三相流化床光催化氧化反應(yīng)器的設(shè)計與數(shù)學(xué)模型研究.pdf

1、光催化氧化技術(shù)是一項處理高濃度有毒有害難降解環(huán)境污染物的有效技術(shù)。目前國內(nèi)外學(xué)者對此領(lǐng)域的研究可謂是如火如荼，然而至今尚為達(dá)到大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的目的。究其成效不大的主要原因之一是沒有研制出高效多功能集成式連續(xù)化大型光催化反應(yīng)器。當(dāng)前國內(nèi)外對光催化反應(yīng)器的設(shè)計、放大和應(yīng)用研究尚處于實驗室階段，且有關(guān)反應(yīng)器的基礎(chǔ)理論如反應(yīng)器數(shù)學(xué)模型研究也不夠深入。我們在自己大量小試的基礎(chǔ)上并參閱國內(nèi)外光催化反應(yīng)器的相關(guān)研究資料，自行研制開發(fā)了三相流化床光催

2、化氧化反應(yīng)器一體化中試裝置?？?cè)莘e1200L，這樣規(guī)模的三相流化床反應(yīng)器目前在世界上尚未見報道。 (1)在設(shè)計過程中借鑒了許多化工流化床和生物流化床的成熟技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。對三相流化床光催化反應(yīng)器的各種參數(shù)如床高、直徑、起始流化速度、帶出速度、正常運行速度數(shù)、放大區(qū)和進(jìn)料區(qū)的設(shè)計等進(jìn)行了設(shè)計計算；綜合考慮了預(yù)處理裝置包括微孔過濾器和纖維過濾器的設(shè)計和選型及整體裝置的配套部分如泵和流量計的選型、水箱的設(shè)計等；選取了長線型、低能耗、長壽

3、命、高效率光源并對其分布進(jìn)行了研究。 (2)設(shè)計并制作了一套中試規(guī)模的三相流化床光催化反應(yīng)器一體化裝置。 (3)在建成的實驗裝置上，對苯酚模擬廢水進(jìn)行了光催化氧化處理，為三相流化床光催化反應(yīng)器的建模測量了一些數(shù)據(jù)。 (4)結(jié)合苯酚的降解過程和機理，對光傳遞方程、反應(yīng)動力學(xué)方程和傳質(zhì)方程進(jìn)行了推導(dǎo)和闡述。 (5)建立了三相流化床光催化反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型，在模擬污染物苯酚相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合邊界條件對

4、方程進(jìn)行了數(shù)值求解。并依據(jù)方程對相關(guān)操作條件的改變(不同光強、不同催化劑濃度、不同氣速、不同液速)給以模擬計算，繪出了在反應(yīng)器內(nèi)光強分布和苯酚降解效率的三維效果圖。對操作參數(shù)進(jìn)行了最優(yōu)化模擬研究。計算模擬采用的軟件是MATLAB。 (6)提出了一種光催化氧化反應(yīng)器汽-液-固三相區(qū)內(nèi)紫外光強度測量的方法。 (7)用所建模型對主反應(yīng)區(qū)半徑、長度和燈管半徑等經(jīng)驗設(shè)計參數(shù)進(jìn)行了理論驗證。 (8)用苯酚模擬廢水降解實