Навигация
Реакторы с неподвижным слоем катализатора и со струйным течением жидкости
30688
знаков
3
таблицы
0
изображений
2.4. Реакторы с неподвижным слоем катализатора и со струйным течением жидкости
Содержимое реакторов с неподвижным слоем катализатора и струйным течением жидкости представляет собой трехфазную систему, состоящую из неподвижного слоя нерастворимого катализатора, а так же подвижной газовой и жидкой фаз. Поступающая в реактор газовая и жидкая фазы содержат по одному или несколько реагентов, поэтому скорость биохимической реакции зависти зависит от характеристик контакта между жидкостью, в которую переносится ограниченно растворимый реагент из газовой фазы, и поверхностью катализатора. На работу таких реакторов в существенной степени влияет физическое состояние газожидкостного потока, проходящего через неподвижный слой катализатора, и связанные с этим процессы массопереноса.
К числу важных характеристик таких реакторов и содержащихся в них систем относятся площадь поверхности катализатора, эффективность смачивания катализатора подвижной жидкой фазой, структура течений газожидкостной смеси, массопереноса ограниченно растворимых реагентов из газовой в жидкую фазу, массопереноса реагентов к поверхности катализатора, а в случае пористого или проницаемого катализатора – диффузия реагентов к каталитическим центрам, находящимся внутри частиц катализатора.
Одной из первых областей применения биореакторов с насадкой и струйным течением жидкости, сохраняющей свое значение и в настоящее время, является обработка сточных вод с помощью биологических капельных фильтров. Вращающееся распределительное устройство разбрызгивает поток жидких отходов по кольцевому слою гравия, на котором находится пленка микроорганизмов. Жидкость стекает через неподвижный слой в почти ламинарном режиме, а воздух поднимается через слой катализатора благодаря естественной конвекции за счет выделяющейся в микробиологическом процессе теплоты. Аналогичный принцип лежит в основе традиционного способоа производства винного уксуса (биологическое окисление этанола до уксусной кислоты), где применяются прямоугольные колонны с насадкой из древесной щепы. Для ламинарного течения жидкой фазы и упрощенной геометрии слоя, например для плоского слоя, можно создать детальную математическую модель, описывающую характеристики потоков и процессов переноса, и решить соответствующие уравнения.
В промышленности встечаются и другие конструкции реакторов со струйным течением жидкости и неподвижным слоем катализатора, в частности такие, в которых параллельные потоки газовой и жидкой фаз движутся сверху вниз или снизу вверх. При изучении режима работы таких реакторов необходимо помнить, что в зависимости от относительных скоростей газовых и жидкостных потоков (и в некоторой степени от других свойств газожидкостной системы) можно получить самые разные дисперсные системы, начиная от непрерывной жидкой фазы с диспергированными в ней газовыми пузырьками и заканчивая непрерывной газовой фазой с диспергированными каплями жидкости (туманом) (рис. 14). На этом рисунке выделена и зона нестабильности потока, когда через реактор непрерывно проходят газ и жидкость в виде крупных газовых пузырей и жидких поршней соответственно. Участки графика, обозначенные как "пилотная установка" и "промышленная установка", заимствованы из опытных данных, полученных при изучении процессов перереботки нефти. В некоторых режимах работы биореактора применяются низкие скорости потока воздуха. Так, в процессах биологической обработки отходов на капельных фильтрах аэрация осуществляется за счет естественной конвекции, обусловленной небольшой экзотермичностью происходящих реакций.
Конструкционно реакторы с неподвижным слоем катализатора и со струйным течением жидкости напоминают реакторы, рассматривавшиеся ранее. При математическом моделировании систему обычно условно рассматривают, как твердую фазу, находящуюся в контакте с жидкой пленкой, которая в свою очередь контактирует с газовой фазой. В сущности такой подход к моделированию является расширенным вариантом уже упоминавшейся двухфазной модели барботажной колонны. Затем рассматриваются процессы переноса между фазами и в каждой из фаз, а так же ограничения, налагаемые на скорость реакций диффузионными эффектами.
Заключение
При выборе конкретной конструкции реактора приходится учитывать самые различные характеристики проектируемого процесса и эксплуатационные параметры. В таблице 2 суммированы преимущества и недостатки трех типов реакторов, применяемых для осуществления процессов в трехфазных системах: реакторов с неподвижным слоем катализатора и струйным течением жидкости; реакторов с перемешиваемой суспензией; реакторов с перемешиваемой суспензией и с барботажем (с псевдоожиженным слоем катализатора). (+ положительные характеристики, – отрицательные характеристики).
Таблица 2
| Характеристики | Реактор | ||
| с неподвижным слоем катализатора и струйным течением жидкости | с перемешиваемой суспензией | с псевдоожи-женным слоем катализатора | |
| Разделение реактора на ступени | ++ | – | + |
| Перепад давлений | – | + | + |
| Максимальная скорость потока | – | + | ++ |
| Отвод теплоты | (+) | + | + |
| Замена катализатора | – | + | + |
| Истирание катализатора | (+) | – | (+) |
| Утилизация катализатора | – | + | + |
| Простота конструкции | + | – | ++ |
| Масштабирование | (+) | + | – |
Список литературы
1.
2. Бейли Дж., Оллис Д. Основы биохимической инженерии. Ч. 2. М.: 1989.
3. Смирнов И. И. Биохимические реакторы. Л.: 1987.
Похожие работы
... труб на новые мембранные мелкопузырчатые аэраторы. Для достижения поставленных целей необходимо было решить следующие задачи: Ø Тщательно изучить теоретические основы технологии биохимической очистки сточных вод нефтеперерабатывающих предприятий; Ø Проанализировать имеющуюся технологическую схему очистки сточных вод на предприятии ООО "ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез"; Ø Выбрать ...
... температуру, свет, действие различных электрических и магнитных полей, что связано в первую очередь с аморфной структурой самого слабосшитого полиэлектролита. На коллапс геля также могут оказать влияние вещества, соприкасающиеся с сеткой данного геля. Отметим, что его структура может быть глобулярной, которая может разворачиваться при некотором изменении условий. Для изучения факторов, влияющих ...
... Ей уделяли внимание многие видные экологи, академики Н.Н. Моисеев, А.Л. Яншин, Г.Н. Ягодин, Н.Н. Тарасова, Г.Н. Розенберг. И в этой статье мы поговорим о проблемах экологического воспитания: что такое экологическое воспитание и экологическое образование, как они соотносятся между собой, каковы основные принципы и методы экологического воспитания. Н.Н. Моисеев ввел новое понятие – экологический ...
... , главными из которых являлись генетика и медицина, привели к увеличению средней продолжительности жизни в развитых странах на двадцать лет. На общем среднестатистическом фоне выделялись индивидуальные впечатляющие случаи продления срока насыщенной, активной жизни. Существующее состояние науки и техники позволяло для состоятельных людей уверенно прогнозировать срок их активной жизни в пределах ста ...
0 комментариев