天津大学反应器设计_三相流化床光催化反应器设计说明书

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1、水污染治理－光催化反应器设计反应器设计水污染治理—三相流化床光催化反应器设计班级：化工材料2班姓名：学号：3012指导老师：王富民2015年12月6日16水污染治理－光催化反应器设计目录1.设计背景22.反应器类型的选择22.1悬浮式光催化反应器32.1.1间歇操作的悬浮式反应器32.1.2并流接触循环流动式反应器32.2固定床光催化反应器42.2.1平板式光催化反应器42.2.2浅池式光催化反应器52.2.3管式光催化反应器52.3流化床光催化反应器63.数据来源和基础实验74.反应器结构分析85.纳米二

2、氧化钛光催化动力学特征96.反应器大小计算107.起始流化速度138.三相流化床光催化反应器中各相的流化方式的分析149.参考文献1410.课程建议1516水污染治理－光催化反应器设计水污染治理—三相流化床光催化反应器设计1.设计背景从半导体光催化提出以来，其作为一种处理环境污染物的有效手段已经成为环境治理和保护工作者的研究重点，其中主要研究方向为催化剂的负载和反应器的设计[1]。在众多半导体光催化剂中，二氧化钛以其无毒、催化活性高、氧化能力强，较为稳定的优点成为最为常用的一种；同时，纳米级二氧化钛粉末作为

3、一种新型、高效的半导体光催化剂又具有高比表面积，高比表面能的特点，使其氧化还原电势增大，光催化活性得到显著提高。利用二氧化钛作为光催化剂降解有机污染物已逐渐由实验研究转向实际应用的研究，光催化氧化法的大规模应用需要解决的主要技术问题是二氧化钛催化剂的固定化以及与之相应的结构简单、效率高、可长期稳定运行的反应器的设计。光催化反应器设计的问题远比传统的化学反应器复杂。除了涉及质量传递与混合、反应物与催化剂的接触、流动方式、反应动力学、催化剂的安装、温度控制等问题外，还必须考虑光辐射这一重要因素。催化剂只有吸收适

4、当的光子才能被激活而具有催化活性，为了提供尽可能多的激活的光催化剂，光反应器必须能提供尽可能大的而且是能被光照射的催化剂比表面积。为了减少反应器的体积，还要求单位体积的反应器提供尽可能大的安装催化剂的空间。2.反应器类型的选择将催化剂固定在载体上，制成负载型光催化反应器已成为主要的研究方向。将Ti02负载后可将其作为固定相，待处理废水或气体作为流动相，一般不存在后处理问题，可实现连续化处理，便于设计出各种实用化、商品化、工业化的光化学反应器。目前对光催化反应器尚无明确、统一的分类，根据结构、工作状态等，负载

5、型光催化反应器分类可有以下几种方式[2]：（1）按照Ti02光催化剂的存在形式：16水污染治理－光催化反应器设计可将反应器分为悬浮型和负载型两大类。悬浮型就是将催化剂粉末分布在溶液中，形成悬浮液的悬浮型光催化反应器。负载型主要是将催化剂负载在某种载体上面的反应器。（1）按其床层状态：可分为固定床型和流化床型两种。前者为具有较大连续表面积的载体，将催化剂负载其上，流动相流过表面发生反应。后者多适合于颗粒状载体，负载后仍能随流动相发生翻滚、迁移等，但载体颗粒较Ti02纳米粒子大得多，易与反应物分离，可用滤片将其

6、封存于光催化反应器中而实现连续化处理。（3）光催化反应器按照光源的照射方式不同：可分为聚光式和非聚光式反应器。聚光式反应器一般是将光源置于反应器的中央，反应器成环状。这种反应器的光源多以人工光源作为光源，光效率较高，但因光催化反应较缓慢，因此耗电量巨大。非聚光式反应器的光源可以是人工的也可是天然的太阳光，一般为垂直反应面进行照射。因此，反应面积较聚光式反应器的反应面积大得多。2.1悬浮式光催化反应器虽然，悬浮式反应器涉及催化剂回收的问题，但仍有不少研究。设计上主要致力于提高光的利用率。具有代表性的反应器有以

7、下几种[3]：2.1.1间歇操作的悬浮式反应器间歇操作的悬浮式反应器如图1所示。反应器主体是石英玻璃容器，以及用其作为基础改形而成的反应器有好几种形式。反应所用的催化剂可以是粉体，也可是固定于载体上的固定化催化剂。反应温度可调。此类反应器特点是：操作简单方便，仅需一段时间将反应器内液体排空，井停止一段时间使催化剂恢复光催化活性。2.1.2并流接触循环流动式反应器并流接触循环流动式反应器，在颗粒悬浮式反应器中，液一气两相间传质过程有时为光催化氧化反应速率的限制步骤，为此，J.M.Winlerbllon等将一种

8、向下16水污染治理－光催化反应器设计并流接触反应器((CDCR)用于苯酚废水的光催化氧化处理，采用完全循环的间歇操作方式。与其它装置相比，CDCR具有如下优点：①动力消耗低；②体积小；③在不降低传质效率的条件下容易放大；④氧气利用率高；⑤装置内无移动部件，结构简单；⑥可容纳颗粒物，适宜于浆状化学反应。悬浮床反应器存在催化剂易流失以及需要增加催化剂分离和回收的后序装置，并有消耗能量的缺点，使其在实际应用中受到一定限