固定床生物反应器的设计原理
《固定床反应器》PPT课件_OK
amC pG
JH
Qpr2 / 3 JH
(6-21)
Q
( H A )( rA )
amC pG
称为传热数
pr Cp
对气相：Pr = 0.6~1.0 ；液相：Pr = 2~400
是t 传热数Q、Pr 、Re的函数，见P167 关联图6-12。实际上，一般
均很t 小，催化剂外表面与气流主体的温度可看作为近似相等。
① 颗粒密度(又称假密度) :p包括粒内微孔在内的全部颗粒的密度。
② 骨架密度p(又称粒真子密体度粒积)子包质 : 括 粒量孔子容骨积架 （包mv括pp 粒内微孔）密度。
S
③ 床层密度S (又粒称子堆体密积粒度不 子) 包 质: 括 量 单孔位容体积积 催化vm剂骨p架床层具有的质量。
B
床层粒子总质量 mcat
=0.9；片状 =0.81；无定形颗粒 =0.9)； 催ts化剂外表面温度；
气tG流主体温度。
22
hp的计算可通过传热JH因子来关联：
JH
(
hp CpG
)(
Cp )23Fra bibliotekJH为传热因子，无量纲，传热因子的求取，书上推荐了3个公式：
BJH
2.876
(d pG / )
0.3023
(d pG / )0.35
11 对Cp液r 体3取ReCp2=2.6；对气体取C=4.0
(6-36)
aw 代表管壁附近流体横向混合的比例：对圆筒形固定床内表 面 a=w 0.054；对插入床层的圆管外表面 =a0w.041。
da
ap
a
为非球粒子外表面积
p
(6-2)
ap
d
2 a
11
设备固定床反应器课件
定期对反应器内部进行清洁，清理积料和 杂质，保持设备内部的清洁度。同时对设 备外部进行保养，保持设备的外观整洁。
更换配件
记录与报告
根据需要，定期更换设备的易损件和磨损 件，如密封圈、加热元件等，确保设备的 正常运行。
对设备的运行情况、维护保养情况、故障 处理情况等进行记录和报告，为设备的维 修和保养提供依据。
异常处理
在反应过程中出现异常情况时，应ห้องสมุดไป่ตู้即采取相应的处理措 施，如降低温度、停止进料、排放有害气体等，确保设备 和人员安全。
操作步骤
按照规定的操作步骤启动反应器，包括加热、加料、调节 参数等，并密切关注反应过程中的温度、压力、流量等关 键参数。
停机操作
在停机时，应按照规定的操作步骤进行，包括关闭加热、 停止进料、冷却设备等，同时做好设备的清洁和保养工作 。
在新能源领域的应用
固定床反应器在新能源领域主要 用于燃料电池和太阳能电池的生
产。
在燃料电池中，固定床反应器能 够实现高效能、低成本的氢气和
氧气分离。
在太阳能电池中，固定床反应器 能够用于硅片的加工和处理，提
高太阳能电池的转换效率。
03
设备固定床反应器的操作与维护
操作规程
启动前检查
在启动固定床反应器之前，应检查设备是否处于良好的工 作状态，包括检查各部件的紧固情况、润滑系统、阀门开 闭状态等。
在气固相催化反应中，固定床反应器能够提供良好的传质和传热性能，提高反应效 率。
在液固相非催化反应中，固定床反应器能够实现连续操作，提高生产效率和产品质 量。
在制药生产中的应用
固定床反应器在制药生产中主 要用于抗生素、生物制品和中 药的生产。
固定床反应器能够提供稳定的 生产条件，保证药品质量和安 全性。
固定床反应器.ppt
Topt R ln
(E2 E1) k0E1CA0 (1 xA)
k0 ' E2 (CR0 CA0xA )
0
T
( 1 1 ) R ln E2 Topt Te E2 E1 E1
对一级反应且CR0=0时有
-rA
rA
k CA0 [(1
xA)
xA K
]
K
K0
exp[
H r R
(1 T
1 T0
)]
T
xA
固定床反应器的最优温度分布
1
随着x增加,逆反应增 加, 反应最优温度 随之下降.
x= 0
Topt
0
x
T
等速率线 (-rA)=0
(-rA)增加 Topt
T
T1 T2
0
x
0
x1
x2 x
T1 x1 T2 x2
例
合成NH3反应1/2N2＋3/2H2 NH3是可逆放热反应，在铁催 化剂下E＝58.6 kJ/mol，E’＝167.5 kJ/mol，平衡常数Kp与温度的 关系为logKp＝（2171+19.6P）／T－（4.2+0.02P），P为总压力 ［MPa］。试计算下列条件下的最优温度Topt。
第五章 固定床反应器
见P184-185介绍： 催化剂不动； 流体相是气，液或气液并流,逆流； 应用很广：合成NH3，H2SO4，CO水煤气变换 制H2，乙烯氧化制环氧二烷，乙苯脱H2制苯,轻 油蒸汽裂解制乙烯；石化产品：橡胶，纤维， 树脂中均大量用固定床催化反应器。 主要问题是散热方案：催化剂床层导热差
dp 6
由左＝右可得：
f'
150
De
8.314 167.48
气固相催化固定床反应器课件
易于操作和控制：气 固相催化固定床反应 器操作简单，可以方 便地控制温度、压力 、流量等参数。
反应器类型与结构
类型：根据催化剂装填方式的不同，气 固相催化固定床反应器可分为静态床、 移动床、流化床等类型。
流化床反应器：催化剂以流态形式存在 ，反应物料与催化剂同向流动。
移动床反应器：催化剂在反应器内连续 移动，反应物料与催化剂逆向流动。
气固相催化固定床 反应器课件
目录
• 气固相催化固定床反应器概述 • 气固相催化固定床反应器的工作原理 • 气固相催化固定床反应器的操作条件 • 气固相催化固定床反应器的应用范围 • 气固相催化固定床反应器的维护与优化 • 气固相催化固定床反应器的发展趋势与挑
战
01
气固相催化固定床反 应器概述
定义与特点
催化剂中毒
催化剂在反应过程中可能 会被产物或副产物暂时抑 制或永久中毒。
03
气固相催化固定床反 应器的操作条件
温度与压力控制
温度控制
在气固相催化固定床反应器中，温度 是影响反应速率和产品性能的重要因 素。通过控制加热和散热装置，可以 保持反应温度的稳定和可控。
压力控制
反应器的压力对反应平衡和气体流量 有重要影响。通过控制进料速度和排 放气体的方式，可以保持反应器内的 压力稳定。
定义：气固相催化固 定床反应器是一种常 用的化学反应装置， 其中固体催化剂固定 在反应器内，反应物 料以气态形式通过催 化剂层进行反应。
特点
高转化率和选择性： 由于催化剂的活性高 ，气固相催化固定床 反应器可以实现高转 化率和选择性。
稳定操作：由于催化 剂固定在反应器内， 不会发生催化剂流失 或堵塞等问题，因此 可以实现稳定操作。
06
固定床生物反应器
反应物系沿床层 轴向位置而变化。
反应体系多为 液-固两相体系， 液体通过床层空 隙而流动，床层 压力较大。
床层内可能存在
填充床反应器 PBR
反应物系的扩散
对反应速率的限
制作用。
床层轴向常会存在 宏观混合，即返混。
根据液相物料的 流向方向，填充 床反应器又可分 为上行方式和下 行方式。
填充床生物反应器
1 2 3
葡萄糖异构 化。
青霉素选择 性水解反应。
氨基酸消旋 混合物的选 择性反应分 离。
固定床反应器的应用
以固定化细胞 为催化剂的
固定化酵 母生产乙 醇。
废水的生 物处理。
利用滴流床反应器制备生物柴油的研究
目前制备生物柴油一般 采用间歇式搅拌釜，该工艺 存在原料消耗大、反应耗能 大及反应效率低等问题。张 冠杰等人首次采用自制的滴 流床反应器进行醇解反应制 备生物柴油，实现了改善反 应物接触状况、降低能耗及 连续生产等目的。
床内没有换热装置
特点：反应器结
构简单，生产能 力大。
适合热效应不大、 反应对温度的要求 较宽的反应。
缺点：反应过程
中温度变化较大。
绝热式固定床反应器
多段绝热式固定床反应器
根据段间反应 气体的冷却或加热
特点：催化剂床层
方式，多段绝热床
又分为中间间接换 热式和冷激式。
的温度波动小。
缺点：结构较复杂，催
影响滴流床反应器 操作特性的主要因 素有：
1、固定化颗粒床层 所具有的表面积。 2、床层被下降液体 所湿润的程度。 3、气、液的流动模 式。
滴流床反应器
按床层与外界的传热方式分类，可有以下几类：
绝热式固定床反应器
固定床 反应器
13种厌氧生物反应器结构及原理
13种厌氧生物反应器结构及原理厌氧生物反应器是一种用于处理含有机物污染物的废水、垃圾和有机废料的设备。
与常规的好氧生物反应器相比，厌氧生物反应器能够在无氧环境下降解有机废物，产生可再生的能源，如甲烷气体。
下面将介绍13种常见的厌氧生物反应器结构及原理。
1.家庭型生物反应器（家庭式厌氧发酵箱）家庭型生物反应器是一种小型厌氧生物反应器，常用于处理家庭废弃物。
它由一个密封的容器组成，内部含有厌氧微生物，废物在容器内分解产生甲烷气体。
2.填料式反应器（填料式厌氧反应器）填料式反应器是一种常见的厌氧生物反应器。
它由一个圆筒形容器组成，内部填充有一种特殊填料，如陶粒或聚合物。
填料提供了更大的表面积，用于附着厌氧微生物，促进废物的降解。
3.流化床反应器（流化床堆式厌氧反应器）流化床反应器利用流化床的原理进行废物处理。
废物被喷入反应器中，与床层内流动的气体混合并流化，从而实现废物降解和产气。
4.固定床反应器（固定床式厌氧反应器）固定床反应器是一种常见的厌氧生物反应器。
废物通过固定床内的孔隙流动，废物在固定床内降解，产生甲烷气体。
5.上升式床反应器（上升式床式厌氧反应器）上升式床反应器将废物从底部喷入反应器中，废物上升流动与厌氧微生物接触，实现废物的降解。
6.下降式膜池反应器（下降式膜池式厌氧反应器）下降式膜池反应器利用膜池和厌氧微生物来处理废物，膜池可以将固体和液体分离，同时提供厌氧微生物所需的无氧环境。
7.膜生物反应器（膜式厌氧反应器）膜生物反应器使用微孔膜将厌氧微生物和废物分离开。
厌氧微生物在反应器中降解废物，并通过膜分离器收集产生的甲烷气体。
8.微型反应器（微型厌氧生物反应器）微型反应器是一种小型的厌氧生物反应器，用于处理小量的废物。
反应器通常是由微型流道和反应池组成，利用微湍流和微流动加速废物的降解过程。
9.连续流式反应器（连续流式厌氧反应器）连续流式反应器是一种将废物连续供应到反应器中的反应器。
废物通过反应器流动，与厌氧微生物接触，实现废物的降解。
生物反应器及其在工业生产中的应用
生物反应器及其在工业生产中的应用生物反应器是工业生产中一种重要的设备，可以用来大规模生产各种化学品、食品、药物等。
其原理是利用微生物、细胞或酶等生物体系进行化学反应，具有高效、环保、可控等优点。
本文将从生物反应器的类型、结构和应用等方面进行介绍和探讨。
Ⅰ. 生物反应器的类型生物反应器根据微生物、酶或细胞的引入方式不同，可以分为三种类型：固定床生物反应器、悬浮生物反应器和拮抗生物反应器。
1. 固定床生物反应器固定床生物反应器是把微生物固定在某种物质上，使物质成为微生物附着的载体，通过往复流动的液体把床内物质糖化、分解，并发酵为酒精等产物，如制造啤酒或饮料。
固定床生物反应器可以再利用固定载体的优点，提高微生物在反应中的积累，避免浪费。
2. 悬浮生物反应器悬浮生物反应器是利用微生物自然生长和繁殖过程中的自运动、自控制特性，利用气体或液体介质进行混合运动，保持物质的均匀性和流动性，使微生物在反应中更好的生长和反应。
这种反应器在纳米材料、酶制药品等方面都使用广泛。
3. 拮抗生物反应器拮抗生物反应器是针对某种害菌，将其它有对抗能力的菌株加入反应器，使新加的微生物能够分解害菌或分泌抗菌素，起到抑制害菌增长的效果。
这种反应器在水域或土壤污染物处理中应用广泛。
Ⅱ. 生物反应器的结构生物反应器可以分为三个部分：反应器体、反应器控制系统和反应器上的传感器。
1. 反应器体反应器体是由反应器容器和生物质固定槽、滤器组成。
容器根据反应器的类型和规模不同，可以是玻璃、塑料、不锈钢或其他材料制成的。
生物质固定槽是需要固定失活或透明载体的类型反应器，滤器则是需要在反应前或反应后进行物质筛选的反应器。
2. 反应器控制系统反应器控制系统是对反应器的温度、液体流动等参数进行调节的系统。
一般由微处理器、测温仪、采样器等组成。
这种反应器一般设备比较齐全，适合进行比较复杂的生物反应。
3. 反应器上的传感器反应器上的传感器可以对反应器内外的工作状态进行监控，主要有多参数传感器和单参数传感器。
生物反应器的设计与操作
生物反应器的设计与操作生物反应器作为生化工程领域的重要组成部分，在制药、食品和生物制品等行业中发挥着不可替代的作用。
生物反应器的设计和操作是影响其性能和效率的关键因素。
本文旨在介绍生物反应器的设计原理和操作技术，以便更好地理解和掌握这一领域的知识。
一、生物反应器的设计原理生物反应器是一种可以维持生物物质生长和代谢的设备，其原理是通过提供合适的营养物质和生长环境，使微生物或其他生物物质在一定的温度、pH值、氧气气体、搅拌强度等条件下进行生长和代谢反应。
其主要构成部分有反应釜、控制系统、传感器和数据监测系统等。
在反应器的设计中，需要考虑以下几个方面：1. 反应釜的选材和结构设计反应釜的选材和结构设计是影响反应器性能和使用寿命的关键因素。
一般来说，反应釜的材质应该具有耐腐蚀性、耐高温、强度高等特点。
常见的反应釜材料有玻璃钢、不锈钢、陶瓷等。
反应釜的结构设计也应注意到避免盲区、防止污染等因素。
2. 生物体系的选取生物体系的选取是根据反应器的实际应用需求而进行的。
比如，烟酰胺生产线中使用的Pseudomonas fluorescens ATCC 13525就是通过筛选获得并通过后续的培养优化而得到的。
又比如，垃圾处理时常用的是团藻类等微生物等进行处理，其在反应器中的栽培需求是苛刻的，比如对氧气和二氧化碳的摄取、对温度、搅拌和水平等因素的适应性要求都较高。
3. 控制系统的设计反应器的控制系统用于实时监测和调整反应器中的各项参数，如温度、酸碱度、氧气气体、搅拌强度等。
一般来说，反应器控制系统的设计应遵守以下原则：稳定性、速度、准确度和可靠性。
否则，会有较大的影响到成品或应用。
二、生物反应器的操作技术生物反应器的操作技术包括灭菌、采样、培养和清洗等步骤。
下面介绍一下这几个步骤的具体操作：1. 灭菌灭菌是在反应器使用前进行的步骤，主要是为了杀死可能存在于反应器中的微生物，防止其污染反应器和反应物质。
灭菌方法包括高压氧气灭菌、干热灭菌和紫外线灭菌等。
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固定床生物反应器的设计原理固定床生物反应器是一种广泛应用于处理废水、废气和固体废弃物的生物处理技术。
它利用生物菌群把有机化合物转化成较为稳定的无机化合物，从而达到减少环境污染和资源回收的目的。
在这种生物反应器中，底部覆盖着一层高孔隙率、低压降的固定床，生物菌群附着在固定床上进行处理。
设计固定床生物反应器需要考虑很多因素，包括床层材料、填料性质、进出口管道布局、氧气供应等等。
以下将详细讨论这些因素在设计过程中的重要性和影响。
床层材料
固定床生物反应器的床层材料通常选择聚合物材料。
这种材料不仅具有良好的化学稳定性和机械强度，而且也能提供较大的表面积和孔隙率，方便生物菌群定居和生长。
此外，床层材料应该有一定的柔韧性，以便应对各种应变载荷。
填料性质
填料是固定床生物反应器的关键组成部分，对于反应器的最终效果影响深远。
填料应当有较大的表面积和孔隙率，以便生物菌
群能够更有效地站稳和生长。
同时，填料还应当有良好的物化性质，如疏水性或亲水性，以保证生物菌群能够充分接触有机废物并将其分解。
进出口管道布局
进出口管道是固定床生物反应器中一个特别重要的设计要素，决定了反应器的进出料和废物排放。
在设计过程中，管道应当被布置在合适的位置，以保证应力分布均衡和温度控制合适。
管道的直径和交叉角度也应当尽可能设计得合适，以确保流体的均匀流动和混合。
氧气供应
氧气供应是生物菌群进行分解反应的必要条件。
设计固定床生物反应器时，氧气的供应应当被特别考虑，以保证反应器内部的氧气浓度达到最佳的水平。
在供氧管道内，氧气的输送要均匀，并且应当具有一定的流速和压力。
总之，固定床生物反应器的设计需要考虑到众多因素，如床层材料、填料性质、进出口管道布局、氧气供应等等。
有效的设计
能够提高其处理效率和稳定性，达到良好的环境保护和资源回收的目的。