专利名称：：一种光化学反应过程强化方法
技术领域：
：本发明涉及一种光化学反应过程的强化方法，具体涉及一种光化学平推流反应器、混合器组合的工艺。
背景技术：
：光化学反应过程具有良好的选择性，且可在常温常压下进行，所以人们逐渐开始探索将光化学反应过程用于生产实际。如烃的亚硝酰化反应、光卤化反应及光化学法合成维生素等。从70年代开始，光催化反应过程的研究报道日益增多。其中光催化水分解制氢作为利用太阳能的一个手段曾引起许多研究者的重视。近年来利用光催化反应过程解决环境污染问题又成为光催化领域的研究热点，如利用光催化氧化处理废水中有机污染物，光催化还原回收金属离子等。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。然而，就目前而言，光化学反应器无论是从生产强度还是运行成本上都无法与传统化工生产反应器相比，因此，必须要对光化学反应过程进行强化，设计出高效率的光化学反应器及最佳的工艺流程。光化学反应过程与传统的化工生产过程很大的一个不同在于前者有光子的参与，由比尔一朗博定律可知，光在介质中的传播会以指数形式衰减。而光强在光化学反应中严重影响着反应速率的大小，因此，在沿光辐射的方向上反应速率是急剧减小的。由传统化工的知识可知，平推流反应器由于返混很小，可以使反应在最大的速率下进行，反应效率最高。然而，当将平推流反应器应用到光化学反应过程中时，若不考虑光辐射在反应介质中分布的特性，会导致反应效率低下。其重要原因就是反应流体在光辐射方向上的混和不够，使反应物在沿光辐射方向上存在浓度梯度，反应体系受传质限制的影响很大。
发明内容本发明的目的是提供一种光化学反应过程的强化方法。其特点是通过光化学平推流反应器、混合器组合的工艺来进行光化学反应过程的强化，该方法对均相和非均相光化学过程都具有良好的强化效果，尤其可以解决光化学反应过程工业放大中传质限制的发生。本发明的目的可以通过以下过程来达到一种光化学反应过程的强化方法，特征在于采用光化学平推流反应器、混合器交替组合的工艺来进行光化学反应过程的强化，反应流体经过光化学平推流反应器后再进入混合器中进行充分混合，使反应流体达到浓度均一，流出混合器的反应流体又依次经过下一个光化学平推流反应器和混合器，并如此循环下去，最终产物从混合器出口流出。上述反应流体在单只光化学平推流反应器中的空时为5300s，在单只混合器中的空时为0.卜60s。一只光化学平推流反应器和一只混合器组成一个单元，一个以上的单元可采用全部并联、全部串联或并联和串联混合的连接方式。每个单元中光化学平推流反应器与混合器之间采用串联连接，光化学平推流反应器的出口与混合器进口相连，混合器的出口再与下一个单元的光化学平推流反应器的进口相连。上述光化学平推流反应器设置有光源，光辐射方向垂直于反应器的轴向方向。上述光化学平推流反应器的长径比大于20。上述混合器可采用静态混合器或动态混合器。本发明具体方法可如图l工艺所示，带有光源的光化学平推流反应器1和无光源的混合器2进行交替组合，用光化学平推流反应器获得高的反应速率，用混合器消除浓度梯度，降低传质的限制。当浓度均一的反应流体经过光化学平推流反应器1时，由于返混很小，轴向上可以得到最大的反应速率，同时，由于光辐射方向上反应物浓度产生了浓度梯度，传质限制降低了反应速率。此时，流出光化学平推流反应器l的反应流体进入混合器2中进行充分混合，使反应流体达到浓度均一。接下来，流出混合器2的浓度均一的反应流体又依次经过光化学平推流反应器1来获得高的反应速率，流经混合器2使反应流体浓度均一。并如此循环下去，最终产物从混合器出口流出。此过程中，混合器2的体积是不计入所需的反应体积的。通过这样的组合，光化学反应过程在连续操作的条件下得到了有效的强化。本发明的优点本发明的优点是将连续操作的光化学反应过程得到有效的强化，工艺简单，降低了运行成本，适合于工业放大的要求，具有很好的适应性和通用性。图1是光化学平推流反应器与混合器的组合工艺示意图。图2是光化学平推流反应工艺示意图。具体实施例方式下面结合附图和具体实例对本发明做进一步说明本发明涉及一种光化学反应过程的强化方法，通过本发明光化学平推流反应器、混合器组合的工艺来进行光化学反应过程的强化。实施例1~4以非均相光催化降解反应作为光化学反应过程。用初始浓度为1.00ppm的苯酚水溶液和浓度0.5g/L的TiO2催化剂组成的悬浆体系作为反应流体，低压汞灯作为紫外光源，光化学平推流反应器长径比为30,混合器采用静态混合器，以一个光化学平推流反应器和一个混合器串联组合为一个单元，以苯酚的降解率表示光化学反应过程的效率。具体实验方法采用光化学平推流反应器与混合器的组合工艺，初始浓度为l.OOppm的苯酚水溶液和浓度0.5g/L的Ti02催化剂组成的悬浆体系由光化学平推流反应器的进口进入，经过光化学反应后，从出口流出，再从混合器的入口进入，进行充分混合后，从出口流出，再进入下一只光化学平推流反应器，反应流体从最终的混合器流出。在最终的混合器出口取样进行分析。实验结果如表1所示表1<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>5比较例在保证一定的光化学反应器体积的前提下，采用光化学平推流反应器与混合器的组合工艺与图2中的光化学平推流工艺进行对比。比较例1中，以非均相光催化降解反应作为光化学反应过程。用初始浓度为l.OOppm的苯酚水溶液和浓度0.5g/L的Ti02催化剂组成的悬浆体系作为反应流体,低压汞灯作为紫外光源，光化学平推流反应器长径比为25，混合器采用动态混合器，以一个光化学平推流反应器和一个混合器串联组合为一个单元，以苯酚的降解率表示光化学反应过程进行的程度。具体方法:初始浓度为1.00ppm的苯酚水溶液和浓度0.5g/L的Ti02催化剂组成的悬浆体系经过由光化学平推流反应器的进口进入，经过光化学反应后从出口流出，再从混合器的入口进入，进行充分混合后，从出口流出，再进入下一只光化学平推流反应器，反应流体从最终的混合器流出。在最终的混合器出口取样进行分析。实验结果如表2所示比较例2中，以非均相光催化降解反应作为光化学反应过程。用初始浓度为1.00ppm的苯酚水溶液和浓度0.5g/L的Ti02催化剂组成的悬浆体系作为反应流体,低压汞灯作为紫外光源，光化学平推流反应器长径比为25。具体方法初始浓度为1.00ppm的苯酚水溶液和浓度0.5g/L的Ti02催化剂组成的悬浆体系依次流经图2所示各个光化学平推流反应器，在最终的光化学平推流反应器出口取样进行分析。实验结果如表2所示表2<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>权利要求1、一种光化学反应过程的强化方法，其特征在于采用光化学平推流反应器、混合器交替组合的工艺来进行光化学反应过程的强化，反应流体经过光化学平推流反应器后再进入混合器中进行充分混合，使反应流体达到浓度均一，流出混合器的反应流体又依次经过下一个光化学平推流反应器和混合器，并如此循环下去，最终产物从混合器出口流出。2、根据权利要求1所述的光化学反应过程的强化方法，其特征在于反应流体在单只光化学平推流反应器中的空时为5300s，在单只混合器中的空时为0.160s。3、根据权利要求1所述的光化学反应过程的强化方法，特征在于一只光化学平推流反应器和一只混合器组成一个单元，一个以上的单元采用全部并联、全部串联或并联和串联混合的连接方式。4、根据权利要求3所述的光化学反应过程的强化方法，其特征在于每个单元中光化学平推流反应器与混合器之间采用串联连接，光化学平推流反应器的出口与混合器进口相连，混合器的出口再与下一个单元的光化学平推流反应器的进口相连。5、根据权利要求1所述的光化学反应过程的强化方法，其特征在于所述的光化学平推流反应器设置有光源，光辐射方向垂直于反应器的轴向方向。6、根据权利要求1所述的光化学反应过程的强化方法，其特征在于所述的光化学平推流反应器的长径比大于20。7、根据权利要求1所述的光化学反应过程的强化方法，其特征在于所述的混合器采用静态混合器或动态混合器。全文摘要本发明公开了一种光化学反应过程强化方法，特征是采用光化学平推流反应器、混合器交替组合的工艺来进行光化学反应过程的强化，反应流体经过光化学平推流反应器后再进入混合器中进行充分混合，使反应流体达到浓度均一，流出混合器的反应流体又依次经过下一个光化学平推流反应器和混合器，并如此循环下去，最终产物从混合器出口流出。本发明使光化学反应过程可以在连续进行的同时得到强化，其特点是在采用连续操作的过程中，既可以保证反应以平推流进行，又可以针对光化学反应的特殊性消除过程中产生的浓度梯度，从而使光化学反应过程可以在连续进行的同时得到强化，提高反应效率，本方法适合于工业放大。文档编号B01J8/00GK101337173SQ20081002094公开日2009年1月7日申请日期2008年8月8日优先权日2008年8月8日发明者新冯,东李,杨祝红,陆小华申请人:南京工业大学