一，流出混合器的反應流體又依次經過下一個光化學平推流反應器和混合器，並如此循環下去，最終產物從混合器出口流出。本發明使光化學反應過程可以在連續進行的同時得到強化，其特點是在採用連續操作的過程中，既可以保證反應以平推流進行，又可以針對光化學反應的特殊性消除過程中產生的濃度梯度，從而使光化學反應過程可以在連續進行的同時得到強化，提高反應效率，本方法適合於工業放大。文檔編號B01J8/00GK101337173SQ20081002094公開日2009年1月7日申請日期2008年8月8日優先權日2008年8月8日發明者新馮,東李,楊祝紅,陸小華申請人:南京工業大學