1. 开放式光生物反应器
1、水加热反应釜当对温度要求不高时,可采用这种加热方式。其加热系统有敞开式和密闭式两种。敞开式较简单,它由循环泵、水槽、管道及控制阀门的调节器组成。当采用高压水时,设备机械强度要求高,反应釜外表面焊上蛇管,蛇管与釜壁有间隙,使热阻增加,传热效果降低。
2、蒸汽加热反应釜加热温度在100℃以下时,可用一个大气压以下的蒸汽来加热;当加热范围是100-180℃时,用饱和蒸汽;当温度更高时,可采用高压过热蒸汽。
3、其他介质加热的反应釜若工艺要求必须在高温下操作,或欲避免采用高压的加热系统时,可用其它介质来代替水和蒸汽,如矿物油(275-300℃)、联苯醚混合剂(沸点258℃)、熔盐(140-540℃)、液态铅(熔点327℃)等。
4、电加热反应釜将电阻丝缠绕在反应釜筒体的绝缘层上,或安装在离反应釜若干距离的特设绝缘体上,便可用电来加热反应。前三种方法获得高温均需在釜体上增设夹套,由于温度变化的幅度大,使釜的夹套及壳体承受温度变化而产生温差压力。采用电加热时,设备较轻便简单,温度较易调节,而且不用泵、炉子、烟囱等设施,开动也非常简单,危险性不高,成本费用较低,但操作费用较其它加热方法高,热效率在85%以下,因此适用于加热温度在400℃以下和电能价格较低的地方。
5、碳钢反应釜适用于不含腐蚀性液体的环境,比如某些油品的加工。
6、不锈钢反应釜具有优良的机械性能,可承受较高的工作压力,也可承受块状固体物料中料时的冲击。耐热性能好,工作温度范围广(-196—600℃),在较高温度下不会氧气起皮,可用于直接明火加热。具有较高的耐磨腐蚀性能。传热效果好,升温和降温速度快。具有优良的加工性能,可按不同的工艺要求,制成各种不同形状结构的反应釜,还可以打磨抛光。
7、搪玻璃反应釜是将含高二氧化硅的玻璃,衬在钢制容器的内表面,经高温灼烧而牢固地密着于金属表面上成为复合材料制品。因此搪玻璃反应釜具有玻璃的稳定性和金属强度的双重优点,是一种优良的耐腐蚀设备。
8、钢衬反应釜用钢材做基体进行衬里,比如外面一层钢管,里面可以衬上橡胶,塑料等,以实现纯钢材无法避免的问题,如腐蚀介质,高温或低温介质。常见的有钢衬PE反应釜、钢衬ETFE反应釜等。钢衬PE反应釜,内衬材料是聚乙烯,适用液态的食品以及及药品的提炼。钢衬ETFE反应釜,内衬材料是乙烯-四氟乙烯共聚物。这种反应釜防腐性能极其优良,能抗各种浓度的酸、碱、盐、强氧化剂、有机化合物及其它具有强腐蚀性的化学介质。
2. 密闭式光生物反应器
连续催化重整 (CCR) PLATFORMING(TM) 工艺装置
催化重整:在有催化剂作用的条件下,对汽油馏分中的烃类分子结构进行重新排列成新的分子结构的过程叫催化重整。 石油炼制过程之一,加热、氢压和催化剂存在的条件下,使原油蒸馏所得的轻汽油馏分(或石脑油)转变成富含芳烃的高辛烷值汽油(重整汽油),并副产液化石油气和氢气的过程。重整汽油可直接用作汽油的调合组分,也可经芳烃抽提制取苯、甲苯和二甲苯。副产的氢气是石油炼厂加氢装置(如加氢精制、加氢裂化)用氢的重要来源。 沿革 20世纪40年代在德国建成了以氧化钼(或氧化铬)/氧化铝作催化剂(见金属氧化物催化剂)的催化重整工业装置,因催化剂活性不高,设备复杂,现已被淘汰。1949年美国公布以贵金属铂作催化剂的重整新工艺,同年11月在密歇根州建成第一套工业装置,其后在原料预处理、催化剂性能、工艺流程和反应器结构等方面不断有所改进。1965年,中国自行开发的铂重整装置在大庆炼油厂投产。1969年,铂铼双金属催化剂用于催化重整,提高了重整反应的深度,增加了汽油、芳烃和氢气等的产率,使催化重整技术达到了一个新的水平。 化学反应 包括以下四种主要反应:①环烷烃脱氢;②烷烃脱氢环化;③异构化;④加氢裂化。反应①、②生成芳烃,同时产生氢气,反应是吸热的;反应③将烃分子结构重排,为一放热反应(热效应不大);反应④使大分子烷烃断裂成较轻的烷烃和低分子气体,会减少液体收率,并消耗氢,反应是放热的。除以上反应外,还有烯烃的饱和及生焦等反应,各类反应进行的程度取决于操作条件、原料性质以及所用催化剂的类型。 催化剂 近代催化重整催化剂的金属组分主要是铂,酸性组分为卤素(氟或氯),载体为氧化铝。其中铂构成脱氢活性中心,促进脱氢反应;而酸性组分提供酸性中心,促进裂化、异构化等反应。改变催化剂中的酸性组分及其含量可以调节其酸性功能。为了改善催化剂的稳定性和活性,自60年代末以来出现了各种双金属或多金属催化剂。这些催化剂中除铂外,还加入铼、铱或锡等金属组分作助催化剂,以改进催化剂的性能。 过程条件 原料为石脑油或低质量汽油,其中含有烷烃、环烷烃和芳烃。含较多环烷烃的原料是良好的重整原料。催化重整用于生产高辛烷值汽油时,进料为宽馏分,沸点范围一般为80~180℃;用于生产芳烃时,进料为窄馏分,沸点范围一般为60~165℃。重整原料中的烯烃、水及砷、铅、铜、硫、氮等杂质会使催化剂中毒而丧失活性,需要在进入重整反应器之前除去。对该过程的影响因素除了原料性质和催化剂类型以外,还有温度、压力、空速和氢油比。温度高、压力低、空速小和低氢油比对生成芳烃有利,但为了抑制生焦反应,需要使这些参数保持在一定的范围内。此外,为了取得最好的催化活性和催化剂选择性,有时在操作中还注入适当的氯化物以维持催化剂的氯含量稳定。 工艺流程 主要包括原料预处理和重整两个工序,在以生产芳烃为目的时,还包括芳烃抽提和精馏装置。经过预处理后的原料进入重整工段(见图),与循环氢混合并加热至490~525℃后,在1~2MPa下进入反应器。反应器由3~4个串联,其间设有加热炉,以补偿反应所吸收的热量。离开反应器的物料进入分离器分离出富氢循环气(多余部分排出),所得液体由稳定塔脱去轻组分后作为重整汽油,是高辛烷值汽油组分(研究法辛烷值90以上),或送往芳烃抽提装置生产芳烃。 应用和发展 催化重整是提高汽油质量和生产石油化工原料的重要手段,是现代石油炼厂和石油化工联合企业中最常见的装置之一(见彩图)。据统计,1984年全世界催化重整装置的年处理能力已超过350Mt,其中大部分用于生产高辛烷值汽油组分。中国现有装置则多用于生产芳烃,生产高辛烷值汽油组分的装置也正在发展。 为了解决因强化操作而引起的催化剂结焦的问题,除改进催化剂的性能外,在催化剂再生方式上开辟了以下三种途径:①半再生,即经过一个周期的运转后,把重整装置停下,催化剂就地进行再生。②循环再生,设几个反应器,每一个反应器都可在不影响装置连续生产的情况下脱离反应系统进行再生。③连续再生,催化剂可在反应器与再生器之间流动,在催化重整正常操作的条件下,一部分催化剂被送入专门的再生器中进行再生。再生后的催化剂再返回反应器。
3. 光合生物反应器
高于6.5。
CO2的输入量是依靠pH值的检测来控制的,它取决于水族箱的大小和生物对钙的需求量。CO2输入量应使钙反应器中的pH值在6.5,而海水水族箱中的pH值不得下降到8.6以下的状况。
由于海水生物对钙质的需求会吸收水的钙离子,造成海水中的钙离子缺乏,水的硬度下降、pH不稳定。钙反应器的功能就是增加海水中的钙离子浓度使海水的硬度保持在正常的水平,并能给单细胞黄藻及其他藻类提供足够的CO2以维持正常的光合作用。因此钙反应器在海水生物的饲养中也是很重要的设备。
4. 光照生物反应器
螺旋藻是一种最古老的光合自养型微型藻,属低等植物,因其体在显微镜下呈螺旋状而得名。这种古老的海洋生物,喜高温(25℃~36℃)、高碱(PH9-11)的生长环境,许多生物、细菌在这种环境中难以生存,而螺旋藻却能生长繁殖。特别是它不仅营养最丰富、最全面、最均衡,是地球上名副其实的营养冠军,而且高光效,适应性强,生长周期极短,繁殖极快,产量特高,人工养殖效益特佳,前景无比广阔。 一、正确处理螺旋藻的生殖与环境条件的关系 养殖螺旋藻最重要的条件是光照、温度、培养液和通风等。培养液的PH值、深度、流动、排氧及营养元素的合理供给,都是影响产量的重要因素。因此,培养池应建在水质好、光照条件适宜、场地宽阔的地方;PH值范围为7-11,最好是8-9;水深在0.2-0.3米之间;水温18-38℃,最好在26-32℃。 二、选择适宜的养殖品种 目前国内外生产上的主要养殖品种是钝顶螺旋藻(原产于非洲乍得湖)和极大螺旋藻(原产墨西哥)。我国藻类学家在河北省黄骅县沿海发现适于温带生长的螺旋藻自然变异品系,经鉴定为钝顶螺旋藻品系6(S6);我国又从乍得引进钝顶螺旋藻品系1(S1);我国还已培育出螺旋藻ST-6品系和盐泽螺旋藻。这些品种(品系),都可因地制宜地予以选用。其中S6适合我国北方生长,而盐泽螺旋藻则为适应高温、盐水和海水生殖的藻种。 三、从实际出发,采用不同的养殖方式 1.家庭养殖。可以选购“螺旋藻家庭培养仪”,也可自选搪瓷盆(最好全白色)或缸钵,但铝盆不能用。养殖规模应以人年耗用螺旋藻量而定。如使用36厘米的脸盆,一名儿童需 12只,而1名成年人则需20只左右。 2.简易养殖。主要是指设备简单,养殖池可以就地取材,只要不漏水就行。池深30厘米,面积应尽可能地大一些,可按一个成年人1.5m2计。 3.天然湖泊养殖。螺旋藻原本是自然生长在咸水湖泊中的原始藻,利用天然湖泊养殖是最原始、也是最经济的生产方式。其对设备要求很低,只需在打涝和加工上投资,湖水的肥力可以由其自然恢复。但由于螺旋藻对光照、温度、PH值等有特殊要求,不是所有湖泊都能养殖,而应通过实验、研究,选择适宜其生殖的湖泊(如我国云南省程海湖等),进行养殖。 4.工厂化养殖。设备先进,规模宏伟,要求严格。当前,养殖池以跑道式椭圆形水泥池为好;养殖面积最好是1.5万m2为一个单元。可采用开放式培养,也可进行封闭式生产。开放式培养是一种接近自然的生产方式,分淡水制、海水制,多数培养池都设计成可循环式,用搅拌机搅动,培养液的深度为15-25cm,以日光为光源和热源。封闭式生产是指在一密闭的生物反应器内借助自然光或人工光照进行工厂化繁殖螺旋藻的一种生产方式。具体说来,又可分为自然光源(自然光源生物反应器)和人工光源(人工光源生物反应器)两种方式。 四、切实掌握螺旋藻养殖的关键技术 螺旋藻需要的营养元素除氮、磷、钾外,最大的需求量是碳源(CO2)。其主要营养盐配方为小苏打、食盐、硫酸钾、硫酸镁、硝酸钠、氯化钙、亚硫酸铁等。其生产过程:藻种培养池(原原种)→一级培养→二级培养→生产池→采收→冲洗→脱水→喷雾干燥→杀菌→检验→包装→入库→药品级、食品级(或脱水→自然干燥→饲料级)。 五、螺旋藻敌害生物的防治 螺旋藻培养中出现的污染生物种类很多,危害最大的则是能在藻液中迅速大量繁殖的种类。如大型的轮虫可直接吞食藻细胞,敌害生物分泌的代谢产物对藻细胞的毒害作用极大。对敌害生物应以预防为主,要严格防止污染,保持培养藻类的生长优势和数量优势,保持藻类的良好生长,并做好藻种分离、保存及供应工作;同时,也要及时做好防治工作,可用过滤方法清除大型敌害生物,可用药物抑制或杀灭敌害生物,还可改变环境条件抑制或杀灭敌害生物
5. 平板式光生物反应器
为两种污水处理工艺,具体解释如下: SBR是序批式活性污泥法的简称,是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作,SBR技术的核心是SBR反应池,该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池,无污泥回流系统。尤其适用于间歇排放和流量变化较大的场合。目前在国内有广泛的应用。滗水器是该法的一项关键设备。 MBR又称膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor),是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术。按照膜的结构可分为平板膜、管状膜和中空纤维膜等 ,按膜孔径可划分为超滤膜、微滤膜、纳滤膜、反渗透膜等。
6. 光生物反应器设计图
生物反应器、仿生都是模拟生物的功能或者结构。生物反应器主要是模拟其化学功能,仿生则多模拟生物结构和功能原理。
生物反应器:生物反应器是利用生物体所具有的生物功能,在体外或体内通过生化反应或生物自身的代谢获得目标产物的装置系统、细胞、组织器官等等。
生物反应器是利用酶或生物体(如微生物)所具有的生物功能,在体外进行生化反应的装置系统,它是一种生物功能模拟机,如发酵罐、固定化酶或固定化细胞反应器等。在酒类、医药生产、有机污染物降解方面有重要应用。
生物反应器是利用酶或生物体(如微生物)所具有的生物功能,在体外进行生化反应的装置系统,是一种生物功能模拟机,如发酵罐、固定化酶或固定化细胞反应器等。
生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多,仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科。例如关于信息接受、信息传递、自动控制系统等,这种生物体的结构与功能在机械设计方面给了很大启发。可举出的仿生学例子,如将海豚的体形或皮肤结构应用到潜艇设计原理上。仿生学也被认为是与控制论有密切关系的一门学科,而控制论主要是将生命现象和机械原理加以比较,进行研究和解释的一门学科。
仿生学是研究生物系统的结构和性质以为工程技术提供新的设计思想及工作原理的科学。属于生物科学与技术科学之间的边缘学科。它涉及生物学、生物物理学、生物化学、物理学、控制论、工程学等学科领域。仿生技术通过对各种生物系统所具有的功能原理和作用机理作为生物模型进行研究,最后实现新的技术设计并制造出更好的新型仪器、机械等。
7. 生物反应器设备
生物反应器优缺点 生物反应器 生物反应器,是指利用自然存在的微生物或具有特殊降解能力的微生物接种至液相或固相的反应系统。目前研究得最多的两种反应器是“升降机型反应器”和“土壤泥浆反应器”。
升降机型反应器是通过水相的流动来提供适当的营养、碳源和氧气,从而达到降解土壤中污染物质的目的。
与固相系统相比,生物反应器能够在更短的时间内将污染物进行有效降解。该生物反应器技术已经应用于有机污染土壤的生物修复中。 生物反应器优点 1、成本低 2、设备简单 3、效率高