Prijunkite srauto reaktorių: veikimas, išvedimas, charakteristikos ir taikymas

Prijungimo srautas yra reikšminga šių reaktorių savybė, todėl bet kurios dvi molekulės gali patekti į reaktorių per trumpesnį laiką ir tuo pačiu metu išeiti iš jos. Prijunkite srautą reaktorius efektyviai kontroliuoja reakcijos laiką optimizuojant reagentų ir produktų pasiskirstymą. Taigi, norint užtikrinti gerą reaktorių veikimą, būtinas geras srautas. Taigi reaktoriai, kuriuose naudojama kištuko srauto chemija, paprastai vadinami kamščių srauto reaktoriais arba PFR reaktoriais. Plug Flow Reactor arba PFR yra trečiojo bendro tipo reaktorius, kuriame maistinės medžiagos nuolat tiekiamos į reaktorių ir juda visame reaktoriuje kaip „kištukas“. Šiame straipsnyje aptariama a apžvalga kamštinis srauto reaktorius , jo veikimas ir programos.

Kas yra Plug Flow reaktorius?

Srauto srauto reaktorius arba stūmoklinis srauto reaktorius yra stačiakampio tipo idealizuotas srauto reaktorius, kuris naudoja nuolatinį skysčio srautą medžiagoms apdoroti vamzdyje. Šis reaktorius naudojamas pavaizduoti chemines reakcijas cilindriniame vamzdyje taip, kad visi cheminių reakcijų deriniai būtų tiekiami panašiu greičiu srauto kryptimi, taigi; nėra integracijos ar atgalinio srauto.

Šiame reaktoriuje yra cilindrinis vamzdis su angomis kiekviename gale reagentams ir produktams, per kuriuos tiekiami reagentai. Norint palaikyti vienodą reakciją šiame reaktoriuje, į reaktorių tiekiamas fiksuotos temperatūros vanduo. Kamštinis srautas šiame reaktoriuje sukuriamas nuolat įvedant medžiagą iš vieno galo į kitą ir iš kito galo, jis nuolat pašalina medžiagas. Dažnai PFR gaminamos medžiagos yra; naftos chemijos produktai, polimerai, vaistai ir tt Šie reaktoriai gali būti plačiai naudojami skystosios arba dujinės fazės sistemose.

Prijungimo srauto reaktorius užtikrina išskirtinę buvimo laiko kontrolę ir reakcijos sąlygas. Taigi jie užtikrina aukštą konversijos lygį ir yra suderinami su reakcijomis dėl didelio šilumos išsiskyrimo (arba) jautrumo reagento koncentracijai. Tačiau jie turi tam tikrų apribojimų be radialinio ir tiesiog ašinio maišymo.

Pagrindiniai bruožai

Pagrindinės kištukinio srauto reaktoriaus savybės yra šios.

Vienakryptis srautas

PFR reagentai ir produktai keliauja viena kryptimi išilgai reaktoriaus ilgio be atgalinio maišymo.

Koncentracijos gradientas

Reagento koncentracija ir produktai šiame reaktoriuje kinta priklausomai nuo reaktoriaus ilgio, nors ji yra vienoda visoje atkarpoje, vertikalioje srautui.

Gyvenimo laikas

Buvimo laikas Atskiras reagento tūris, kuris sunaudojamas PFR, vadinamas buvimo laiku ir yra stabilus visiems tūriams.

Plug Flow reaktoriaus veikimo principas

Plug flow reaktorius veikia oksiduodamas alkoholius ir kitus organinius junginius, gamindamas tokias smulkias chemines medžiagas kaip; pigmentai ir dažai. Skysčiai šiame reaktoriuje nuolat ir vienodai juda vamzdžiu ar vamzdeliu. Reagentai patenka į vieną reaktoriaus galą, kad tekėtų visame reaktoriuje, o egzistuoja kitame gale.

Šio reaktoriaus srauto pobūdis užtikrina, kad cheminiai reagentai būtų veikiami panašiomis sąlygomis per PFR ir kad kiekvieno reagento buvimo laikas būtų vienodas. Taigi, kamštinis srauto reaktorius yra puikus pasirinkimas pagrindinėms reakcijoms, kurioms reikia tiksliai kontroliuoti nuolatinį laiką, temperatūrą ir slėgį.

Prijungimo srauto reaktoriaus schema

Kištukinio srauto reaktorius gali būti suprojektuotas naudojant tam tikro tipo kapiliarą, kuris yra mažas vamzdis (arba kanalas), pritvirtintas prie plokštelės. Tai ištisinis reaktorius su reagentų įleidimo anga ir reaktoriaus turinio išleidimo anga, kuri nuolat atliekama per visą reaktoriaus veikimo laiką.

Srauto srauto reaktorius (PFR) neturi cilindro formos maišytuvo, leidžiančio skysčiui vystytis su minimaliu atgalinio maišymo kiekiu, todėl visų į reaktorių patenkančių skysčio dalelių buvimo laikas yra panašus. . Šis reaktorius neabejotinai gali būti laikomas plonų skysčių gabalėlių serija, susidedančia iš mažyčio paketinio reaktoriaus, visiškai sumaišyto pjūvyje, kad judėtų į priekį reaktoriuje kaip stūmoklis.

Bendrojo masės balanso lygtis gali būti išreikšta taip, kaip nurodyta vienam iš skysčio gabalėlių reaktoriuje:

Įėjimas = išėjimas + suvartojimas + kaupimas

Kiekvieno pirmiau pateiktos išraiškos komponento vienetai yra medžiagos važiavimo greitis, pvz., mol/s.

Prijungimo srauto reaktoriaus lygties išvedimas

Plug-flow reaktorius yra idealizuotas reaktorius, kuriame visos dalelės tam tikroje sekcijoje turi tą patį greitį ir judėjimo kryptį. Srauto srauto reaktoriuje (PFR) nėra atgalinio srauto ar maišymosi, todėl skysčio, kaip kamščio, srautas nuo įleidimo pusės iki išleidimo angos parodytas žemiau esančiame paveikslėlyje.

Šis reaktorius sukuriamas priklausomai nuo masės balanso ir šilumos balanso skirtingame skysčio kiekyje. Jei įsivaizduojame, kad procedūra yra izoterminė, tada atsižvelgiama tik į masės balansą.

Jei įsivaizduosime pastovias sąlygas, reagentų koncentracijos galiausiai nesikeičia. Tai tipiškas PFR veikimo būdas. Matematinė PFR lygtis gali būti parašyta tiesiog taip;

udCi/dx = šaltinis

Ci(0) = Ci(f)

0≤ x ≤ L

Kai „Ci“ yra reagentas, „i“ yra koncentracija, „u“ yra skysčio greitis, „νi“ yra stechiometrinis koeficientas, „r“ yra reakcijos greitis ir „x“ yra padėtis reaktoriuje. „Caf“ yra reagentas A koncentracija reaktoriaus įleidimo angoje, o „L“ yra reaktoriaus ilgis. Skysčio greitis „u“ matuojamas priklausomai nuo Fv (m3/s) tūrinio srauto ir reaktoriaus skerspjūvio srities S (m^2):

u = Fv/S

Esant idealiam PFR, visos skystos dalelės reaktoriuje buvo tiksliai tiek pat laiko, kuri vadinama vidutine buvimo vieta, matuojama kaip;

T = L/u

Duomenys apie buvimo laiką paprastai naudojami cheminio reaktoriaus inžinerijoje, kad būtų galima prognozuoti pokyčius ir išėjimo koncentracijas.

Pirmos eilės negrįžtama reakcija

Panagrinėkime paprastą skilimo reakciją:

A–> B

Kai reakcija yra negrįžtama ir pirmoji, turime:

udCa/dx = -kCa

Kur „k“ yra kinetinė konstanta. Paprastai kinetinė konstanta daugiausia priklauso nuo temperatūros. Paprastai šiam ryšiui apibūdinti gali būti naudojama Arrhenius lygtis. Čia darome prielaidą, kad sąlygos yra izoterminės, todėl šios priklausomybės nenaudosime.

Pirmos eilės negrįžtamų reakcijų modelis gali būti išspręstas logiškai. Taigi sprendimas yra toks;

Ca = Cafexp (-x*k/u)

Antros eilės negrįžtama reakcija

Antros eilės negrįžtamos reakcijos pavyzdys leiskite mums panaudoti žemiau pateiktą:

2A –> B

Kai reakcija yra negrįžtama ir antros eilės, turime:

udCa/dx = -2k*(Ca)^2

Plug Flow reaktoriaus charakteristikos

Srauto srauto reaktoriaus charakteristikos yra tokios.

• Reagentai reaktoriuje teka visame reaktoriuje nuolatiniu srautu, mažai maišydami arba nesimaišydami.
• Reakcija PFR įvyksta, kai reagentai juda kartu su reaktoriaus ilgiu.
• Reagentų koncentracija kinta priklausomai nuo reaktoriaus ilgio, o reakcijos greitis paprastai būna didesnis įėjus.
• Šie reaktoriai dažnai naudojami reakcijoms, kai reikia daug pokyčių ir kur reakcijos greitis nereaguoja į absorbcijos pokyčius.
• Gyvenimo laikas PFR paprastai yra trumpas.
• Bioplėvelė susidaro arti oro ir skysčio sąsajos, imituodama tokias aplinkas kaip burnos ertmė, drėgni uolienų paviršiai ir dušo užuolaidos.
• Šio tipo reaktoriai sukuria pastovią bioplėvelę esant mažam šlyties greičiui, kurią galima naudoti kaip statinį stiklinį kupono reaktorių mikrobicidų veiksmingumui patikrinti.
• Šio reaktoriaus bioplėvelė lengvai analizuojama įvairiais metodais, tokiais kaip gyvybingų plokštelių skaičiavimas, storio nustatymas ir šviesos mikroskopija.
• PFR reagentai suvartojami nuolat, nes jie teka reaktoriaus ilgiu.
  Tipiškas PFR gali būti vamzdis, supakuotas per kokią nors kietą medžiagą.

Privalumai ir trūkumai

The kištukinio srauto reaktoriaus pranašumai įtraukti toliau nurodytus dalykus.

• PFR pranašumas, palyginti su CSTR, yra tas, kad šio reaktoriaus tūris yra mažas, kad būtų pasiektas panašus erdvės-laiko ir konversijos lygis.
• Reaktoriui reikia mažiau vietos ir kad konversijos kiekis PFR yra didelis, palyginti su CSTR, esant panašaus tūrio reaktoriui.
• Šis reaktorius dažnai naudojamas nustatant dujų fazės katalizinės kinetikos procesą.
• Šie reaktoriai yra labai veiksmingi valdant reakcijas ir didelei grupei „tipinių“ reakcijų, kurių kiekvieno reaktoriaus tūrio konversijos greitis yra didesnis nei CSTR (nepertraukiamo maišymo talpyklos reaktoriai).
• Reaktoriai labai tinka greitoms reakcijoms
• Šilumos perdavimas PFR gali būti valdomas daug geriau, palyginti su tankiniais reaktoriais, todėl puikiai tinka ypač egzoterminėms sistemoms.
• Dėl tėkmės kištuko charakterio ir negrįžtamo maišymo, visų reagentų buvimo laikas yra pastovus, o tai užtikrina patikimą produkto kokybę, ypač tais atvejais, kai dėl didžiulio buvimo laiko susidaro užterštumas, suanglėja ir daugelis kitų.
• Kištukinio srauto reaktoriaus priežiūra yra paprasta, nes nėra judančių elementų.
• Tai paprasti mechaniškai.
• Jo konversijos koeficientas yra didelis kiekvienam reaktoriaus tūriui.
• Produkto kokybė nepasikeitė.
• Puikiai tinka mokytis greitos reakcijos.
• Reaktoriaus tūris išnaudojamas labai efektyviai.
• Puikiai tinka didelių pajėgumų procesams.
• Mažiau slėgio kritimų.
• Atgalinio maišymo nėra
• Tiesioginis mastelio keitimas
• Veiksminga buvimo laiko kontrolė, temperatūros kontrolė, efektyvus maišymas, svyravimas tarp partijų yra ribotas ir kt.

The kištukinio srauto reaktoriaus trūkumai įtraukti toliau nurodytus dalykus.

• PFR egzoterminį atsaką sunku kontroliuoti dėl plataus temperatūros profilių diapazono.
• PFR priežiūros ir eksploatavimo išlaidos yra brangios, palyginti su CST.
• Reaktoriui sunku kontroliuoti temperatūrą.
• Karštieji taškai atsiranda reaktoriuje, kai jie naudojami egzoterminėms reakcijoms.
• Sunku kontroliuoti dėl sudėties ir temperatūros skirtumų.
• PFR projektuoti ir prižiūrėti yra brangu dėl sudėtingo jų dizaino ir surinkimo.
• PFR paprastai yra skirti tikslioms reakcijoms ir gali neatitikti žaliavų ar reakcijos sąlygų pokyčių.
• Juos sunku prižiūrėti ir valyti dėl siauros ir ilgos konstrukcijos.
• Reagentai PFR gali tekėti netolygiai, todėl susidaro karštieji taškai arba reakcijos būna neišsamios.
• Labai svarbu nepamiršti, kad kamščių srauto reaktoriai netinka visoms reikmėms. Taigi, norint nuspręsti, kokio tipo reaktorius yra tinkamas naudoti, reikia atidžiai išanalizuoti buvimo laiką, kinetiką, selektyvumo problemas ir kt.

Programos

Srauto srauto reaktorių taikymas yra toks.

• PFR dažniausiai naudojami trąšų, didelio masto chemijos, naftos chemijos ir farmacijos gamyboje.
• Šie reaktoriai naudojami polimerizacijos procesuose, tokiuose kaip polipropileno ir polietileno gamyba.
• Plug srauto reaktoriai tinka skystis-kietas ir dujos-kietas reakcijų sistemoms.
• Jie tinka nevienalytėms arba homogeninėms reakcijoms, pvz. aliejaus ir riebalų hidrinimas.
• PFR naudojami alkoholiams ir kitiems organiniams junginiams oksiduoti bei smulkioms cheminėms medžiagoms, pvz., pigmentams ir dažams, gaminti.

Taigi, tai yra kištukinio srauto reaktoriaus apžvalga , veikimas, privalumai, trūkumai ir pritaikymas. Gero srauto reaktoriaus projektavimas ir parinkimas vis dar yra menas, o ilgametės žinios verčia tobulėti renkantis. Kartais kamštinis srauto reaktorius taip pat žinomas kaip CTR (nepertraukiamas vamzdinis reaktorius). Idealizuota forma gali būti matuojama, kad reakcijos derinio forma yra sudaryta iš kai kurių kamščių, o kiekvieno kištuko koncentracija yra vienoda. Šis PFR daro prielaidą, kad nėra ašinio maišymo, todėl reaktoriuje nėra atgalinio maišymo. Štai jums klausimas, kas yra reaktorius?