Park, Ji-Young;Lee, Tae-Ho;Oh, You-Kwan;Kim, Jun-Rae;Seol, Eun-Hee;Jung, Gyoo-Yeol;Kim, Mi-Sun;Park, Sung-Hoon
KSBB Journal
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v.20
no.6
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pp.458-463
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2005
[ $H_2$ ] from CO and water was continuously produced in a trickle bed reactor(TBR) using Citrobacter amalonaticus Y19. When the strain C. was cultivated in a stirred-tank reactor under a chemoheterotrophic and aerobic condition, the high final cell concentration of 13 g/L was obtained at 10 hr. When the culture was switched to an anaerobic condition with the continuous supply of gaseous CO, CO-dependent hydrogenase was fully induced and its hydrogen production activity approached 16 mmol/g cell/hr in 60 hr. The fully induced C. amalonaticus Y19 cells were circulated through a TBR packed with polyurethane foam, and the TBR was operated for more than 20 days for $H_2$ production. As gas retention time decreased or inlet CO partial pressure increased, $H_2$ production rate increased but the conversion from CO to $H_2$ decreased. The maximum $H_2$ production rate obtained was 16 mmol/L/hr at the gas retention time of 25 min and the CO inlet partial pressure of 0.4 atm. The high $H_2$ production rate was attributed to the high cell density in the liquid phase circulating the TBR as well as the high surface area of polyurethane foam used as packing material of the TBR.
The objective of this study is to prepare bead-type and pellet-type Pt (1 wt%)/Kieselguhr catalysts as hydrogenation catalysts for the polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) included in pyrolysis fuel oil (PFO). The optimal reaction temperature to maximize the yield of saturated cyclic hydrocarbons during the PFO-cut hydrogenation reaction in a trickle bed reactor was determined to be 250 ℃. A hydrogen/PFO-cut flow rate ratio of 1800 was found to maximize 1-ring saturated cyclic compounds. The yield of saturated cyclic compound increased as the space velocity (LHSV) of PFO-cut decreased. The difference in hydrogenation reaction performance between the pellet catalyst and the bead catalyst was negligible. However, the catalyst impregnated by Pt after molding the Kieselguhr support (AI catalyst) showed higher hydrogenation activity than the catalyst molded after Pt impregnation on the Kieselguhr powder (BI catalyst), which was a common phenomenon in both the pellet catalysts and bead catalysts. This may be due to a higher number of active sites over the AI catalyst compared to the BI catalyst. It was confirmed that the pellet catalyst prepared by the AI method had the best reaction activity of the prepared catalysts in this study. The majority of the PFO-cut hydrogenation products were cyclic hydrocarbons ranging from C8 to C15, and C11 cyclic hydrocarbons had the highest distribution. It was confirmed that both a cracking reaction and hydrogenation occurred, which shifted the carbon number distribution towards light hydrocarbons.
While structured packing modules are known to be efficient for surface wetting and gas-liquid exchange in abiotic surface catalysis, this model study explores structured packing as a growth surface for catalytic biofilms. Microbial biofilms have been proposed as selfimmobilized and self-regenerating catalysts for the production of chemicals. A concern is that the complex and dynamic nature of biofilms may cause fluctuations in their catalytic performance over time or may affect process reproducibility. An aerated continuous trickle-bed biofilm reactor system was designed with a 3 L structured packing, liquid recycling and pH control. Pseudomonas diminuta established a biofilm on the stainless steel structured packing with a specific surface area of 500 $m^2m^{-3}$ and catalyzed the oxidation of ethylene glycol to glycolic acid for over two months of continuous operation. A steady-state productivity of up to 1.6 $gl^{-1}h^{-1}$ was achieved at a dilution rate of 0.33 $h^{-1}$. Process reproducibility between three independent runs was excellent, despite process interruptions and activity variations in cultures grown from biofilm effluent cells. The results demonstrate the robustness of a catalytic biofilm on structured packing, despite its dynamic nature. Implementation is recommended for whole-cell processes that require efficient gas-liquid exchange, catalyst retention for continuous operation, or improved catalyst stability.
Two mesophilic trickling bed bioreactors filled with two different types of media, hydrophilic- and hydrophobic-cubes, were designed and tested for hydrogen production via anaerobic fermentation of sucrose. Each reactor consisted of a column packed with polymeric cubes and inoculated with heat-treated sludge obtained from anaerobic digestion tank. A defined medium containing sucrose was fed with changing flow rate into the capped reactor, hydraulic retention time and recycle rate. Hydrogen concentrations in gas-phase were constant, averaging 40% for all conditions tested. Hydrogen production rates increased up to $10.5 L{\cdot};h^{-1}{\cdot}L^{-1}$ of reactor when influent sucrose concentrations and recycle rates were varied. Hydrophobic media provided higher value of hydrogen production rate than hydrophilic media at the same operation conditions. No methane was detected when the reactor was under a normal operation. The major fermentation by-products in the liquid effluent of the both trickling biofilters were acetate and butyrate. The reactor filled with hydrophilic media became clogged with biomass and bio gas, requiring manual cleaning of the system, while no clogging occurred in the reactor with hydrophobic media. In order to make long-term operation of the reactor filled with hydrophilic media feasible, biofilm accumulation inside the media in the reactor with hydrophilic media and biogas produced from the reactor will need to be controlled through some process such as periodical backwashing or gas-purging. These tests using trickling bed biofilter with hydrophobic media demonstrate the feasibility of the process to produce hydrogen gas in a trickle-bed type of reactor. A likely application of this reactor technology could be hydrogen gas recovery from pre-treatment of high carbohydrate-containing wastewaters.
Paek S.;Ahn D.H.;Choi H.J.;Kim K.R.;LEE M.;YIM S.P.;CHUNG H.
Proceedings of the Korean Radioactive Waste Society Conference
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2005.11b
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pp.141-148
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2005
Pt/SDBC catalyst, which is used for the hydrogen-water isotopic exchange reaction, was prepared. The various properties of the catalyst, such as the thermal stability, pore structure and the platinum dispersion, were investigated. A hydrophobic Pt/SDBC catalyst which has been developed for the LPCE column of the WTRF (Wolsong Tritium Removal Facility) was tested in a trickle bed reactor. An experimental apparatus was built for the test of the catalyst at various temperatures and gas velocities.
A parallel reactor system which is consisted of two trickle bed reactors (TBR) was developed for the biodegradation of trichloroethylene (TCE) in waste gas stream. The reactor were packed with porous ceramic materials and Burkholderia cepacia G4 was inoculated to form biofilms. Each reactor was operated alternatively in TCE degradation or reactivation mode, and the effect of switching time on TBR performance was investigated. The MO (monooxygenase) activity during the TCE transformation decreased below 10 % within 24 hr, but could be recovered to the initial high level within 10 hr after supplying the reactivation medium supplemented with phenol as a carbon source. This shows that the parallel TBR system has a great potential for the long-term stable treatment of TCE.
Continuous $H_2$ production from CO and water was studied in a trickle bed reactor(TBR) using Rhodopspedomonas palustris P4. To achieve high cell density, R. palustris P4 were cultivated by a fed-batch culture mode under chemoheterotrophic and aerobic condition, and final cell concentration was 13 g/L. TBR could provide sufficient residence time for CO to contact with cell suspension circulating TBR. The maximum CO uptake rate was found to be 16 mmol/L/hr at gas retention time of 50 min and CO partial pressure of 0.4 atm. In our correlation of the experimental data with mathematical model of TBR, the TBR operation with P4 was found to be lie in an intermediate state between mass transfer limitation and kinetic limitation. Due to the high cell density as well as hydrogen production activity in this study, TBR operation showed a superior performance to other previous reports on microbial hydrogen production.
The residence time distribution of liquid flow in a 4.0cm diameter column packed with porous $Al_2O_3$ spheres of 0.37cm diameter were measured with pulse injections of a tracer under cocurrent trickling flow conditions. The mean residence time of liquid flow and liquid hold-up calculated by the transient curve of tracer were unaffected by gas flow rates under experimental ranges of liquid flow rates from 2.4 to $4.5(kg/m^2\;sec)$ and gas flow rates from 0 to $0.13(kg/m^2\;sec)$. The axial dispersion coefficient of liquid stream and apparent diffusivity of tracer in a micropore of solid particle were estimated from the response curve of tracer. The calculated Peclet No. were increased in ranges of 68-to 82 with a increasing of liquid mass velocity, and the external effective contacting efficiency between liquid and solid which can be expressed. by $(D_i)_{app}/D_i$ varied in ranges of 0.54 to 0.68 depending on the liquid flow rates. The gas to liquid(water) volumetric mass transfer coefficient were determined from desorption experiments with oxygen at $25^{\circ}C$ and 1 atm. The measured mass transfer coefficients were increased with liquid flow rates and the effect of gas flow rates on the mass transfer coefficient was insignificant.
Park, Young-Kwon;Noh, Sang Gyun;Cho, Kyu Sang;Jeon, Jong-Ki
Korean Chemical Engineering Research
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v.44
no.4
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pp.363-368
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2006
This study selected the optimal catalyst for the process of producing $C_9$-alcohol by hydrogenating $C_9$-aldehyde, and carried out an experiment in order to establish the operating condition for maximizing the yield of $C_9$-alcohol. The BET surface area and the specific area of copper were most excellent in $CuO/ZnO/Al_2O_3$ (60:30:10 wt%) catalyst produced using acetate as a precursor of copper and $Na_2CO_3$ as a precipitant, and the catalyst also showed the highest performance in $C_9$-aldehyde hydrogenation. Using a trickle bed reactor loaded with optimized catalyst, we attained 94.1 wt% yield of $C_9$-alcohol under the condition of $175^{\circ}C$, 800 psi and $WHSV=3hr^{-1}$. According to the result of comparing with other catalysts used in the hydrogenation of aldehyde, the catalyst showed similar performance to that of Ni/kieselghur and higher than that of $Cu-Ni-Cr-Na/Al_2O_3$ and $Ni-Mo/Al_2O_3$. According to the result of examining the stability of the catalyst through a long-term catalysis test, the yield of $C_9$-alcohol decreased slowly after around 72 hours due to the increasing production of high boiling-point byproducts.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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