DE19500802A1 - Photochemical reactor for treating fluids, esp. aq. liquids - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Bestrahlungsvorrichtung in Form eines Rohrreaktors zum Erzeugen photochemischer Re aktionen in Medien, insbesondere in wäßrigen bzw. was serhaltigen Flüssigkeiten, mit mindestens einer eine elektrische Gasentladung in einem Entladungsraum erzeu genden photochemischen Strahlungsquelle, deren Strahlung die in mindestens einem Rohr vorbeiströmende Flüssigkeit im Einwirkungsbereich der Strahlungsquelle durchsetzt.The invention relates to an irradiation device in Form of a tubular reactor for generating photochemical Re actions in media, especially in aqueous or what liquids containing at least one generate electrical gas discharge in a discharge space ing photochemical radiation source, its radiation the liquid flowing past in at least one tube penetrated in the area of influence of the radiation source.
Bestrahlungsvorrichtungen der eingangs genannten Art, bei denen eine längserstreckte UV-Lampe auf ein oder mehrere flüssigkeitsführende parallele bzw. schraubenlinienförmig geführte Rohrleitungen aus UV-transparentem Material ein wirkt, sind in vielen Ausführungsformen bekannt. Solche Rohrreaktoren werden beispielsweise zur Herstellung hoch reiner Flüssigkeiten verwendet, die frei von organischen Verunreinigungen sein müssen. Derartige hochreine Flüs sigkeiten werden u. a. bei der Halbleiterherstellung sowie bei der chemischen Synthese und bei organischen Spuren analysen benötigt. Zur Herstellung hochreiner Flüssigkei ten sind Aufbereitungsanlagen bekannt, die häufig externe Oxidationsmittel wie Ozon, Wasserstoffperoxid oder Peroxosalze zur Zerstörung der organischen Verunreinigun gen einsetzen. Die Wirkung dieser Oxidationsmittel kann durch UV-Strahlung zusätzlich aktiviert werden. Die voll ständige Oxidation der organischen Verunreinigungen setzt voraus, daß das Oxidationsmittel ein hinreichend hohes Oxidationspotential besitzt und daß dieses möglichst ef fektiv in die zu behandelnde Flüssigkeit übertragen wer den kann.Irradiation devices of the type mentioned, at which an elongated UV lamp on one or more liquid-carrying parallel or helical guided pipes made of UV-transparent material acts, are known in many embodiments. Such For example, tubular reactors are high for production pure liquids are used that are free of organic Impurities must be. Such high-purity rivers liquids are a. in semiconductor manufacturing as well in chemical synthesis and organic traces analysis needed. For the production of high purity liquids Processing plants are known, often external Oxidizing agents such as ozone, or hydrogen peroxide Peroxo salts to destroy organic contaminants insert gene. The effect of these oxidizers can can also be activated by UV radiation. The full constant oxidation of organic contaminants ahead that the oxidizing agent is sufficiently high Has oxidation potential and that this is as ef as possible effectively transferred into the liquid to be treated that can.
Auf die externe Zugabe eines Oxidationsmittels kann aber u. U. verzichtet werden, wenn die Flüssigkeit einer Strah lung ausgesetzt wird, deren Intensität ausreicht, das in der Flüssigkeit vorhandene Wasser radiolytisch in Wasser stoff und oxidationsaktive Sauerstoffspezies zu zerlegen. In einer vorbekannten Bestrahlungsvorrichtung wird dies dadurch erreicht, daß ein Quecksilber-Niederdruckstrahler in der unmittelbaren Umgebung eines UV-transparenten Roh res angeordnet wird, in dem die Flüssigkeit strömt. Al lerdings kann bei vielen Quecksilber-Niederdruckstrahlern nur die Hauptemissionsbande von 254 nm in die Flüssigkeit eindringen, da die an sich vorhandene Doppelbande bei 185 nm durch die physikalische Trennung zwischen Strahler und der zu bestrahlenden Flüssigkeit (z. B. durch Glaswan dungen, Gasräume, Flüssigkeiten) weitgehend abgeschirmt wird. Für radiolytische Zersetzung von Wasser kommt je doch nur die Doppelbande bei 185 nm in Frage, da nur diese die notwendige Energie von 645 kJ/mol besitzt und damit über der Dissoziationsenthalpie von Wasser (503 kJ/mol) liegt, während die Energie der Hauptemissi onsbande von 254 nm nur bei 469 kJ/mol liegt.The external addition of an oxidizing agent can u. U. be waived if the liquid of a jet is suspended, the intensity of which is sufficient in the liquid present water radiolytically in water decompose substance and oxidation-active oxygen species. In a previously known radiation device, this is done thereby achieved that a low-pressure mercury lamp in the immediate vicinity of a UV-transparent raw res is arranged in which the liquid flows. Al However, many low-pressure mercury lamps can only the main emission band of 254 nm into the liquid penetrate because the existing double band at 185 nm due to the physical separation between the emitters and the liquid to be irradiated (e.g. by glass wall applications, gas rooms, liquids) are largely shielded becomes. For radiolytic decomposition of water comes ever but only the double band at 185 nm in question, since only it has the necessary energy of 645 kJ / mol and thus over the enthalpy of dissociation of water (503 kJ / mol), while the energy of the main emissi band of 254 nm is only 469 kJ / mol.
Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, eine Be strahlungsvorrichtung der eingangs genannten Art so aus zubilden, daß eine möglichst effektive Ausnutzung der durch die elektrische Gasentladung erzeugten Strahlung, insbesondere der Doppelbande bei 185 nm, möglich wird. The invention is based on the task, a loading radiation device of the type mentioned above educate that the most effective use of the radiation generated by the electrical gas discharge, especially the double band at 185 nm.
Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß das die Flüssigkeit führende Rohr innerhalb des Entladungs raumes der photochemischen Strahlungsquelle angeordnet ist. Dadurch kann die Entladung mit ihren Strahlungsan teilen unmittelbar auf das flüssigkeitsführende Rohr ein wirken, wobei auch die Doppelbande bei 185 nm in die strömende Flüssigkeit eindringt.This is achieved according to the invention in that the the liquid carrying tube inside the discharge arranged space of the photochemical radiation source is. This allows the discharge with its radiation divide immediately on the liquid-carrying pipe act, with the double band at 185 nm in the flowing liquid penetrates.
Eine solche Bestrahlungsvorrichtung kann zweckmäßig so aufgebaut sein, daß die photochemische Strahlungsquelle ein Quecksilber-Niederdruckstrahler ist und daß das Rohr aus einem UV-durchlässigen, unter den Bedingungen inner halb des Entladungsraumes beständigen Material besteht.Such an irradiation device can expediently do so be built up that the photochemical radiation source is a low pressure mercury lamp and that the tube from a UV-permeable, under the conditions inside resistant material exists half of the discharge space.
Zweckmäßig können im Entladungsraum der Gasentladung zwei bzw. mehrere flüssigkeitsführende dünne Rohre angeordnet sein. Das die Flüssigkeit führende Rohr bzw. die Rohre können zweckmäßig aus hochreinem Quarzglas (Kieselglas) bestehen, welches in den Glasmantel der photochemischen Strahlungsquelle eingeschmolzen ist.Two can expediently be in the discharge space of the gas discharge or arranged several liquid-carrying thin tubes his. The pipe or pipes carrying the liquid can be made of high-purity quartz glass (silica glass) exist, which in the glass jacket of the photochemical Radiation source is melted.
Eine andere gegebenenfalls zweckmäßige Ausbildung kann vorsehen, daß die Wandflächen der Strahlungsquelle ver spiegelt, vorzugsweise innenverspiegelt, ausgebildet sind. Diese Innenverspiegelung kann vorteilhaft aus Sil ber, Aluminium oder dergleichen bestehen und wird bei spielsweise durch Bedampfung aufgebracht. Eine solche In nenverspiegelung läßt sich auf der Innenwandfläche der rohrförmigen Strahlungsquelle vorteilhaft vor dem Einbau der Elektroden anbringen.Any other appropriate training can provide that the wall surfaces of the radiation source ver reflects, preferably internally mirrored, formed are. This internal mirroring can advantageously be made of sil About, aluminum or the like and is for example, applied by vapor deposition. Such In nenversiegelung can be on the inner wall surface of the tubular radiation source advantageous before installation attach the electrodes.
Bei einer anderen gegebenenfalls zweckmäßigen Ausbildung kann vorgesehen sein, daß die photochemische Strahlungs quelle mit dem in ihrem Entladungsraum liegenden Rohr bzw . . Rohren von einem Ummantelungsbehälter umgeben ist. In another, if appropriate, appropriate training can be provided that the photochemical radiation source with the tube lying in its discharge space respectively . . Pipes is surrounded by a jacket container.
Dieser Ummantelungsbehälter kann zweckmäßig verschlossen oder durchströmbar ausgebildet sein. Durch die verschlos sene Ausbildung wird die Ozonbildung verhindert. Bei ei nem durchströmbaren Ummantelungsbehälter kann gegebenen falls ein Kühlmedium hindurchgeleitet werden.This casing container can be appropriately closed or designed to be flowable. Through the locked oene formation is prevented. With egg Nem flowable jacket container can be given if a cooling medium is passed through.
Bei der durchströmbaren Ausbildung können aber auch vor teilhaft zusätzlich Photoreaktionsprodukte, beispiels weise Ozon aus Sauerstoff, gebildet werden.In the flowable training can also be done partly additional photoreaction products, for example wise ozone from oxygen.
Eine weitere wichtige Ausnutzung des durchströmbaren Um mantelungsbehälters ist die Reinigung von Gasen durch Oxidation vor organischen Nebenbestandteilen, z. B. die Entfernung von Methan aus Stickstoff.Another important use of the flow-through order jacket is the cleaning of gases through Oxidation before organic secondary components, e.g. B. the Removal of methane from nitrogen.
Der Ummantelungsbehälter kann in verschiedener Form und aus verschiedenen Werkstoffen ausgebildet sein. Eine zweckvolle Ausbildung kann vorsehen, daß der Ummante lungsbehälter aus Weichglas besteht und mit mindestens einem Rohr stirnseitig verschmolzen ist.The casing container can be in various shapes and be made of different materials. A Appropriate training can provide that the ummante lung container is made of soft glass and with at least a tube is fused on the face.
Zur gleichmäßigen Verteilung und/oder Stabilisierung der Gasentladungen können zusätzlich ein oder mehrere Elek troden innerhalb des Entladungsraumes vorgesehen sein, an die entsprechende Potentiale gelegt werden.For even distribution and / or stabilization of the Gas discharges can additionally one or more elec troden be provided within the discharge space the corresponding potentials are laid.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegen standes der Erfindung schematisch dargestellt; Es zeigen:In the drawing is an embodiment of the counter state of the invention is shown schematically; Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Bestrahlungsvor richtung, Fig. 1 a longitudinal section through a device Bestrahlungsvor,
Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 2 is a cross section along the line II-II in Fig. 1,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Bestrahlungsvor richtung gemäß der Erfindung in alternativer Ausbildung. Fig. 3 shows a longitudinal section through an irradiation device according to the invention in an alternative embodiment.
In den Fig. 1 und 2 ist ein Ummantelungsbehälter 1 dargestellt, welcher einen Einlaß 2 und einen Auslaß 3 aufweist. Im Innern des Ummantelungsbehälters 1 befindet sich als photochemische Strahlungsquelle ein U-förmig ab gebogener Quecksilber-Niederdruckstrahler 4, der zwei rohrförmige parallele Schenkel 5, 6 aufweist. In diesen längserstreckten Schenkeln 5, 6 ist jeweils ein dünnes Rohr 7, 8 aus hochreinem Quarzglas eingeschmolzen, welches die zu bestrahlende Flüssigkeit aufnimmt.In Figs. 1 and 2, a sheath container 1 is shown having an inlet 2 and an outlet 3. Inside the casing container 1 there is a U-shaped mercury low-pressure radiator 4 , bent as a photochemical radiation source, which has two tubular parallel legs 5 , 6 . A thin tube 7 , 8 made of high-purity quartz glass is melted into each of these elongated legs 5 , 6 and holds the liquid to be irradiated.
Der Ummantelungsbehälter 1 besteht aus Weichglas und ist mit Anschlußbuchsen 9, 10, 11, 12 nach chromatographi scher Norm versehen. Gleichartige Anschlußbuchsen sind auch am Einlaß 2 und am Auslaß 3 vorgesehen, die gegebe nenfalls mit Blindstopfen verschlossen werden können, so daß sowohl ein Betrieb mit geschlossenem Ummantelungsbe hälter als auch mit durchströmbarem Ummantelungsbehälter möglich ist.The casing container 1 is made of soft glass and is provided with connecting sockets 9 , 10 , 11 , 12 according to the chromatographic standard. Similar connection sockets are also provided at the inlet 2 and the outlet 3 , which can be closed with blind plugs if necessary, so that both operation with a closed Ummantelungsbe container and with flowable jacket container is possible.
Die Anschlußbuchsen 9, 10 und 11, 12 sind über flexible Verbindungsleitungen 13, 14 und 15, 16 aus Polytetra fluorethylen sowie durch Verbindungstücke 17, 18, 19, 20, gemäß chromatographischer Norm mit den Rohren 7, 8 ver bunden. Zum elektrischen Anschluß des Quecksilber-Nieder druckstrahlers 4 ist eine stirnseitige Steckeranschluß buchse 21 vorgesehen.The sockets 9 , 10 and 11 , 12 are via flexible connecting lines 13 , 14 and 15 , 16 made of polytetra fluorethylene and by connecting pieces 17 , 18 , 19 , 20 , according to the chromatographic standard with the pipes 7 , 8 connected. For the electrical connection of the low-pressure mercury lamp 4 , an end connector socket 21 is provided.
Der Ummantelungsbehälter 1 kann aus verschiedenen Werk stoffen wie Glas, Metall oder Kunststoff bestehen. Er weist bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform rechteckigen Querschnitt auf. Bei den verschiedenen Werk stoffen, aus denen der Ummantelungsbehälter hergestellt werden kann, sind gegebenenfalls auch andere Quer schnittsformen, z. B. Kreisform, verwendbar und zweckmä ßig.The casing container 1 can consist of various materials such as glass, metal or plastic. In the embodiment shown in FIG. 2, it has a rectangular cross section. In the various materials from which the jacket container can be made, other cross-sectional shapes, if necessary. B. circular shape, usable and functional.
Bei der vereinfachten Ausführung nach Fig. 3 ist auf den Ummantelungsbehälter verzichtet worden. Die Innenwandflä che des Quecksilber-Niederdruckstrahlers 4 ist mit einem spiegelnden Oberflächenbelag 22 versehen. Die nicht näher erläuterten Teile entsprechen der Ausführung nach Fig. 1.In the simplified embodiment according to FIG. 3, the casing container has been dispensed with. The inner wall surface of the low-pressure mercury lamp 4 is provided with a reflective surface covering 22 . The parts not explained correspond to the embodiment according to FIG. 1.
Eine solche Bestrahlungsvorrichtung der oben genannten Art kann vorzugsweise kontinuierlich betrieben werden, und hierbei läßt sich z. B. eine gleichbleibende Qualität der aufbereiteten Flüssigkeiten erzielen. Die Bestrah lungsvorrichtung kann vorteilhaft auch zur Einwirkung auf andere Medien bzw. fluide Substanzen oder Substanzge mische anstelle von Flüssigkeiten verwendet werden, z. B. für Gase.Such an irradiation device of the above Type can preferably be operated continuously, and here z. B. a constant quality of the processed liquids. The irradiated averaging device can advantageously also act on other media or fluid substances or substance mixes can be used instead of liquids, e.g. B. for gases.
Anstelle der häufig gebrauchten Bezeichnung "Quarzglas" ist zweckmäßiger "Silikatanhydridglas" zu setzen.Instead of the frequently used term "quartz glass" is more appropriate to put "silicate anhydride glass".
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