小试实验目的是研究工艺流程和工艺条件,并解决工业化中无法单纯通过计算解决的工程问题。换言之,小试设备是为帮助工艺设计放大,而不是用来帮助设计反应机理。
将实验室级别的反应器在中试设备上进行验证,需考虑如下问题:
1.反应器材质
在实验室里,反应器通常在玻璃仪器中进行。而在放大过程中,工艺可能在其他材质的系统中进行,这可能带来催化或抑制反应效果的问题。
2.热量的影响
实验室所用的玻璃反应器可通过冷却系统,如循环水、冰浴等方式及时带走反应过程中产生的热量,对反应影响较小。当反应体系被放大后,反应过程中产生的热量会因反应器自身结构的原因,而无法及时散热,局部高温会影响反应进行的方向,产生副产物或逆反应。
3.反应效率
反应器的变化会带来传质效率的变化,从而影响反应效率及产量。
4.负载工艺
中试实验为反应工艺的经济性、操作参数和安全因素提供关键信息。对于中试设备而言,将催化剂负载在基板上,可减少催化剂与反应液分离带来的不便,从而提高反应效率。同时不同催化剂在不同基板上的负载方式,也需不断优化,以达到操作简单、安全、经济效益高的目标。
泊菲莱科技推出的PLR-SPRC小试级平板式光化学反应装置用于户外小试型光催化分解水反应,帮助工艺设计放大,实现最终的规模化量产。
图1 清华大学0.5 m2 &北方民族大学1 m2
PLR-SPRC小试级平板式光化学反应装置主要由反应模块、液体驱动模块、气-液分离模块和检测控制模块组成,各模块均可定制化设计加工,通过多个模块的配合满足平米级反应在小试阶段的要求。
1.单个平板反应器最大受光面积约0.5 m2 (80×70 cm2),规格可选40×40,60×60 cm2,还可通过标准接口的单体平板反应器,达到1 m2反应面积的需求。
2.可通过更换支撑块设计,使用无纺布、碳纸、碳布、高硼硅玻璃、有机玻璃等多种材质基板的固定,满足不同催化剂的负载要求。
3.反应装置自带手动进样阀,可直接与气相色谱联用实现产物的在线检测,也可通过气袋或其它气体收集装置收集气体。
4.反应体系中液体流动能使反应溶液与催化剂充分接触,同时,反应过程中产生的气体产物也可随流动的液体从反应体系中带出。反应中产生的气体进入气体分离装置,实现气-液分离,分离出的气体可单独收集,并计量出气体产物的产量。
5.反应装置采用PLC一体机控制,通过点击触控屏幕即可实现对反应过程量的监测和调节,可监测和调节参数包括反应体系溶液状态监测,如反应流量、反应压力、溶液pH、ORP(Oxidation-Reduction Potential)等。同时,兼具反应条件控制量监测,如反应液体总流量、反应单元流量、压力等。
反应面积 | 1 m²,组合式 | 管路 | 底座集成 |
反应单体 | 0.25 m²,1125 × 315 × 30 mm(不含接头) | 辐照传感器 | 0 ~ 1000 W/m² |
反应单元 | 4 × 1 | 温度监测 | 0 ~ 100 ℃ |
反应器光窗 | 超白钢化玻璃 | 环境监测 | 环境温湿压 |
反应器底板 | 超白钢化玻璃 | 数据记录 | 记录反应数据 |
液层厚度 | 流道层厚度(~ 2.5mm) | 室内/户外应用 | 户外 |
反应流量 | 0.1 ~ 4.5 L/min | 上位机或远程 | PLC 集中监控 |
支架单元 | 户外落地式支架(示范演示型) | 使用压力 | 反应器耐压约40 kPa |
支架角度 | 0到60度可调节 | 使用温度 | 5 ~ 60 ℃(溶液不结冰,电气不冷凝) |
循环泵 | 底座集成(4.5 L/min) | 环境风力 | 六级以下 |
储液池 | 底座集成(12 L) | 防护等级 | IP65 |
流量控制器 | 0~200 mL/min | 系统供电 | 220 V |