小試實驗目的是研究工藝流程和工藝條件,並解決工業化中無法單純通過計算解決的工程問題。換言之,小試設備是為幫助工藝設計放大,而不是用來幫助設計反應機理。
將實驗室級別的反應器在中試設備上進行驗証,需考慮如下問題:
1.反應器材質
在實驗室里,反應器通常在玻璃儀器中進行。而在放大過程中,工藝可能在其他材質的系統中進行,這可能帶來催化或抑制反應效果的問題。
2.熱量的影響
實驗室所用的玻璃反應器可通過冷卻系統,如循環水、冰浴等方式及時帶走反應過程中產生的熱量,對反應影響較小。當反應體系被放大后,反應過程中產生的熱量會因反應器自身結構的原因,而無法及時散熱,局部高溫會影響反應進行的方向,產生副產物或逆反應。
3.反應效率
反應器的變化會帶來傳質效率的變化,從而影響反應效率及產量。
4.負載工藝
中試實驗為反應工藝的經濟性、操作參數和安全因素提供關鍵信息。對於中試設備而言,將催化劑負載在基板上,可減少催化劑與反應液分離帶來的不便,從而提高反應效率。同時不同催化劑在不同基板上的負載方式,也需不斷優化,以達到操作簡單、安全、經濟效益高的目標。
泊菲萊科技推出的PLR-SPRF小試級平板式光化學反應裝置用於戶外小試型光催化分解水反應,幫助工藝設計放大,實現最終的規模化量產。
圖1 清華大學0.5 m2 &北方民族大學1 m2
PLR-SPRF小試級平板式光化學反應裝置主要由反應模塊、液體驅動模塊、氣-液分離模塊和檢測控制模塊組成,各模塊均可定製化設計加工,通過多個模塊的配合滿足平米級反應在小試階段的要求。
功能特點
1.單個平板反應器 受光面積約0.5 m2 (80×70 cm2),規格可選40×40,60×60 cm2,還可通過標準接口的單體平板反應器,達到1 m2反應面積的需求。
2.可通過更換支撐塊設計,使用無紡布、碳紙、碳布、高硼硅玻璃、有機玻璃等多種材質基板的固定,滿足不同催化劑的負載要求。
3.反應裝置自帶手動進樣閥,可直接與氣相色譜聯用實現產物的在線檢測,也可通過氣袋或其它氣體收集裝置收集氣體。
4.反應體系中液體流動能使反應溶液與催化劑充分接觸,同時,反應過程中產生的氣體產物也可隨流動的液體從反應體系中帶出。反應中產生的氣體進入氣體分離裝置,實現氣-液分離,分離出的氣體可單獨收集,並計量出氣體產物的產量。
5.反應裝置採用PLC一體機控制,通過點擊觸控屏幕即可實現對反應過程量的監測和調節,可監測和調節參數包括反應體系溶液狀態監測,如反應流量、反應壓力、溶液pH、ORP(Oxidation-Reduction Potential)等。同時,兼具反應條件控制量監測,如反應液體總流量、反應單元流量、壓力等。
性能參數
PLR-SPRF小試級平板式光化學反應裝置規格參數 |
反應器尺寸 |
40×40 cm2,可選60×60、80×80 cm2 |
有效光照面積 |
0.1 m2,可選0.25、0.5 m2 |
液層厚度 |
1~5 mm |
反應液接觸材料 |
PA66、PMMA、PP、氟橡膠等 |
反應器角度調節 |
0~90° |
連續流反應 |
液體流速範圍 |
0~200 mL/min |
載氣流速範圍 |
4~100 mL/min |
反應溫度 |
常溫~60℃ |
反應壓力 |
常壓 |
密閉反應 |
氣體循環泵流量 |
1.5~10 L/min |
反應溫度 |
常溫~60℃ |
反應壓力 |
≤50 kPa |