探析光催化填充床反应器数学模拟

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1、太原理工大学硕士学位论文光催化填充床反应器数学模拟姓名：王晋文申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：孙彦平2001.4.1V37319二摘要／随过紫外光照射Ti02进行光催化反应已成为一项非常有效的去除空气和水中有机污染物的技术。多年来人们应各种特定的需要开发了多种型式的光反应器，其中管式反应器在实验领域内应用甚为广泛而且极有可能是在商业应用方面最好的反应器型式。将反应器形状影响和光辐射场相结合的管式反应器设计长期以来一直倍受关注，然而其在I、ll,尺度上的应用却由于简单数学模型和最优化研究的不足而受到了相当程度的制约。防论文以中心线型光源(20w，UV，X=254nm)

2、气一液一固三相管式反应器为例，以不锈钢丝网负载Ti02粉末(粒度约50rim)为催化剂，针对影响苯酚降解反应的宏观因素(主要考虑三点：光强、催化荆、传质)，探讨了在填充床鼓泡反应器内水中苯酚的光催化降解反应，在不同条件下对苯酚的降解和矿化速率进行了观测，并在此基础上建立了稳态下的多相光催化反应器模型々悻要工作如下：1．利用正交实验，通过观测三种规格丝网(2b、40、100目)各自在三个气速(0．0108m／s，O．0217m／s，0．0326m／s)下的对苯酚降解速率和矿化速度，得出此两个影响因素的显著性水平，并确定最优工作条件，估算了总平均量子产率：2．通过实验可以确定在鼓

3、氧时多相光催化反应对苯酚为一级反应，并计算不同气速下的表观动力学常数，可知提高鼓氧速率能促进降解反应，但作用不显著；3．通过对不同鼓氧速率下苯酚降解反应速率的比较，提出鼓氧的作用主要体现在对反应控制步骤的影响，当不鼓氧时，反应主要受传质控制；鼓氧时，体系处于反应控制段；4建立稳态下的光反应器数模，可较为合理地描述本论文的反应器行为，并绘制不同催化剂、气速下的光强、浓度分布，以之讨论不同操作条件对苯酚降解速率的影响r关键词：多相光催化苯酚填充床反应器数学模型AbstractPhotocatalysisonthesurfaceofTi02illuminatedbyUVisaver

4、yefficienttechniquefortheremovaloforganicpollutantsfromairandaqueousstreams．Overtheyears，manytypesofreactorshavebeenemployedbasedonthespecificneedsofeachapplication．Amongothers，annularphotocatalyticreactorsareusedveryextensivelyforbench·scaleexperimentsandprobablythebesttypeofreactorsforcom

5、mercia!applications．Inthepast，manygroupshaveinvestigatedthedesignofannularphotoreactors，whichinvolvestheeffectofthereactorgeometrycoupledwiththeradiationfield．However,theapplicationofphotocatalysisforwastewatertreatmentonanindustrialscalehasbeenpartiallyimpededbythelackofsimplemathematicalm

6、odelsandoptimizationstudies．Thepresentstudyfocusesontheheterogeneousphotocatalyticdecompositionofaquaticphenolinthebubbledpacked-bedreactor,takingthegas—liquid—solidannularreactorforexample，WhichisequippedwithIl——_centrallineallightsource(20蹦U《L=254nm，andstainlesssteelmeshloadedbyTi02powder

7、s(granularity：about100nm)．Theratesofphenoldecompositionandmineralizationhavebeenobservedunderdifferentoperationconditions，consideringthethreemainfactors，lightintensity,catalystandmasstransfer．Themainworksarefollowing：1．Throughtheoflhogonaldesign,thepheno