探究三相流化床光催化氧化反应器的设计与数学模型研究

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1、分类t圣!塑：!万名互程斜丝亏弦顽士学侄论支论文题目三相流化床光催化氧化反应器的设计与数学模型研究学科专业：环境工程学号：!!塑!垫研究生姓名指导教师路小彬±攀％l教＆}删I副毅l目*I喇Ⅲ答辩委员会主任委员答辩日期樊增禄(教授)2006年3月26日摘要Y9311219光催化氧化技术是‘项处理高浓度有毒有害难降解环境污染物的有效技术。目前国内外学者对此领域的研究可谓是如火如茶，然而至今尚为达到大规模工业化应用的目的。究其成效不大的主要原冈之‘是没有研制出高效多功能集成式连续化大型光催化反应器。当前国内外对光催化反应器的设

2、计、放大和应用研究尚处丁．实验室阶段，且有关反应器的基础理论如反应器数学模型研究电不够深入。我们在自己大量小试的基础上并参阅国内外光催化反应器的相关研究资料，白行研制丌发了三相流化床光催化氧化反应器一体化中试装置。总容积1200L，这样规模的三相流化床反应器目前在世界上尚未见报道。(1)在设计过程中借鉴了许多化工流化床和生物流化床的成熟技术和标准。对i相流化床光催化反应器的各种参数如床高、直径、起始流化速度、带出速度、正常运行速度数、放大区和进料区的设计等进行了设计计算；综合考虑了预处理装置包括微孔过滤器和纤维过滤器的设

3、计和选型及整体装置的配套部分如泵和流量计的选型、水箱的设计等；选取了长线型、低能耗、长寿命、高效率光源并对其分布进行了研究。(2)设计并制作了一套中试规模的三相流化床光催化反应器一体化装置。(3)在建成的实验装置上，对苯酚模拟废水进行了光催化氧化处理，为三相流化床光催化反应器的建模测量了一些数据。(4)结合苯酚的降解过程和机理，对光传递方程、反应动力学方程和传质方程进行了推导和阐述。(5)建立了三相流化床光催化反应器的数学模型，在模拟污染物苯酚相关数据的基础上，结合边界条件对方程进行了数值求解。并依据方程对相关操作条件的

4、改变(不同光强、不同催化剂浓度、不同气速、不同液速)给以模拟计算，绘出了在反应器内光强分布和苯酚降解效率的三维效果图。对操作参数进行了最优化模拟研究。计算模拟采用的软件是MATLAB。(6)提出了一种光催化氧化反应器汽一液一固三相区内紫外光强度测量的方法。(7)用所建模型对主反应区半径、长度和灯管半径等经验设计参数进行了理论验证。(8)用苯酚模拟废水降解实验对模型在光强分布和降解效率方面的准确性进行了初步验证。关键词：三相流化床光催化反应器数学模型苯酚反应动力学DesignandMathematicalModelofTh

5、reePhaseFluidizedBedPhotocatalyticOxidationReactorABSTRACTPhotocatalyticoxidationprocessisaneffectivewayfortreatingenvironmentalpollutantsthatispoisonous，harmfulandhighinconcentration．Althoughmanyscholarsorresearchershavebeenconcentratingonthissubject，theapplicat

6、iononaindustrialscalehasnotbeenmadeSOfar．Oneofthereasonsisthatlargescalephotoeatalyticreactorwithhigheffectiveness，multi—purpose，integration，contiuumhasnotbeendevelopedyet．Design，scale—upandapplicationforbenchscaleyticreactorhasjustrealizedworldwide，buttheresearc

7、honbasicprinciplesofphotocatalyticreactorisnotenough．Onthebasisofmanybenchscaleexperimentsinourlaboratoryandreferringtoresearchinformationonphotocatalyticreactor，wehavedevelopedaintegralpilotplantofthreephasefluidizedbedDhotocatalyticreaction．Itstotalvolumeis1200

8、LandfewofthreephasefluidizedbedphotocatalyticreactorhasbeendevelopedWhat．wehavedoneisasfollows．(1)Wehaveusedforreferencemanystandardizedtechnologiesandstandard