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超临界水氧化甲醇反应动力学模型

王毓  
【摘要】:超临界水氧化法是一种处理有机废水的新兴氧化技术。本文比较详细地讨论了超临界水的各种物理化学性质(包括氢键、密度、热导率、扩散系数等)以及超临界水氧化技术的显著特点、超临界水氧化技术的工业应用和技术展望。并对国内外有关超临界水氧化降解有机污染物的研究工作(降解效率、影响因素、氧化动力学和反应机理等)和超临界水氧化反应中水的作用等方面进行比较全面地综述。 为了深入研究超临界水氧化有机污染物的动力学模型,本文选取甲醇作为超临界水氧化的研究对象。根据超临界水氧化甲醇的反应机理,运用质量守恒原理和似稳态假定,建立超临界水氧化甲醇的动力学模型。在超临界水氧化甲醇的动力学模型中有23个动力学参数(反应速率常数),其中21个动力学参数能从文献中查知或者通过公式计算得到,剩下的2个动力学参数用实验数据关联动力学模型得到。通过运用Matlab Version 6.1版软件包编程求解出这2个未知的动力学参数, 这两个动力学参数分别为:k3/的Ab为5.48×1013 cm3/mol·s,Ea为1882.7cal/mol,n为0;k5/Ab为7.33×1014 cm3/mol·s,Ea为60063.1cal/mol,n为0。用建立的动力学模型计算超临界水氧化甲醇反应中甲醇、甲醛、CO和CO2的浓度,并将计算值与实验值进行比较。结果表明,计算值与实验值能较好的吻合,并分析造成误差的原因。 为研究超临界水氧化甲醇反应中各反应组份的变化过程,并为超临界水氧化技术的工业化设计提供一个理论的指导,需对超临界水氧化甲醇过程进行模拟。用建立的超临界水氧化甲醇的动力学模型分别计算出在两种反应条件 WP=3 (t=554℃,P=25MPa,[CH3OH]0=6.6×10-7mol/L,[O2]0=2.5×10-6mol/L,[H2O]0=4.34×10-3mol/La和t=590℃,P=25MPa,[CH3OH]0=5.3×10-7mol/L,[O2]0=2.1×10-6mol/L,[H2O]0=4.03×10-3mol/L)下超临界水氧化甲醇反应中甲醇、甲醛、CO和CO2的浓度随时间的变化关系,并作图分析了甲醇、甲醛、CO和CO2的浓度随时间的变化趋势以及甲醛、CO、CO2的产率随甲醇转化率的变化趋势:(1)超临界水氧化甲醇反应对反应温度非常敏感,当反应温度一升高,超临界水氧化甲醇反应就越剧烈,所需反应时间就越少。(2)尽管反应温度不一样,所需的反应时间也不一样,但是甲醇、甲醛、CO和CO2的浓度随反应时间的变化趋势是相同。甲醇的浓度随反应时间的增加而不断减少,最终变为零;甲醛的浓度先随反应时间的增加而增加,达到一个最大值后就不断减少,最终变为零;CO的浓度随反应时间的增加而不断增加,达到一个最大值后略微减少,直到反应结束;CO2的浓度随反应时间的增加而不断增加,直到反应结束。


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