光催化反应器的设计

光催化反应器的设计摘要光化学反应过程由于具有选择性好且可在常温常压下进行等特点而在许多领域有着良好的应用前景。其中光催化技术作为一种真正环境友好的绿色技术，既可以在能源领域应用，将低密度的太阳能转化为

光催化反应器的设计 摘要 光化学反应过程由于具有选择性好且可在常温常压下进行等特点而在许多领域有着良 好的应用前景。其中光催化技术作为一种真正环境友好的绿色技术，既可以在能源领域应 用，将低密度的太阳能转化为可储存的高密度的洁净能源氢能；也可在环境领域应用，利 用光能降解和矿化环境中的有机和无机污染物。光催化反应器作为光催化技术的核心设 备，在光催化技术的应用中具有十分重要的地位。本文介绍了光催化反应的相关内容，并 以FCC汽油光催化脱硫工艺为例，对实际情况作合理简化，建立了光催化反应器的数学模 型。 关键词： 光催化、反应器、数学模型。 1、前言 1.1光化学反应工程 [1] 光化学反应是指在外界光源的照射下所发生的化学反应过程。光化学反应器作为光 化学生产中的关键设备，其性能优劣对于光化学反应过程的应用有十分重要的作用。因 此，从工程应用的角度出发，研究光化学反应器的特性、模拟、设计、放大等问题已引起 重视，并逐渐发展成化学反应工程学的一个新的分支—光化学反应工程。 与一般反应器相比，光化学反应器的设计与开发有很大的差异。光源的种类，光子的 传播、吸收、发射及光化学反应器的几何形状，与光源间的相互位置等均会对光化学反应 [2] 过程产生直接影响。 1.2光化学反应器类型 与普通的化学反应器一样，光化学反应器也可以按不同的方法分类。如按操作方式的 不同可分为连续式和间歇式；按反应器内包括的流体的相数不同可分为均相和非均相；按 反应器内流体流动状况可分为全混流、部分返混、活塞流等。然而，对于光化学反应器， 除了操作方式、流动状况等会对其性能造成影响，更能反映光化学反应器特征并直接影响 [3] 光化学反应器性能的则是光源种类、反应器几何形状及反应器与光源间的相互位置。这 些因素的不同组合就构成了不同类型的光化学反应器。光化学反应器可以有许多变化方 [4] 式，大体可分为均相和非均相两大类。 光化学反应器的选型包括光源、透光材料、反应器几何形状的确定等几个方面。光化学 反应过程一般均需要紫外或近紫外光，当反应需要紫外光时，只能选择石英为透光材料。如 [5] 反应可在近紫外光照射下进行，则可选用硼硅玻璃。 1.3光催化反应器 1.3.1光催化反应器的研究现状 最早出现的光催化反应器是为在实验室中进行研究而设计的，其结构简单，操作方便。 反应器主体为一敞开的容器，并置于磁力搅拌机上，反应液在荧光或紫外灯的照射下反应， 灯与液面的距离可调，现在仍有许多研究者用这种反应器来评价催化剂的活性或进行污染物 [6] 降解规律的研究。 目前应用较为广泛的光催化反应器是一种间歇式分批反应器它的特点是采用纳米TiO 2 粉体形成的悬浆体系。但悬浆体系最大的问题是TiO难以回收，要将催化剂粉末颗粒从流 2 动相中分离出来，一般需经过滤、离心、混凝、絮凝等方法，因而反应器只能为间歇式分批 反应器，即每处理一批就要进行一次分离，使处理过程过于复杂，还增加了经济成本。因此， 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TiO负载后可 2 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