专利名称：：一种强化的光化学反应器的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种强化的光化学反应器，具体涉及一种能有效增强径向混合的光化学平推流反应器。
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。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。同时，光强对反应过程的选择性有很大的影响。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克服上述不足之处提供一种强化的光化学反应器。该反应器特点是一种能有效增强径向混合的光化学平推流反应器。该反应器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-一种强化的光化学反应器，包括外壳体l、石英套管2、光源3，其特征在于石英套管2内置光源3，并置于外壳体1中央，石英套管2与外壳体1之间采用法兰4和密封件5连接，外壳体l由直管段6和涡流段7构成，外壳体1两端设有进料口8和出料口9，直管段6与石英套管2的距离A在1mm50mm之间，直管段6的长度L在50mm500mm之间，涡流段7的高度H在5mm50mm之间，涡流段7的宽度W在5mm50mm之间。上述强化的光化学反应器，其特征在于光源3采用波长在100800nm的光源。上述强化的光化学反应器的长径比不小于20。上述强化的光化学反应器外壳体l的涡流段7可采用刚性材料或柔性材料。所述的刚性材料可为金属或玻璃等，优选不锈钢；所述的柔性材料可为橡胶、纤维、棉、塑料或它们的混合物，优选橡胶。涡流段7采用柔性材料时，涡流段7可在反应器轴向上进行幅度为涡流段7总长度5%以内的伸縮运动以加强径向混合。当反应流体从进料口8进入光化学反应器后，以一定的流速从直管段6流经涡流段7时，由于产生边界层分离，会在内部形成涡流，从而达到在光辐射方向上的混和。在轴向上，由于反应器长径比较大，反应流体的返混很小，可以保持较好的平推流，从而保证了高的反应速率。本发明的有益效果本发明的优点是将连续操作的光化学反应过程在反应器中得到有效的强化，能在降低运行成本的同时，使降解率提高10%以上，适合于工业放大的要求。图1是本发明强化的光化学反应器示意图。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强化的光化学反应器，如图1所示，具体的是通过设计出一种能有效增强径向混合的光化学平推流反应器来进行光化学反应过程的强化。该强化的光化学反应器，包括外壳体l、石英套管2、光源3及连接部件；其中，石英套管2内置光源3，并置于外壳体l中央，石英套管2与外壳体1之间采用法兰4和密封件5连接，外壳体l由直管段6和涡流段7构成，外壳体1两端设有进料口8和出料口9。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，采用图1所示反应器进行实验。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，实施例1~2采用波长为254nm的汞灯作为光源，实施例3~4采用波长为365nm的汞灯作为光源，涡流段7采用不锈钢，光化学反应器的长径比为20，以苯酚的降解率表示光化学反应过程进行的程度，选择不同的L、H、W值进行实验。具体步骤为打开光源开关，反应流体以一定的流量从进料口8连续进入反应器，并沿轴向流动，从出料口9流出，待出料口9流量稳定后，在出料口取样进行分析，结果如表l所示表1<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>比较例比较例1中以非均相光催化降解反应作为光化学反应过程，涡流段7采用橡胶，光化学反应器的长径比为20。用初始浓度为l.OOppm的苯酚水溶液和浓度0.5g/L的1102催化剂组成的悬浆体系作为反应流体。具体步骤为打开光源开关，反应流体以一定的流量从进料口连续进入反应器，并沿轴向流动，从出料口流出，待出料口流量稳定后，在出料口取样进行分析。以苯酚的降解率表示光化学反应过程进行的程度。比较例2中将图1中一种强化的光化学反应器的涡流段7取消，即反应器的外壳体只由直管段6构成。光化学反应器的长径比为20。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。具体步骤为打开光源开关，反应流体以一定的流量从进料口连续进入反应器，并沿轴向流动，从出料口流出，待出料口流量稳定后，在出料口取样进行分析。得到的结果如表2所示<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>权利要求1、一种强化的光化学反应器，包括外壳体(1)、石英套管(2)和光源(3)，其特征在于石英套管(2)内置光源(3)，并置于外壳体(1)中央，石英套管(2)与外壳体(1)之间采用法兰(4)和密封件(5)连接；外壳体(1)由直管段(6)和涡流段(7)构成，外壳体(1)两端设有进料口(8)和出料口(9)；直管段(6)与石英套管(2)的距离A在1mm～50mm之间，直管段(6)的长度L在50mm～500mm之间，涡流段(7)的高度H在5mm～50mm之间，涡流段(7)的宽度W在5mm～50mm之间。2、根据权利要求1所述的一种强化的光化学反应器，其特征在于所述的光源(3)采用波长在200800nm的光源。3、根据权利要求1所述的一种强化的光化学反应器，其特征在于该光化学反应器的长径比不小于20。4、根据权利要求1所述的一种强化的光化学反应器，其特征在于所述的外壳体(1)的涡流段(7)采用刚性材料或柔性材料。5、根据权利要求4所述的一种强化的光化学反应器，其特征在于所述的涡流段(7)采用柔性材料时，涡流段(7)在反应器轴向上进行幅度为涡流段(7)总长度5%以内的伸缩运动。6、根据权利要求4所述的一种强化的光化学反应器，其特征在于所述的刚性材料为金属或玻璃；所述的柔性材料为橡胶、纤维、棉、塑料或它们的混合物。全文摘要本发明公开了一种强化的光化学反应器，包括外壳体(1)、石英套管(2)和光源(3)，其特征在于石英套管(2)内置光源(3)，并置于外壳体(1)中央，石英套管(2)与外壳体(1)之间采用法兰(4)和密封件(5)连接；外壳体(1)由直管段(6)和涡流段(7)构成，外壳体(1)两端设有进料口(8)和出料口(9)；直管段(6)与石英套管(2)的距离A为1～50mm，直管段(6)的长度L为50～500mm，涡流段(7)的高度H为5～50mm，涡流段(7)的宽度W在5～50mm之间。本发明强化的光化学反应器将连续操作的光化学反应过程在反应器中得到有效的强化，降低运行成本的同时提高降解率，适于工业放大的要求。文档编号B01J8/00GK101337174SQ20081002094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