DE102005007771A1 - Fotoreaktor - Google Patents

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DE102005007771A1
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Christian Dr. Sattler
Christian Dr. Jung
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HIRSCHMANN LABORGERAETE GMBH & CO. KG, DE
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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Hirschmann Laborgerate & Co KG GmbH
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Hirschmann Laborgerate GmbH and Co KG
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Abstract

Der Fotoreaktor weist ein Rohrbündel (10) aus zahlreichen Kapillarrohren (11) auf, die von einem Reaktionsmedium durchströmt sind. Die Rohre (11) sind transparent. Mit Solarstrahlung oder künstlicher Strahlung wird auf das Reaktionsmedium eingewirkt, um eine fotochemische oder fotobiologische Behandlung durchzuführen. Das Rohrbündel (10) besteht aus mehreren Schichten. Die quer einfallende Strahlung gelangt durch die relativ dickwandigen Rohre bis in die äußerste Tiefe des Rohrbündels.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Fotoreaktor mit strahlungsdurchlässigen Rohren, die von einem Reaktionsmedium durchströmbar sind und von außen mit Licht bestrahlt werden.
  • Zur Detoxifizierung bzw. Entkeimung von durch Schadstoffe oder Mikroorganismen kontaminierten Fluiden werden fotochemische und fotobiologische Verfahren entwickelt. Bei allen diesen Verfahren werden durch photonische Anregung sauerstoffreiche Spezies wie Singulett-Sauerstoff, Hydroxyl- oder andere sauerstoffhaltige Radikale oder andere stark oxidierend wirkende Intermediate gebildet, die zum Abbau bzw. Inaktivierung der Schadstoffe bzw. Mikroorganismen führen.
  • Beispiele hierfür sind die photonische Aktivierung von Reagenzien wie beispielsweise Wasserstoffperoxid oder Caroat oder photokatalytische Verfahren wie die Halbleiterphotokatalyse beispielsweise mit Titandioxid oder die lichtverstärkte Fenton-Reaktion (Photo-Fenton-Reaktion).
  • Zur Durchführung werden neben elektrischen Lichtquellen, wie Gasentladungslampen, Glühlampen, fluoreszierende Lampen, Leuchtdioden oder Röhren, Excimerstrahler und Laser, auch die Sonne eingesetzt. Diese haben bei moderaten Investitionskosten jedoch geringe Wirkungsgrade, was hohe Kosten sowohl für die erforderliche elektrische Energie und für die Kühlung nach sich zieht. Zudem sind die Leuchtmittel vergleichsweise teuer und zudem kurzlebig. Durch die im Betrieb sich einstellenden hohen Leuchtmitteltemperaturen, hohen elektrischen Spannungen und Leistungen sowie die häufig eingesetzten toxischen Bestandteile, wie Quecksilberdampf, sind zudem hohe Aufwendungen für Sicherheitstechnik erforderlich.
  • Neben der besseren Nachhaltigkeit der letztgenannten Lichtquelle können sich aufgrund der im Vergleich kleineren Betriebskosten solarer Anlagen neben ökologischen auch finanzielle Anreize für den Einsatz des Sonnenlichtes identifizieren.
  • Zur Nutzung der Sonne als Lichtquelle für die vorgenannten Anwendungsfelder wurden verschiedene Receiver-Reaktor-Konzepte vorgestellt.
  • So ist in DE 198 44 037 A1 ein Flachbett-Receiver-Reaktor für solar-foto- und solar-thermochemische Synthesen beschrieben. Insbesondere bei hohen Konzentrationen oder großen Extinktionskoeffizienten der gelösten Substanzen oder bei stark getrübten Fluiden, wie Emulsionen oder Suspensionen, ist der Einsatz solcher Reaktoren mit vergleichsweise dicken Fluidschichten nachteilig. Die Eindringtiefe des Lichtes in die Reaktionsmischung fällt hier durch Lichtabsorption gemäß dem Lambert-Beerschen Gesetz sowie durch Lichtstreuung an den Partikeln bzw. Tropfen sehr gering aus.
  • Unter anderem zur Lösung dieses Problems wurden Fallfilmreaktoren erprobt (D. Bahnemann, M. Meyer, U. Siemon, D. Mencke, A Self-Sufficient PV Powered Solar Detoxification Reaktor for Polluted Waters, Proc. Int. Sol. Energy Conf. Solar Engineering – 1997, April 27–30, 1997, ASME, Washington D. C., 261–267: B. Braun, J. Ortner, K.-H. Funken, M. Schäfer, C. Schmitz, G. Horneck, M. Fasdni, Dye-Sensitized Solar Detoxification and Disinfection of Contaminated Water, Proc. 8th Int. Symp. Solar Thermal Concentrating Technologies, Vol. 3, C.F. Müller Verlag, Heidelberg (1997) 1391–1401). Nachteilig bei den Fallfilmen ist die Erfordernis großer Abdeckungen, die nur aufwändig zu fertigen sind. Darüber hinaus wird sehr viel Energie zum wiederholten Umpumpen der Reaktionsmischung über die Fallfilmfläche aufgewendet. Der atmosphärisch offene Betrieb von Fallfilmen wurde demonstriert, jedoch werden hier niedrigsiedende Substanzen unkontrolliert in die Umwelt entlassen.
  • Nicht lichtkonzentrierende Stegmehrfachplatten-Reaktoren, insbesondere Stegdoppelplatten-Reaktoren, die aus extrudierten lichtdurchlässigen Kunststoffen bestehen ( EP 0 738 686 A1 ) und so genannte CPC-Reaktoren (zusammengesetzte Parabolreaktoren) (beispielsweise J. I. Ajona, A. Vidal, The Use of CPC Collectors for Detoxification of Contaminated Water: Design, Construction and Preliminary Results, Solar Energy 68 (2000) 109–120), wurden für die solare Detoxifizierung kontaminierter Abwässer entwickelt und erprobt.
  • Diese Reaktorsysteme zeigen ähnliche Effizienzen (R. Dillert, R. Goslich, J. Dzengel, H.-W. Schuhmacher, D. Bahnemann, Field Studies of Solar Water Detoxification, Proc. 1st User Workshop Training and Mobility of Researchers Programme at Plataforma Solar de Almeria, Nov. 18–19, 1997, Almeria, Spain, Ser, Ponencias, Madrid (1998) 31–40). Es wurde jedoch gefunden, dass die Stegplatten-Reaktoren in erheblichem Maß zum Fouling neigen und ihre Effizienz im Vergleich zu CPC-Reaktoren rasch abnimmt. CPC-Reaktoren weisen den Nachteil auf, einen komplex geformten Reflektor zu erfordern. Die Investitionskosten sind für diese Reaktortechnik daher vergleichsweise hoch. Zudem können die Reflektoren optischer oder mechanischer Degradation unterliegen.
  • Linien- und punktfokussierende Konzentratoren wurden ebenfalls für die solare Detoxifizierung eingesetzt ( DE 434 41 63 A1 ). Diese nutzen jedoch nur die Direktstrahlung und nicht die besonders UV-Licht reiche Diffusstrahlung der Sonne. Durch die Lichtkonzentration werden zwar raschere Konzentrationsänderungen als mit nicht konzentriertem Sonnenlicht erzeugt, die reaktorbezogene solare Photonenausbeute ist jedoch vergleichsweise klein und die Behandlungskosten auch aufgrund der vergleichsweise hohen Investitionskosten dementsprechend groß.
  • Der Oberbegriff des Patentanspruchs 1 geht aus von einem Fotoreaktor mit transparenten Rohren, wie er in DE 100 09 060 A1 der Anmelderin beschrieben ist. Bei einem derartigen Fotoreaktor wurden ohne die Kombination mit Reflektoren ähnliche Abbauraten wie mit CPC-Kollektoren erzielt. Nachteilig ist auch hier das Verhältnis von Apertur zur Größe der inneren Oberfläche der Rohre. Durch entsprechende Vergrößerung kann die Reaktor-bezogene Photonenausbeute weiter gesteigert werden.
  • Der Nachteil des Standes der Technik besteht generell in der zu geringen Reaktor-bezogenen solaren Photonenausbeute. Insbesondere die Streuverluste bei der Verwendung von Suspensionen fein verteilter Photokatalysatoren beispielsweise auf Basis von Titandioxid führen bei den bisherigen Solarreaktorkonzepten zur ineffizienten Nutzung der eingestrahlten Photonen.
  • Die bekannten solaren Röhrenreaktoren sind darüber hinaus mit dem Nachteil behaftet, bei hoher Geschwindigkeit mit turbulenter Strömung betrieben zu werden, um das Absetzen von Trübstoffen bzw. suspendierten Fotokatalysatoren zu vermeiden.
  • Durch das Bewegen des gesamten Fluidstromes mit hoher Geschwindigkeit ist ein relativ großer Energieeinsatz zum Antrieb von Pumpen erforderlich. Müsste nur ein kleinerer Anteil des Fluides turbulent bewegt werden, wäre dies für die Wirtschaftlichkeit und die Ökobilanz einer solaren Fotoreaktoranlage vorteilhaft.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fotoreaktor zur Durchführung fotochemischer oder fotobiologischer Reaktionen wie Synthesen, Reinigungs-, Desinfektions- und Behandlungsverfahren zu schaffen, dessen Effektivität erhöht ist.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Hiernach sind die Rohre Kapillarrohre mit einem Innendurchmesser von weniger als 10 mm.
  • Durch den Einsatz von fluiddurchströmten Kapillarrohren bzw. Kapillarrohrbündeln treffen Teile des eingestrahlten Lichts nicht direkt in der gleichen Ebene des Kollektors auf das darin strömende Fluid. Ursache ist das im Vergleich zu den üblichen solaren Fotoreaktoren mit transparenten Rohren stark vergrößerte Verhältnis von Glasoberfläche zu dem Rohrinnen- bzw. Fluidvolumen. Die im Vergleich zum Stand der Technik pro Kollektorfläche und Kollektorvolumen zahlreicheren und stärkeren Glaswände der Kapillarrohre wirken daher in höherem Maße als Lichtleiter in tiefere Kollektorschichten.
  • In den tieferen Kapillarschichten trifft das Licht auf das Fluid, das bei den Reaktoren gemäß des Standes der Technik nicht oder nur sehr schwach mit Licht in Wechselwirkung treten kann. Darüber hinaus wird das aus diesen tieferen Schichten zurück gestreute Licht von darüber liegenden Kapillaren durch rückseitige Bestrahlung aufgenommen. In der Summe wird durch diese Effekte das auf die Apertur eingestrahlte Licht bei dem Kapillarreceiver effizienter genutzt als bei den Receiver-Reaktoren im Stand der Technik.
  • Die Rückstreuverluste des eingestrahlten Lichtes sind dementsprechend geringer als bei einer Anordnung von gewöhnlich dimensionierten transparenten Röhren oder bei den CPC-Kollektoren und insbesondere geringer gegenüber der Bestrahlung einer Fluidfläche wie in einem Stegplattenkollektor oder einem Fallfilmreaktor.
  • Hierdurch wird es ermöglicht, dünne Fluidschichten zu erhalten, in denen höhere Photonenströme als in entsprechenden Volumenkompartimenten anderer Fotoreaktoren bei gleicher Einstrahlung auf die Apertur erzielt werden. Hierdurch werden schnellere Konzentrationsänderungen in den Fluiden durch den photonischen Effekt erzielt.
  • Insbesondere bei dem Einsatz fester Fotokatalysatoren und besonders bei dem Einsatz fein verteilter Fotokatalysatoren oder bei der Bestrahlung anderer trüber Fluide, bei denen die Abschwächung des Lichtes innerhalb des Fluides außer durch das Lambert-Beersche Absorptionsverhalten in erheblichem Umfang durch Streuung bedingt wird, führen die oben beschriebenen Lichtwege in dem Kapillarreceiver zu erhöhter Effizienz.
  • Über die Vorteile bei der Bestrahlung von trüben Fluiden hinaus können auch Vorteile bei der Bestrahlung von klaren Fluiden mit reinem Lambert-Beerschen-Lichtabsorptionsverhalten erwartet werden. Durch die erheblich stärkere den Lichtstrahl aufweitende Wirkung der zahlreicheren und im Vergleich zu den zum Stand der Technik zählenden transparenten Glasrohrreaktoren stärker gekrümmten Kapillarrohre wird das Fluidvolumen bei vergleichbarer Einstrahlung mit geringeren Photonenströmen belichtet. Da viele photonisch ausgelöste Reaktionen bei höheren Photonenströmen beispielsweise durch Massentransferlimits ineffizienter werden, sind Steigerungen der Photonenausbeuten auch bei klaren Fluiden möglich.
  • Die Verwendung von Kapillarrohren ermöglicht eine größere innere Oberfläche des Reaktors.
  • Der Begriff „Kapillarrohr" umfasst im Rahmen der vorliegenden Erfindung Rohre mit einem Innendurchmesser von weniger als 10 mm und mit einer Wandstärke, die vorzugsweise mindestens 20% des Innendurchmessers beträgt. Solche Kapillarrohre ermöglichen eine größere innere Oberfläche des Reaktors im Verhältnis zum Flüssigkeitsvolumen. Die dickeren Glasrohrwände können als Lichtleiter fungieren.
  • Vorzugsweise sind die Kapillarrohre zu einem langgestreckten Rohrbündel vereinigt, das sich zwischen einer Einlasskammer und einer Auslasskammer erstreckt. Dabei entstehen zahlreiche dünne Fluidschichten, die effizient mit Licht versorgt werden. Die bei trüben Fluiden entstehende Streustrahlung wird von benachbarten Kapillarrohren eingefangen. Die zahlreichen dünnen Fluidschichten werden effizienter mit Licht versorgt. Durch die Strahlaufweitung an den inneren Oberflächen werden kleinere Photonenströme zugeführt, die auch bei klaren Fluiden höhere Photonenausbeute erwarten lassen.
  • Der Innendurchmesser der Kapillarrohre beträgt bevorzugt 1 bis 10 mm und insbesondere bevorzugt 1 bis 5 mm. Die Wandstärke der Kapillarrohre beträgt bevorzugt 0,1 bis 5 mm und besonders vorzugsweise 0,3 bis 3 mm. Das Verhältnis von Außendurchmesser zu Innendurchmesser der Kapillarrohre beträgt zwischen 20:1 und 2,5:1.
  • Die Länge der Kapillarrohre beträgt vorzugsweise 10 bis 150 cm, insbesondere 40 bis 100 cm, sowie höchst vorzugsweise 40 bis 60 cm.
  • Eine Betriebsweise sieht vor, dass die Kapillarrohre an ein turbulent durchströmtes Fluidzuführungssystem parallel angeschlossen werden und bei kleinerer Strömungsgeschwindigkeit bei laminarer bzw. annähernd laminarer Durchströmung das Fluid leiten. Dadurch wird der Druckabfall und dadurch auch der Energieaufwand für den Betrieb von Pumpen klein gehalten. Eine turbulente Durchmischung der Fluide wird in dem Zuführungssystem gewährleistet. Besonders vorteilhaft ist bei der Verwendung von Kapillarrohren über den bekannten Reaktorrohren mit großem Querschnitt, dass ein kleineres Fluidvolumen mit hohem Energieaufwand turbulent bewegt werden muss und dabei gemischt wird.
  • Eine Ausführungsform des Reaktors sieht vor, dass der Boden des Kapillarreceivers als Spiegel ausgeführt ist. Hierdurch wird die erforderliche Anzahl von Kapillarschichten zur Erzielung einer vollständigen Lichtabsorption verringert und darüber hinaus die Bestrahlung der Rückseiten der Kapillarrohre verstärkt. Die Gefahr des Fouling, insbesondere durch mikrobiellen Bewuchs, wird dadurch verkleinert.
  • Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass unterhalb der untersten Kapillarrohrschicht oder innerhalb der Kapillarrohrschicht Leuchtmittel wie Gasentladungslampen, Glühlampen, fluoreszierende Lampen oder Röhren, Leuchtdioden, Excimerstrahler oder auch Laser oder Lichtleiter zur Einkopplung von Strahlung aus dem Leuchtmittel oder von Sonnenlicht mit oder ohne die Kombination mit Diffusoren angebracht sind, um einen Hybridenbetrieb zu ermöglichen, also einen Betrieb wahlweise mit Solarenergie oder mit dem künstlichen Leuchtmittel.
    •
  • Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform des Fotoreaktors,
  • 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II von 1, und
  • 3 einen schematischen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform.
  • Der Fotoreaktor nach den 1 und 2 enthält ein Rohrbündel 10 aus zahlreichen langgestreckten parallelen Kapillarrohren 11 aus strahlungsdurchlässigem Material, insbesondere transparentem Material, wie Quarzglas. Die Darstellungen in den Zeichnungen sind nicht maßstäblich. Sie dienen lediglich der Erläuterung des generellen Aufbaus.
  • Die einen Enden der Kapillarrohre 11 sind an eine Einlasskammer 12 angeschlossen. Diese ist Bestandteil eines Gehäuses 13, das beispielsweise aus Kunststoff besteht. Die Enden des Kapillarrohrbündels sind in der Frontwand 14 des Gehäuses 13 vergossen, so dass die Frontwand 14 das Gehäuse 13 nach außen abdichtet, wobei die Einlasskammer 12 mit den Kapillarrohren in Fluidverbindung ist. Die Einlasskammer 12 weist einen Fluideinlass 15 auf. In der Einlasskammer 12 befindet sich ein Strömungsverteiler 16. Hierbei handelt es sich um eine Platte oder Abschottung mit Löchern. Der Fluidverteiler 16 bewirkt, dass in einer Vorkammer 17, an die die Rohrenden angrenzen, eine gleichmäßige Druckverteilung herrscht, so dass sämtliche Rohre gleichmäßig durchströmt werden. Dadurch wird verhindert, dass bei der Durchströmung diejenigen Rohre des Rohrbündels, die in der Mitte liegen, bevorzugt werden. Der Fluidverteiler 16 bewirkt ferner, dass die in der Einlasskammer 12 herrschende turbulente Strömung in eine annähernd laminare Strömung überführt wird.
  • An dem entgegengesetzten Ende des Rohrbündels 10 befindet sich die Auslasskammer 20. Diese weist ebenfalls ein Gehäuse 21 auf, in dessen Frontseite die Enden der Rohre eingegossen sind. Das Fluid verlässt die Auslasskammer 20 durch den Fluidauslass 22.
  • Aus 2 ist ersichtlich, dass das Rohrbündel 10 aus mehreren Schichten aufeinander liegender Kapillarrohre 11 besteht. Im vorliegenden Fall haben die Kapillarrohre 11 runden Querschnitt und sie sind in aufeinander folgenden Schichten jeweils auf Lücke angeordnet. Die Rohre können auch jegliche andere Querschnittsform haben, beispielsweise quadratischen oder sechseckigen Querschnitt. Vorzugsweise sind die Rohre einander dicht benachbart, wobei sie sich berühren können.
  • Im Gebrauch des Fotoreaktors wird ein Fluid durch die Kapillarrohre des Rohrbündels 10 geleitet, während das Rohrbündel der Solarstrahlung oder einer künstlich erzeugten Strahlung ausgesetzt wird, die von außen auf die Rohre einwirkt, beispielsweise auf die Oberseite 25 des Rohrbündels 10. Die Strahlung wird dabei durch die Wände der Kapillarrohre gebrochen und durch das Reaktionsmedium dispergiert. Auf diese Weise verteilt sich die Strahlung in das Innere des Rohrbündels hinein. An der Unterseite des Rohrbündels kann sich ein (nicht dargestellter) Reflektor befinden.
  • Das Rohrbündel 10 mit Einlasskammer 12 und Auslasskammer 20 bildet ein Modul, das als Einheit gehandhabt und montiert werden kann. Damit besteht die Möglichkeit, zahlreiche Module nebeneinander zu montieren und somit eine beliebig erweiterbare Fotoreaktoranlage zu schaffen.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel von 3 ist das Rohrbündel 10 in einer durchgehenden Wanne 30 angeordnet, die längslaufende Hakenprofile 31 aufweist, um an entsprechenden Halterungen eingehängt zu werden. Die Wanne 30 unterstützt die Kapillarrohre auf deren ganzer Länge. Der Wannenboden kann mit einer strahlungsreflektierenden Beschichtung versehen sein, ebenso wie die Seitenwände. Es besteht auch die Möglichkeit, die Wanne 30 aus transparentem Material herzustellen und sie von den Seiten oder vom Boden her zu beleuchten.

Claims (10)

  1. Fotoreaktor mit strahlungsdurchlässigen Rohren (11), die von einem Reaktionsmedium durchströmbar sind, von außen mit Licht bestrahlt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (11) Kapillarrohre mit einem Innendurchmesser von weniger als 10 mm sind.
  2. Fotoreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (11) eine Wandstärke von mindestens 20% des Innendurchmessers aufweisen.
  3. Fotoreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke mindestens 30% des Innendurchmessers beträgt.
  4. Fotoreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (11) einen zwischen einer Einlasskammer (12) und einer Auslasskammer (20) verlaufendes langgestrecktes Rohrbündel (10) bilden, dessen Abmessung in Richtung der Lichtstrahlung größer ist als das Doppelte des Außendurchmessers eines der Rohre.
  5. Fotoreaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (10) in Schichten angeordnet sind.
  6. Fotoreaktor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine parallel zu dem Rohrbündel (10) verlaufende Spiegelfläche vorgesehen ist.
  7. Fotoreaktor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlasskammer (12) und/oder die Auslasskammer (20) einen Strömungsverteiler (16) enthält.
  8. Fotoreaktor nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Rohre (11) in eine Wand (14) der Einlasskammer (12) und/oder der Auslasskammer (20) eingebettet sind.
  9. Fotoreaktor nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb oder außerhalb des Rohrbündels (10) eine Strahlungsquelle angeordnet ist, die die für die Fotoreaktion benötigte Strahlung liefert.
  10. Fotoreaktor nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrbündel (10) sowie die Einlasskammer (12) und die Auslasskammer (20) zu einer selbsttragenden Struktur zusammengefasst sind, die ein Modul zum Zusammenfügen einer größeren solaren Behandlungsanlage bildet.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009013255A1 (de) 2009-03-14 2010-09-16 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Reinigung leichtflüchtiger organischer Verbindungen
DE102010025366A1 (de) 2010-06-28 2011-12-29 Umex Gmbh Dresden Fotoreaktor
WO2024033597A1 (en) * 2022-08-12 2024-02-15 Grossman Scott Oliver Gas processing device

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102361687B (zh) * 2009-01-21 2015-05-13 巴斯夫欧洲公司 用于非催化或均相催化反应的管束反应器
WO2018038130A1 (ja) * 2016-08-26 2018-03-01 日本電気株式会社 化学反応装置、及びその製造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3554887A (en) * 1966-03-16 1971-01-12 Du Pont Photochemical apparatus and process
US4456512A (en) * 1982-03-10 1984-06-26 The Dow Chemical Company Photochemical reactor and method

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH266090A (fr) * 1944-10-24 1950-01-15 Patrick De Stoutz William Procédé pour le traitement des liquides à l'aide de radiations et appareil pour l'exécution de ce procédé.
CN1225337A (zh) * 1998-01-20 1999-08-11 金姬廷 通过电解作用减小水的粘度的方法
JP2001239257A (ja) * 2000-03-02 2001-09-04 Japan Organo Co Ltd 光触媒反応装置
GB0222875D0 (en) * 2002-10-03 2002-11-13 Laser Installations Ltd Apparatus for fluid treatment

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3554887A (en) * 1966-03-16 1971-01-12 Du Pont Photochemical apparatus and process
US4456512A (en) * 1982-03-10 1984-06-26 The Dow Chemical Company Photochemical reactor and method

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009013255A1 (de) 2009-03-14 2010-09-16 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Reinigung leichtflüchtiger organischer Verbindungen
DE102010025366A1 (de) 2010-06-28 2011-12-29 Umex Gmbh Dresden Fotoreaktor
WO2024033597A1 (en) * 2022-08-12 2024-02-15 Grossman Scott Oliver Gas processing device

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