本發明專利技術屬于氣固流化床反應器領域，涉及一種聲光耦合環隙光催化流化床降解ＶＯＣｓ裝置，主體包括氣體出口、氣體入口、進氣口預分布板（內環）與催化劑顆粒擋板（外環）、有機玻璃管、石英玻璃管、紫外燈、反應器進氣分布板、燈管安裝底座、測試端口、揚聲器、風機、氣體配置裝置、聲波放大器和信號發生器，及氣體收集室、氣體預混合室、進氣通道、環隙流化床反應區和氣體分布室；各器件經過原理可靠性組合構成柱狀嵌套式結構的光催化降解氣態污染物ＶＯＣｓ裝置；其操作區域寬，操作可靠簡便，催化劑顆粒再生簡單，對氣態污染物氧化選擇性小，處理效果好，能耗小，穩定流化突出，反應器可串聯或并聯使用，適于高濃度ＶＯＣｓ場所。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于氣固流化床反應器領域，涉及一種聲光耦合環隙光催化流化床降解 VOCs裝置，適于處理居室、寫字間、大型超市、隧道等場所VOCs氣態污染物的裝置。
技術介紹
美國環保署(EPA)關于室內空氣品質(Indoor air quality, IAQ)的一系列長期 調查結果顯示，在許多民用和商用建筑中，污染物的濃度水平是室外濃度的數倍至十倍，在 新的建筑中甚至超過100倍，然而現代人平均有90%的時間在室內度過，這表明室內空氣 質量對人類健康的影響遠較室外空氣重要。1987年，美國EPA證實了室內空氣污染是最大 的環境危機之一。因此，IAQ問題引起了廣泛的關注，已經成為建筑環境領域內的一個研 究熱點。目前，引起IAQ惡劣的主要原因有兩個一是通風量的不足，20世紀初，人們已開 始采用通風的方法來改善室內空氣環境，后來制冷空調系統的出現為人們創造了舒適的室 內環境，但由于70年代的全球能源危機，使得制冷空調系統這一能源消耗大戶面臨嚴重考 驗，節能降耗成為空調系統設計的關鍵環節，節能措施之一就是減少入室新風量；二是合成 建筑材料和裝修材料的大量使用，20世紀70年代以后，化工和材料工業迅速發展，出現了 大量的人工合成材料作為建筑材料和裝修材料，而這些材料會釋放有害氣體如甲醛、苯、甲 苯、乙醇和氯仿等，室內空氣環境的惡化導致建筑內的人們有不舒適的感覺，頭暈、煩躁、惡 心甚至產生疾病，已經引起了以下三種主要病癥病態建筑綜合癥(SBS)、與建筑有關的疾 病(BRI)以及多種化學污染物過敏癥(MCS)。對室內環境的清化，傳統的處理技術如吸附、通風、過濾、燃燒等對這些低濃度污 染物處理存在費用頗高或效果欠佳等問題。光催化技術是一種利用光生強氧化劑將有機污 染物徹底氧化成壓0、CO2等小分子的高級氧化技術，該技術具有反應條件溫和，設備簡單， 易于操作，且對低濃度污染物或氣相污染物有很好的去除效果等優點；另外，具有催化劑材 料易得，運行成本低，可利用太陽光作為催化光源等優點，是一種非常有前景的污染治理技 術。光催化流化床反應器是將光催化技術嫁接在流化床反應器上而設計的一種新型反應 器，與傳統的光催化板式結構或整體式結構反應器相比，具有光照面積大，反應物與催化劑 顆粒表面接觸效果好，傳質效率高，催化劑可循環利用等優點，因此具有較高的氣體污染物 去除率。催化劑顆粒的可再生性，提高了反應器的使用價值，但是納米二氧化鈦催化劑屬 Geldart C類顆粒，存在強烈的范德華作用力，導致顆粒流化時產生嚴重的顆粒團聚和溝流 現象，甚至難于流化。為了克服氣固兩相間接觸較差的狀況和穩定流態化，采用振動場、磁 場或聲場輔助流化，以破碎顆粒團聚和消除溝流，實現C類粘附性顆粒的穩定流化。同時， 外場還可以減小顆粒的最小流化速度和顆粒的揚析量。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術存在的缺點，尋求設計一種以低濃度VOCs與空氣混合氣作為流化氣體，紫外燈安裝于流化床的軸線，利用聲場破碎納米光催化劑顆粒團聚，強化光催化環隙流化床反應器的紫外光、反應物和催化劑的有效接觸，達到催化反應器連續、高效降解多種室內VOCs的效果；提供一種聲場與光輻照耦合氣固光催化環隙流化床 降解VOCs的裝置，以實現居室、寫字間、大型超市等場所氣態污染物的處理，不會造成二次 污染，解決了光催化板式結構、管式結構和整體式結構反應器的光照面積小，傳質效率低的 瓶頸問題，改善傳統流化床中納米催化劑顆粒流化存在的溝流、揚析嚴重、操作氣速高和耗 能大甚至難以流化等技術問題，通過優化床層高度、氣體流量和聲場的頻率和聲壓級以及 其他操作參數(氣體濕度、污染物的濃度和種類、光強、氣流入口分布孔尺度、催化劑的用 量和粒度)，實現氣態污染物的去除效果。為了實現上述目的，本專利技術的結構主體包括氣體出口、氣體入口、進氣口預分布 板(內環)與催化劑顆粒擋板(外環)、有機玻璃管、石英玻璃管、紫外燈、反應器進氣分布 板、燈管安裝底座、測試端口、揚聲器、風機、氣體配置裝置、聲波放大器和信號發生器，以及 氣體收集室、氣體預混合室、進氣通道、環隙流化床反應區和氣體分布室；各器件或構件經 過原理可靠性組合構成柱狀嵌套式結構的光催化降解氣態污染物VOCs裝置或反應器；氣 體出口位于反應器氣體收集室的頂部中心位置，氣體入口穿過氣體收集室側壁連接于反應 器氣體預混合室的側壁位置；氣體預混合室嵌套在氣體收集室內；整體式環形多孔板集成 進氣分布板與催化劑顆粒擋板，催化劑顆粒擋板與氣體收集室和氣體預混合室器壁固定； 整體式環形多孔板內環為進氣預分布多孔板，確保氣體和聲波均勻進入流化體系，外環為 催化劑顆粒擋板，確保催化劑顆粒不隨載氣流出反應器；石英玻璃管同軸嵌套于有機玻璃 管內，石英玻璃管和有機玻璃管上端分別與催化劑顆粒擋板內周和外周邊緣對齊相接，石 英玻璃管與有機玻璃管下端分別與環形氣體分布多孔板式的反應器進氣分布板的內外邊 緣相接，構成的柱狀環形區域為流化床反應區，催化劑顆粒填充于反應區內；紫外燈位于石 英玻璃管的中軸線上，紫外燈的燈管上端電源插座固定在整體式環形氣體多孔板式的反應 器進氣分布板的中心處，下端電源插座固定于氣體預分布室的底部中心位置，便于安裝與 拆卸，采用彈簧套筒安裝體系固定；紫外燈與石英玻璃管構成的柱狀環形區域為氣體進入 反應器的進氣通道，進氣通道與氣體預分布室連通；環形氣體分布多孔板式的反應器氣體 分布板內環直徑為160-220mm，外環直徑為200-260mm，板面開孔直徑為3_5mm，開孔率為 3-5% ；測試端口位于有機玻璃管側壁，用于測定床層壓力和顆粒流速；揚聲器安裝于氣體 預分布室的底部，距離分布板為8-15mm，并與聲波放大器、信號發生器直接相連，聲波放大 器與信號發生器均置于流化床體系之外；進氣預分布室位于流化床反應器進氣口預分布板 下方，能使流化氣體均勻進入分布板，進氣預分布室正下方底部安裝聲場發生系統，通過聲 波信號發生器發射聲波對催化劑顆粒進行擾動產生粉碎作用，實現顆粒的均一穩定的聚式 流態化；整體結構采用環隙結構，避免光照不勻而造成催化劑顆粒利用率低下問題，反應區 設計為環形結構，其厚度在20-80mm之間。本專利技術由聲波信號發生器、石英玻璃管、有機玻璃管、紫外燈、催化劑顆粒和氣體 分布板組成同軸體系，以紫外燈管軸心線為中心，依次將石英玻璃管、有機玻璃管嵌套， 紫外燈的燈管與石英玻璃管之間的環形空隙為進氣通道，石英玻璃管與有機玻璃管之間 的環形空隙為流化床反應區域；流化床底部的氣體預分布室底部位置安裝揚聲器，聲壓 級SPL為100-160dB，聲波頻率范圍為30-120HZ ；紫外燈功率為25-40W，輻射最大波長為 254-365nm ；用來激發半導體材料-納米二氧化鈦光催化劑(P25)，產生具有強氧化性能的羥基自由基或超氧負離子等；活性物質對吸附在催化劑表面的氣態污染物分子進行光催化 氧化，使其最終完全降解為沒有污染的小分子物質，如0)2和吐0等；在石英玻璃管與有機玻 璃管之間的流化床反應區內填充活性炭顆粒負載的納米二氧化鈦光催化劑，通入的待處理 氣流作為流化介質實現流態化，確保催化劑顆粒與光、污染物氣體分子充分接觸，達到光催 化降解的效果；由信號發生器、聲波放大器本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種聲光耦合環隙光催化流化床降解ＶＯＣｓ裝置，主體包括氣體出口、氣體入口、進氣口預分布板或內環與催化劑顆粒擋板或外環、有機玻璃管、石英玻璃管、紫外燈、反應器進氣分布板、燈管安裝底座、測試端口、揚聲器、風機、氣體配置裝置、聲波放大器和信號發生器，以及氣體收集室、氣體預混合室、進氣通道、環隙流化床反應區和氣體分布室；其特征在于氣體出口位于反應器氣體收集室的頂部中心位置，氣體入口穿過氣體收集室側壁連接于反應器氣體預混合室的側壁位置，氣體預混合室嵌套在氣體收集室內；整體式環形多孔板集成進氣分布板與催化劑顆粒擋板，催化劑顆粒擋板與氣體收集室和氣體預混合室器壁固定；整體式環形多孔板內環為進氣預分布多孔板，使氣體和聲波均勻進入流化體系，外環為催化劑顆粒擋板，使催化劑顆粒不隨載氣流出反應器；石英玻璃管同軸嵌套于有機玻璃管內，石英玻璃管和有機玻璃管上端分別與催化劑顆粒擋板內周和外周邊緣對齊相接，石英玻璃管與有機玻璃管下端分別與環形氣體分布多孔板式的反應器進氣分布板的內外邊緣相接，構成的柱狀環形區域為流化床反應區，催化劑顆粒填充于反應區內；紫外燈位于石英玻璃管的中軸線上，紫外燈的燈管上端電源插座固定在整體式環形氣體多孔板式的反應器進氣分布板的中心處，下端電源插座固定于氣體預分布室的底部中心位置，便于安裝與拆卸，采用彈簧套筒安裝體系固定；紫外燈與石英玻璃管構成的柱狀環形區域為氣體進入反應器的進氣通道，進氣通道與氣體預分布室連通；環形氣體分布多孔板式的反應器氣體分布板內環直徑為１６０－２２０ｍｍ，外環直徑為２００－２６０ｍｍ，板面開孔直徑為３－５ｍｍ，開孔率為３－５％；測試端口位于有機玻璃管側壁，用于測定床層壓力和顆粒流速；揚聲器安裝于氣體預分布室的底部，距離分布板為８－１５ｍｍ，并與聲波放大器、信號發生器直接相連，聲波放大器與信號發生器均置于流化床體系之外；進氣預分布室位于流化床反應器進氣口預分布板下方使流化氣體均勻進入分布板，進氣預分布室正下方底部安裝聲場發生系統，聲波信號發生器發射聲波對催化劑顆粒進行擾動產生粉碎作用，實現顆粒的均一穩定的聚式流態化；整體結構采用環隙結構，避免光照不勻而造成催化劑顆粒利用率低，反應區設計為環形結構，其厚度在２０－８０ｍｍ之間。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：郭慶杰，耿啟金，劉永卓，
申請(專利權)人：青島科技大學，
類型：發明
國別省市：95[中國|青島]
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