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
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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
多段绝热式固定床反应器
列管式固定床反应器
自热式反应器
单段绝热式固定床反应器
自制滴流床反应器示意图
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。通过初步核算该 新工艺的成本，并与间歇搅拌釜中醇解反应制 备生物柴油的工艺比较，采用滴流床反应器生 产生物柴油可增加 22％的税利，降低了生物柴 油的生产成本，具有很大的经济效益。
漆酶填充床反应器深度处理造纸废水
目前国内制浆造纸厂综合废水处理工程一般采用一级 沉降，二级生化的处理方法，这是治理综合废水较为成熟 漆酶(Laccases)是一种结合多 的技术，但仍存在排放污水色度较大、COD、Cr相对较高 个铜离子的蛋白质，属于铜蓝 的问题。 氧化酶，存在菇、菌及植物中。 漆酶可存活于空气中，发生反 漆酶具有较强的催化氧化性能，用漆酶对生化后的造 应后唯一的产物就是水，因此 纸废水进行处理，在介体存在下，漆酶可分解为木素酚型 本质上是一种环保型酵素。 结构与非酚型结构，将木素基团分解为小分子的聚合物， 降低废水的COD、Cr和色度；同时废水的生化性再次提高， 可继续进行生物处理（好氧、厌氧处理），进一步提高废 水的处理效果。
邢智强采用 漆酶与反应器相结 合的方法深度处理 造纸废水，处理效 果良好，稳定可靠， 操作方便，成本较 为低廉。
填充床漆 酶反应器
恒流泵
废水容器
空气泵
填充床漆酶反应器系统流程图
固定化多酚氧化酶填充床反应器连续制备茶黄素
目前茶黄素的制备方法很多，如酸或碱条件下的化学氧 化方法、外源或茶叶多酚酶氧化制备法，但是后续的对于引 入的化学试剂无法清除，污染了茶黄素产品，并且实验的规 模比较小，只能是一次性制备。
化剂装卸比较困
难。
多段绝热式固定床反应器
列管式固定床反应器
由多根反应管并联构成。管内或管间置催化剂， 载热体流经管间或管内进行加热或冷却，管径通常 在25～50mm之间，管数可多达上万根。
列管式固定床反应器适用于 反应热效应较大的反应。
列管式固定床反应器
固定床反应器的应用
以固定化酶为催化剂的
参考文献：
[1] 戚以政.生物反应动力学与反应器[M].北京：化学工业出版社， 2007,284-297. [2] 张冠杰.利用滴流床反应器制备生物柴油的研究[D].南京工业大 学，2004. [3] 郑璞,倪晔等.填充床反应器中固定化假单胞菌细菌连续制备L-瓜 氨酸[J].食品与生物技术学报,2008,27(5):33-38. [4] 刑智强,张安龙等.漆酶填充床反应器深度处理造纸废水[J].环保与 综合利用,2012,31(12):47-50. [5] 刘婷婷,邓利等.填充床反应器中酶法合成生物蜡酯[J].化工进 展,2009, 28(5):864-868. [6] 刘则华,刑新会等.多孔微生物载体固定床生物反应器的污水处理 特性[J].水处理技术,2006,32(8):34-38. [7] 王斌,江和源等.固定化多酚氧化酶填充床反应器连续制备茶黄素 [J].食品与发酵工业,2011,37(5):40-44.
浅谈固定床生物反应器及其应用
1
固定床反应器概论
2
固定床反应器的分类
3
固定床反应器的应用
固定床反应器概论
凡是流体通过固定的固体物料
所形成的床层而进行反应的装
置都称作固定床反应器。
固体物通常呈颗粒 状，粒径2～15mm左 右，堆积成一定高 度或厚度的床层。 床层静止不动，流 体通过床层进行反 应。
如：气-固相化反应器、
气-固相非催化反应器。
固定床反应器的优点
1、实现连续或重复使用生物催化剂，提高了生产效率。
2、方便于将生物催化剂与反应物系相分离。
3、单位反应器体积固定化生物催化剂装填密度高、反应器内 底物浓度处于较高水平，具有较高的反应速率和转化率。
固定床反应器的优点
4、固定床对固定化催化剂具有较低的剪切力。
为了提高液相 和固相催化剂之间 的传递系数，必须 使液体高速地通过 床层，为此常采用 液体物料循环的方 法。
带循环的填充床反应器
滴流床反应器
简介
特点
应用
1、液体以较小的流量由上向下流动，并在固定 滴流床反应器 滴流床反应器广 化催化剂颗粒的表面形成液膜。 (TBR)，又称涡流床 泛应用于污水的好 2、气体则以逆流或并流方式连续通过床层空隙 反应器。包含气液 氧处理，如活性污 而进行流动。 固三相。 泥处理。还应用于 3、固定化颗粒虽被液相所湿润，但却未被液体 废气的处理。 所浸没。
王斌等人结合了生物反应器首次进行茶黄素连 续制备根据固定化多酚氧化酶的特性，利用弱酸性 阳离子交换树脂固定化多酚氧化酶在自制填充床反 应器上连续化制备茶黄素取得成功，组成填充床反 应器以探索在不引入化学试剂污染物的情况下重复
利用反应媒介连续化制备茶黄素的条件。
填充床反应器连续制备茶黄素实验装置
刘则华等人利用多孔微生物载体固 定床生物反应器进行污水处理，经实验 表明，该方法由于处理水中 SS（悬浮 物浓度） 能够控制在很低的水平，处 理工艺不需二沉池，不需处理剩余污泥， 也无膜污染问题。因该工艺可以减少占 地面积，降低建设费用和处理费用，具 有比普通生物膜法和膜生物反应器的竞 争优势。
5、反应器结构简单、易放大。
固定床反应器的缺点
液体流速较慢，导致其传递速率较低。 床层阻力较大，特别是当固定化生物催化剂 颗粒较小时，易产生压密和堵塞现象。
反应过程中床层温度、pH不易控制。 底物和产物存在轴向浓度分布。 径向可能存在不均一流速分布，易产生沟流。
根据反应器内反应物料的流动方式上的差别， 固定床反应器分为： 填充床反应器 滴流床反应器