葡萄糖近等温水热碳化的连续反应器性能预测：基于批次动力学的转化机制研究

这篇研究通过对比批次与连续反应器中葡萄糖近等温水热碳化（HTC）的反应动力学，建立了基于批次实验的动力学模型，并首次采用隔离模型（segregation model）预测连续反应器的转化率（94.80% vs 批次96.30%）。研究创新性地设计了带挡板的活塞流连续反应器系统（0.30 L/min通量），解决了传统批次反应器加热延迟和非等温问题，为湿生物质（如5-HMF中间体）的工业化转化提供了关键数据支持。

　　

亮点

本研究首次将甲基蓝示踪技术应用于连续HTC反应器的停留时间分布（RTD）分析，揭示非理想流动对葡萄糖转化效率的影响机制。

葡萄糖批次反应器HTC实验

实验在230℃的帕尔反应器（Parr reactor）中进行，采用带电加热夹套的1.8L不锈钢压力罐。通过改进进料端口设计，葡萄糖水溶液（10 g/L）能在15秒内达到反应温度，实现真正的近等温条件（±2℃波动）。这种设计克服了传统钢制反应器长达30分钟的升温延迟问题。

水热炭组成表征

对比批次与连续反应器产物发现：连续系统生成的氢炭（hydrochar）碳含量达64.2%（批次为63.8%），且具有更均匀的微球结构。FTIR分析显示两者均保留大量羟基（-OH）和羧基（-COOH），但连续反应器的芳香化程度更高（1600 cm^-1峰强度增加17%）。

结论

通过建立包含5-HMF中间体的准一级动力学模型，成功预测连续反应器性能（误差<3%）。挡板式活塞流设计使实际停留时间（13.25分钟）接近理论值，但RTD分析显示仍有15%流体存在返混现象。该研究为生物质废弃物（如CO₂富集型原料）的连续化处理提供了工程优化方向。