固定床生物反應器

1、淺談固定床生物反應器及其應用123固定床反應器概論凡是流體通過固定的凡是流體通過固定的固體物料固體物料所形成的床層而進行反應的裝所形成的床層而進行反應的裝置都稱作置都稱作。如：氣如：氣-固相催化反應器、固相催化反應器、 氣氣-固相非催化反應器。固相非催化反應器。固體物通常呈顆粒固體物通常呈顆粒狀，粒徑狀，粒徑215mm左左右，堆積成一定高右，堆積成一定高度或厚度的床層。度或厚度的床層。床層靜止不動，流床層靜止不動，流體通過床層進行反體通過床層進行反應。應。固定床反應器的優(yōu)點1、實現(xiàn)、實現(xiàn)或或使用生物催化劑，提高了生產(chǎn)效率。使用生物催化劑，提高了生產(chǎn)效率。2、方便于將、方便于將與與系相系相。3、

2、單位反應器體積固定化生物催化劑裝填密度高、反應器內、單位反應器體積固定化生物催化劑裝填密度高、反應器內底物濃度處于較高水平，具有底物濃度處于較高水平，具有的的和和。固定床反應器的優(yōu)點4、固定床對固定化催化劑具有、固定床對固定化催化劑具有。5、反應器、反應器。固定床反應器的缺點 液體流速較液體流速較，導致其傳遞速率較，導致其傳遞速率較。 床層阻力較大，特別是當固定化生物催化劑床層阻力較大，特別是當固定化生物催化劑 顆粒較小時，易產(chǎn)生顆粒較小時，易產(chǎn)生和和現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 反應過程中床層溫度、反應過程中床層溫度、pH。 底物和產(chǎn)物存在底物和產(chǎn)物存在分布。分布。 徑向可能存在徑向可能存在分布，易產(chǎn)生分布

3、，易產(chǎn)生。 根據(jù)反應器內根據(jù)反應器內上的差別，上的差別，固定床反應器分為：固定床反應器分為： 反應體系多為反應體系多為液液- -固兩相體系，固兩相體系，液體通過床層空液體通過床層空隙而流動，床層隙而流動，床層壓力較大。壓力較大。床層軸向常會存在床層軸向常會存在宏觀混合，即返混。宏觀混合，即返混。床層內可能存在床層內可能存在反應物系的擴散反應物系的擴散對反應速率的限對反應速率的限制作用。制作用。反應物系沿床層反應物系沿床層軸向位置而變化。軸向位置而變化。填充床生物反應器帶循環(huán)的填充床反應器 為了提高液相為了提高液相和固相催化劑之間和固相催化劑之間的傳遞系數(shù)，必須的傳遞系數(shù)，必須使液體高速地通過使

4、液體高速地通過床層，為此常采用床層，為此常采用液體物料循環(huán)的方液體物料循環(huán)的方法。法。簡介特點應用滴流床反應器 滴流床反應器滴流床反應器(TBR)，又稱渦流床，又稱渦流床反應器。包含氣液反應器。包含氣液固三相。固三相。1、液體以較小的流量由上向下流動，并在固定、液體以較小的流量由上向下流動，并在固定化催化劑顆粒的表面形成液膜。化催化劑顆粒的表面形成液膜。2、氣體則以逆流或并流方式連續(xù)通過床層空隙、氣體則以逆流或并流方式連續(xù)通過床層空隙而進行流動。而進行流動。3、固定化顆粒雖被液相所濕潤，但卻未被液體、固定化顆粒雖被液相所濕潤，但卻未被液體所浸沒。所浸沒。 滴流床反應器廣滴流床反應器廣泛應用于污

5、水的好泛應用于污水的好氧處理，如活性污氧處理，如活性污泥處理。還應用于泥處理。還應用于廢氣的處理。廢氣的處理。滴流床反應器 按按床層與外界的傳熱方式床層與外界的傳熱方式分類，可有以下幾類：分類，可有以下幾類：單段絕熱式固定床反應器特點：特點：反應器結反應器結構簡單，生產(chǎn)能構簡單，生產(chǎn)能力大。力大。缺點：缺點：反應過程反應過程中溫度變化較大。中溫度變化較大。適合熱效應不大、適合熱效應不大、反應對溫度的要求反應對溫度的要求較寬的反應。較寬的反應。床內沒有換熱裝置床內沒有換熱裝置絕熱式固定床反應器多段絕熱式固定床反應器 根據(jù)段間反應根據(jù)段間反應氣體的冷卻或加熱氣體的冷卻或加熱方式，多段絕熱床方式，多

6、段絕熱床又分為中間間接換又分為中間間接換熱式和冷激式。熱式和冷激式。特點特點：催化劑床層催化劑床層 的溫度波動小。的溫度波動小。缺點缺點：結構較復雜，催結構較復雜，催 化劑裝卸比較困化劑裝卸比較困 難難 。多段絕熱式固定床反應器列管式固定床反應器 由多根反應管并聯(lián)構成。管內或管間置催化劑，由多根反應管并聯(lián)構成。管內或管間置催化劑，載熱體流經(jīng)管間或管內進行加熱或冷卻，管徑通常載熱體流經(jīng)管間或管內進行加熱或冷卻，管徑通常在在2550mm之間，管數(shù)可多達上萬根。之間，管數(shù)可多達上萬根。列管式固定床反應器固定床反應器的應用123固定床反應器的應用 利用滴流床反應器制備生物柴油的研究 目前制備生物柴油一

7、般目前制備生物柴油一般采用間歇式攪拌釜，該工藝采用間歇式攪拌釜，該工藝存在原料消耗大、反應耗能存在原料消耗大、反應耗能大及反應效率低等問題。張大及反應效率低等問題。張冠杰等人首次采用自制的滴冠杰等人首次采用自制的滴流床反應器進行醇解反應制流床反應器進行醇解反應制備生物柴油，實現(xiàn)了改善反備生物柴油，實現(xiàn)了改善反應物接觸狀況、降低能耗及應物接觸狀況、降低能耗及連續(xù)生產(chǎn)等目的。連續(xù)生產(chǎn)等目的。自制滴流床反應器示意圖 首次采用自制的滴流床反應器進行醇解反首次采用自制的滴流床反應器進行醇解反應制備生物柴油，實現(xiàn)了改善應制備生物柴油，實現(xiàn)了改善反應物接觸狀況反應物接觸狀況、降低能耗降低能耗及及連續(xù)生產(chǎn)連續(xù)

8、生產(chǎn)等目的。通過初步核算該等目的。通過初步核算該新工藝的成本，并與間歇攪拌釜中醇解反應制新工藝的成本，并與間歇攪拌釜中醇解反應制備生物柴油的工藝比較，采用滴流床反應器生備生物柴油的工藝比較，采用滴流床反應器生產(chǎn)生物柴油可增加產(chǎn)生物柴油可增加 22 22的稅利，的稅利，降低降低了生物柴了生物柴油的油的生產(chǎn)成本生產(chǎn)成本，具有很大的經(jīng)濟效益。，具有很大的經(jīng)濟效益。漆酶填充床反應器深度處理造紙廢水 目前國內制漿造紙廠綜合廢水處理工程一般采用一級目前國內制漿造紙廠綜合廢水處理工程一般采用一級沉降，二級生化的處理方法，這是治理綜合廢水較為成熟沉降，二級生化的處理方法，這是治理綜合廢水較為成熟的技術，但仍存

9、在排放污水色度較大、的技術，但仍存在排放污水色度較大、COD、Cr相對較高相對較高的問題。的問題。 漆酶具有較強的催化氧化性能，用漆酶對生化后的造漆酶具有較強的催化氧化性能，用漆酶對生化后的造紙廢水進行處理，在介體存在下，漆酶可分解為木素酚型紙廢水進行處理，在介體存在下，漆酶可分解為木素酚型結構與非酚型結構，將木素基團分解為小分子的聚合物，結構與非酚型結構，將木素基團分解為小分子的聚合物，降低廢水的降低廢水的COD、Cr和色度；同時廢水的生化性再次提高，和色度；同時廢水的生化性再次提高，可繼續(xù)進行生物處理（好氧、厭氧處理），進一步提高廢可繼續(xù)進行生物處理（好氧、厭氧處理），進一步提高廢水的處理

10、效果。水的處理效果。漆酶漆酶(Laccases)是一種結合多是一種結合多個銅離子的蛋白質，屬于銅藍個銅離子的蛋白質，屬于銅藍氧化酶，存在菇、菌及植物中。氧化酶，存在菇、菌及植物中。漆酶可存活于空氣中，發(fā)生反漆酶可存活于空氣中，發(fā)生反應后唯一的產(chǎn)物就是水，因此應后唯一的產(chǎn)物就是水，因此本質上是一種環(huán)保型酵素。本質上是一種環(huán)保型酵素。 填充床漆 酶反應器恒流泵 廢水容器 空氣泵 填充床漆酶反應器系統(tǒng)流程圖填充床漆酶反應器系統(tǒng)流程圖固定化多酚氧化酶填充床反應器連續(xù)制備茶黃素 王斌等人結合了生物反應器首次進行茶黃素連王斌等人結合了生物反應器首次進行茶黃素連續(xù)制備根據(jù)固定化多酚氧化酶的特性，利用弱酸性續(xù)

11、制備根據(jù)固定化多酚氧化酶的特性，利用弱酸性陽離子交換樹脂固定化多酚氧化酶在自制填充床反陽離子交換樹脂固定化多酚氧化酶在自制填充床反應器上連續(xù)化制備茶黃素取得成功，組成填充床反應器上連續(xù)化制備茶黃素取得成功，組成填充床反應器以探索在不引入化學試劑污染物的情況下重復應器以探索在不引入化學試劑污染物的情況下重復利用反應媒介連續(xù)化制備茶黃素的條件。利用反應媒介連續(xù)化制備茶黃素的條件。 填充床反應器連續(xù)制備茶黃素實驗裝置填充床反應器連續(xù)制備茶黃素實驗裝置 劉則華等人利用多孔微生物載體固劉則華等人利用多孔微生物載體固定床生物反應器進行污水處理，經(jīng)實驗定床生物反應器進行污水處理，經(jīng)實驗表明，該方法由于處理水

12、中表明，該方法由于處理水中 SS（懸?。☉腋∥餄舛龋┪餄舛龋?能夠控制在很低的水平，處理能夠控制在很低的水平，處理工藝不需二沉池，不需處理剩余污泥，工藝不需二沉池，不需處理剩余污泥，也無膜污染問題。因該工藝可以減少占也無膜污染問題。因該工藝可以減少占地面積，降低建設費用和處理費用，具地面積，降低建設費用和處理費用，具有比普通生物膜法和膜生物反應器的競有比普通生物膜法和膜生物反應器的競爭優(yōu)勢。爭優(yōu)勢。1 戚以政戚以政.生物反應動力學與反應器生物反應動力學與反應器M.北京：化學工業(yè)出版社，北京：化學工業(yè)出版社， 2007,284-297.2 張冠杰張冠杰.利用滴流床反應器制備生物柴油的研究利用滴流床反應器制備生物柴油的研究D.南京工業(yè)大南京工業(yè)大 學，學，2004.3 鄭璞鄭璞,倪曄等倪曄等.填充床反應器中固定化假單胞菌細菌連續(xù)制備填充床反應器中固定化假單胞菌細菌連續(xù)制備L-瓜瓜 氨酸氨酸J.食品與生物技術學報食品與生物技術學報,2008,27(5):33-38.4 刑智強刑智強,張安龍等張安龍等.漆酶填充床反應器深度處理造紙廢水漆酶填充床反應器深度處理造紙廢水J.環(huán)保與環(huán)保與 綜合利用綜合利用,2012,31(12):47-50.5 劉婷婷劉婷婷,鄧利等鄧利等.填充床反應器中酶法合成生物蠟酯填充床反應器中酶法合成生物蠟酯J.化工進化工進 展展,20