套管式微反應(yīng)器中氣液相快速氧化反應(yīng)的研究.pdf

1、氣液相氧化反應(yīng)是化工生產(chǎn)中最為常見的化學(xué)反應(yīng)之一,對于很大一部分直接或間接以氧氣作為氧化劑的氣液相快速氧化反應(yīng)來說,由于氧氣進入液相的傳質(zhì)阻力的限制而未能獲得理想的化學(xué)轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)速率。解決這一問題的方法一般有兩種,一是使用更強的氧化劑；二是強化氧氣傳質(zhì)過程。而在化工工藝開發(fā)和生產(chǎn)過程中,更強的氧化劑就意味著更大的投資,所以想方設(shè)法強化氧氣傳質(zhì)過程就成了大多數(shù)科學(xué)家關(guān)注的問題。
　　 在過去的20多年間,微化工技術(shù)已經(jīng)引起了科學(xué)

2、界的普遍關(guān)注。而微反應(yīng)器作為微化工技術(shù)的關(guān)鍵也已經(jīng)在化學(xué)化工領(lǐng)域得到了廣泛的研究與應(yīng)用。與常規(guī)氣-液接觸設(shè)備相比,微反應(yīng)器體積更小,操作更方便,安全性更強,傳質(zhì)系數(shù)更是要比常規(guī)反應(yīng)器高出一到兩個數(shù)量級,并且微反應(yīng)器在氣體吸收、納米材料制備、氣-液-固三相加氫反應(yīng)及反應(yīng)動力學(xué)的研究等多種領(lǐng)域已顯示出巨大的應(yīng)用潛力。
　　 鑒于此,本工作利用自行設(shè)計研制的套管式微反應(yīng)器為平臺,將其應(yīng)用于氣-液相快速氧化反應(yīng)過程。文中分別選擇氨法脫硫

3、過程中的關(guān)鍵步驟亞銨氧化過程(無機體系)和污水處理過程中的臭氧氧化苯酚水溶液過程(有機體系)為研究對象,首次將新型套管式微反應(yīng)器應(yīng)用到強化氧化反應(yīng)領(lǐng)域。通過對亞銨轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)速率、反應(yīng)動力學(xué)方程以及苯酚去除率的研究,展示了套管式微反應(yīng)器在氣液相氧化反應(yīng)過程的應(yīng)用效果。全文的主要研究成果與創(chuàng)新點如下:
　　 1.在套管式微反應(yīng)器中研究亞銨氧化體系結(jié)果表明:不同的套管式微反應(yīng)器內(nèi)外管組合對氣液傳質(zhì)效果有較大影響,從而造成了亞銨轉(zhuǎn)化率

4、隨著內(nèi)管孔徑和內(nèi)外管環(huán)隙的增加而降低。另外,提高氧氣體積流量、氧氣分壓、反應(yīng)溫度、pH值和催化劑濃度以及循環(huán)反應(yīng)液等都有助于亞銨轉(zhuǎn)化率的提高。高濃度的硫酸根對亞銨氧化反應(yīng)有抑制作用。
　　 2.在套管式微反應(yīng)器中,亞銨氧化反應(yīng)存在最優(yōu)的亞銨初始濃度(約1.3 mol／L)。低于最優(yōu)濃度時,亞銨氧化反應(yīng)速率隨著亞銨初始濃度的增加而增加；高于最優(yōu)濃度時,亞銨氧化反應(yīng)速率隨著亞銨初始濃度的增加而減小。
　　 3.根據(jù)阿倫尼烏斯

5、公式及實驗數(shù)據(jù)計算得出微反應(yīng)器中氧氣氧化亞硫酸銨反應(yīng)活化能約為6.703 KJ／mol,并根據(jù)套管式微反應(yīng)器特點及實驗數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)出亞銨氧化反應(yīng)速率與溫度、亞銨初始濃度及氧氣分壓的關(guān)系如下式:
　　 v=0.8exp[-730.45／T]c0.6610 P24.利用套管式微反應(yīng)器對臭氧氧化苯酚有機體系進行研究,通過強化臭氧在液相中的傳質(zhì)過程,在極短的接觸時間內(nèi)便可得到99％以上的苯酚去除率。
　　 5.pH值對臭氧氧化處理苯

6、酚廢水影響非常大。酸性條件下,臭氧直接跟溶液中的苯酚分子反應(yīng),反應(yīng)速率緩慢,當(dāng)pH大于9后,在溶液OH-的催化作用下臭氧先被轉(zhuǎn)化為反應(yīng)活性更高的羥基自由基,然后再由羥基自由基和苯酚快速反應(yīng),確定了最適合的pH值為11;
　　 6.選用不同尺寸的內(nèi)管和外管會影響氣液混合及傳質(zhì)特性,從而顯著影響苯酚去除率；采用新型套管式微反應(yīng)器進行苯酚的臭氧氧化反應(yīng),苯酚的去除率隨著反應(yīng)器微孔孔徑、內(nèi)外管環(huán)隙和苯酚溶液初始質(zhì)量濃度的增大而減小,隨著