Spraudplūsma ir būtiska šo reaktoru īpašība, tāpēc jebkuras divas molekulas var ievadīt reaktorā īsākā laikā un iziet tajā pašā laikā. Spraudņa plūsma reaktors nodrošina efektīvu reakcijas laika kontroli, optimizējot reaģentu un produktu sadalījumu. Tātad, lai nodrošinātu labu darbību reaktoros, ir nepieciešama laba kontaktplūsma. Tāpēc reaktorus, kas izmanto spraudplūsmas ķīmiju, parasti sauc par spraudplūsmas reaktoriem vai PFR reaktoriem. Plug Flow Reactor jeb PFR ir trešā vispārīgā tipa reaktors, kurā barības vielas tiek nepārtraukti ievadītas reaktorā un pārvietotas pa reaktoru kā 'spraudnis'. Šajā rakstā ir apskatīts pārskats par a spraudņa plūsmas reaktors , tā darbība un lietojumprogrammas.
Kas ir Plug Flow reaktors?
Spraudplūsmas reaktors vai virzuļplūsmas reaktors ir taisnstūra tipa idealizēts plūsmas reaktors, kas izmanto nepārtrauktu šķidruma plūsmu materiālu apstrādei visā caurulē. Šo reaktoru izmanto, lai attēlotu ķīmiskās reakcijas cilindriskā caurulē tā, ka visas ķīmisko reakciju kombinācijas tiks piegādātas ar līdzīgu ātrumu visā plūsmas virzienā, tādējādi; nav integrācijas vai atpakaļplūsmas.
Šis reaktors ietver cilindrisku cauruli ar atverēm katrā galā reaģentiem, kā arī produktiem, caur kuriem tiek piegādāti reaģenti. Lai šajā reaktorā uzturētu vienmērīgu reakciju, reaktoram tiek piegādāts ūdens ar noteiktu temperatūru. Šajā reaktorā tiek radīta aizbāžņa plūsma, nepārtraukti ievadot materiālu no viena gala līdz otram, tā nepārtraukti izņem materiālus. Bieži ražotie materiāli PFR ir; naftas ķīmijas produkti, polimēri, farmaceitiskie izstrādājumi utt. Šiem reaktoriem ir plašs pielietojums gan šķidrās, gan gāzes fāzes sistēmās.
Plug plūsmas reaktors nodrošina izcilu uzturēšanās laika kontroli, kā arī reakcijas apstākļus. Tādējādi tie nodrošina augstu konversijas līmeni un ir saderīgi ar reakcijām, pateicoties augstai siltuma izdalīšanai (vai jutībai pret reaģenta koncentrāciju). Tomēr tiem ir daži ierobežojumi bez radiālās sajaukšanas un vienkārši aksiālās sajaukšanas.
Galvenās iezīmes
Spraudplūsmas reaktora galvenās iezīmes ir šādas.
Vienvirziena plūsma
PFR reaģenti, kā arī produkti pārvietojas vienā virzienā visā reaktora garumā, nesajaucoties.
Koncentrācijas gradients
Reaģenta koncentrācija un produkti šajā reaktorā mainās līdz ar reaktora garumu, lai gan tā ir konsekventa visā plūsmai vertikālajā posmā.
Uzturēšanās laiks
Uzturēšanās laiks atsevišķu reaģenta tilpumu, kas tiek iztērēts PFR, sauc par uzturēšanās laiku, un tas ir stabils visiem tilpumiem.
Plug Flow reaktora darbības princips
Plug plūsmas reaktors darbojas, oksidējot spirtus un citus organiskos savienojumus, lai iegūtu smalkas ķīmiskas vielas, piemēram; pigmenti un krāsvielas. Šķidrumi šajā reaktorā nepārtraukti un vienmērīgi pārvietojas pa cauruli vai cauruli. Reaģenti nonāk vienā reaktora galā, lai plūstu pa visu reaktoru, un pastāv otrā galā.
Spraudplūsmas raksturs šajā reaktorā nodrošina, ka ķīmiskie reaģenti tiek pakļauti līdzīgiem apstākļiem caur PFR un ka katra reaģenta uzturēšanās laiks ir vienāds. Tādējādi spraudplūsmas reaktors ir lieliska izvēle galvenajām reakcijām, kurām nepieciešama precīza pastāvīgā laika, temperatūras un spiediena kontrole.
Spraudplūsmas reaktora diagramma
Spraudplūsmas reaktora konstrukciju var veikt ar kāda veida kapilāru, kas ir maza caurule (vai kanāls, kas piestiprināts plāksnē). Šis ir nepārtraukts reaktora komplekts ar reaģentu ieplūdi un reaktora satura izvadi, kas tiek nepārtraukti darīts visā reaktora darbības laikā.
Plūsmas reaktoram (PFR) nav cilindriskas formas maisītāja, kas ļauj šķidrumam attīstīties ar minimālu atpakaļsajaukšanas daudzumu, kā rezultātā visām šķidruma daļiņām, kas nonāk reaktorā, ir līdzīgs uzturēšanās laiks. . Šo reaktoru noteikti var uzskatīt par plānu šķidruma šķēlumu sēriju, kas sastāv no niecīga pakešu reaktora, kas ir pilnībā samaisīts šķēlītē, lai virzītos uz priekšu reaktorā kā virzulis.
Vispārējā masas bilances vienādojumu vienai no šķidruma šķēlītēm reaktorā var izteikt šādi:
Ieplūde = izplūde + patēriņš + uzkrāšanās
Katras iepriekš minētās izteiksmes komponenta vienības ir materiāla darbības ātrums, piemēram, mol/s.
Spraudplūsmas reaktora vienādojuma atvasināšana
Plug-flow reaktors ir idealizēts reaktors, kurā visām daļiņām noteiktā sekcijā ir vienāds ātrums un kustības virziens. Plūsmas reaktorā (PFR) nav atpakaļplūsmas vai sajaukšanās, tāpēc šķidruma plūsma, piemēram, aizbāžņa no ieplūdes puses uz izvadu, ir parādīta zemāk esošajā attēlā.
Šis reaktors tiek izveidots atkarībā no masas bilances, kā arī siltuma bilances diferenciālā šķidruma daudzumā. Ja iedomājamies, ka procedūra ir izotermiska, tad tiek ņemts vērā tikai masas bilance.
Ja mēs iedomājamies līdzsvara stāvokļa apstākļus, reaģentu koncentrācija galu galā nemainās. Tā ir tipiska PFR darbības metode. PFR matemātisko vienādojumu var uzrakstīt vienkārši kā;
udCi/dx = avots
Ci(0) = Ci(f)
0≤ x ≤ L
Kur “Ci” ir reaģents, “i” ir koncentrācija, “u” ir šķidruma ātrums, “νi” ir stehiometriskais koeficients, “r” ir reakcijas ātrums un “x” ir pozīcija reaktorā. “Caf” ir reaģents A koncentrācija pie reaktora ieplūdes un “L” ir reaktora garums. Šķidruma ātrumu “u” mēra atkarībā no Fv (m3/s) tilpuma plūsmas ātruma un reaktora šķērsgriezuma apgabala S (m^2):
u = Fv/S
Ideālā PFR gadījumā visas šķidrās daļiņas ir atradušās reaktorā tieši tādu pašu laika periodu, ko sauc par vidējo uzturēšanās laiku, mērot kā;
T = L/u
Uzturēšanās laika dati parasti tiek izmantoti ķīmisko reaktoru inženierijā, lai prognozētu izmaiņas un izejas koncentrācijas.
Pirmās kārtas neatgriezeniska reakcija
Apskatīsim vienkāršu sadalīšanās reakciju:
A–> B
Ikreiz, kad reakcija ir neatgriezeniska un pirmās kārtas, mums ir:
udCa/dx = -kCa
Kur “k” ir kinētiskā konstante. Parasti kinētiskā konstante galvenokārt ir atkarīga no temperatūras. Parasti šīs attiecības aprakstīšanai var izmantot Arrēnija vienādojumu. Šeit mēs pieņemam izotermiskus apstākļus, tāpēc neizmantosim šo atkarību.
Pirmās kārtas neatgriezenisku reakciju modeli var atrisināt loģiski. Tātad risinājums ir šāds;
Ca = Cafexp (-x*k/u)
Otrās kārtas neatgriezeniska reakcija
Otrās kārtas neatgriezeniskās reakcijas piemērs ļaujiet mums izmantot tālāk norādīto:
2A -> B
Kad reakcija ir neatgriezeniska un otrās kārtas, mums ir:
udCa/dx = -2k*(Ca)^2
Plug Flow reaktora raksturlielumi
Spraudplūsmas reaktora raksturlielumi ir šādi.
- Plūsmas reaktora reaģenti nepārtrauktā plūsmā plūst visā reaktorā ar nelielu vai nesajaukšanos.
- Reakcija PFR notiek, kad reaģenti pārvietojas ar reaktora garumu.
- Reaģentu koncentrācija mainās atkarībā no reaktora garuma, un reakcijas ātrums parasti ir lielāks ieejā.
- Šos reaktorus bieži izmanto reakcijām, kur ir nepieciešams liels izmaiņu daudzums un kur reakcijas ātrums nereaģē uz absorbcijas izmaiņām.
- Uzturēšanās laiks PFR parasti ir īss.
- Bioplēve veidojas tuvu gaisa un šķidruma saskarnei, imitējot vidi, piemēram, mutes dobumu, mitras klinšu virsmas un dušas aizkari.
- Šāda veida reaktors rada konsekventu bioplēvi ar zemu bīdi, ko var izmantot kā statisko stikla kuponu reaktoru, lai pārbaudītu mikrobicīdu efektivitāti.
- Šī reaktora bioplēvi var viegli analizēt ar dažādām metodēm, piemēram, dzīvotspējīgo plākšņu skaitu, biezuma noteikšanu un gaismas mikroskopiju.
- PFR reaģenti tiek patērēti nepārtraukti, jo tie plūst uz leju reaktora garumā.
Tipisks PFR varētu būt caurule, kas iesaiņota caur kādu cietu materiālu.
Priekšrocības un trūkumi
The Plūsmas reaktora priekšrocības iekļaujiet tālāk norādīto.
- PFR priekšrocība salīdzinājumā ar CSTR ir tāda, ka šim reaktoram ir mazs tilpums līdzīgam telpas-laika un konversijas līmenim.
- Reaktoram ir nepieciešams mazāk vietas un ka konversijas daudzums ir augsts PFR, salīdzinot ar CSTR līdzīgam reaktora tilpumam.
- Šo reaktoru bieži izmanto, lai noteiktu gāzes fāzes katalītiskās kinētikas procesu.
- Šie reaktori ir ļoti efektīvi reaģējot uz reakcijām un lielai grupai “tipisku” reakciju ar augstāku konversijas ātrumu katram reaktora tilpumam, salīdzinot ar CSTR (Continuous Stirred-Tank Reactors)
- Reaktori ir ļoti labi piemēroti ātrai reakcijai
- Siltuma pārnesi PFR var pārvaldīt diezgan labāk, salīdzinot ar tvertnes reaktoriem, kas nodrošina izcilu piemērotību ārkārtīgi eksotermiskām sistēmām
- Pateicoties spraudplūsmas raksturam un bez pretsajaukšanas, visiem reaģentiem ir konsekvents uzturēšanās laiks, kas nodrošina uzticamu produkta kvalitāti, jo īpaši gadījumos, kad milzīgs uzturēšanās laiks izraisa piesārņojuma veidošanos un pārogļošanos un daudz ko citu.
- Plūsmas reaktora apkope ir vienkārša, jo tajā nav kustīgu elementu.
- Tie ir vienkārši mehāniski.
- Tā konversijas līmenis ir augsts katram reaktora tilpumam.
- Produkta kvalitāte nav mainījusies.
- Lieliski, lai pētītu ātras reakcijas.
- Reaktora tilpums tiek izmantots ļoti efektīvi.
- Lieliski piemērots lielas jaudas procesiem.
- Mazāk spiediena kritumu.
- Nav nekādas pretjaukšanas
- Tieša mērogojamība
- Efektīva uzturēšanās laika kontrole, temperatūras kontrole, efektīva sajaukšana, partiju maiņa ir ierobežota utt.
The spraudplūsmas reaktora trūkumi iekļaujiet tālāk norādīto.
- PFR eksotermiskās reakcijas veiktspēju ir grūti kontrolēt plašā temperatūras profilu diapazona dēļ.
- PFR uzturēšanas un ekspluatācijas izdevumi ir dārgi, salīdzinot ar CST.
- Reaktoram ir grūti kontrolēt temperatūru.
- Karstie punkti rodas reaktorā, kad to izmanto eksotermiskām reakcijām.
- To ir grūti kontrolēt sastāva un temperatūras izmaiņu dēļ.
- PFR ir dārgi projektēt un uzturēt to sarežģītās konstrukcijas un montāžas dēļ.
- PFR parasti ir paredzēti precīzām reakcijām, un tie var nebūt spējīgi pielāgoties izmaiņām izejvielu vai reakcijas apstākļos.
- Tos ir grūti kopt un tīrīt to šaurās un garās konstrukcijas dēļ.
- PFR reaģenti var plūst nevienmērīgi, kas izraisa karstos punktus vai nepilnīgas reakcijas.
- Ir ļoti svarīgi paturēt prātā, ka spraudplūsmas reaktori nevar iederēties visos lietojumos. Tāpēc rūpīgi jāanalizē uzturēšanās laiks, kinētika, selektivitātes problēmas utt., Lai izlemtu, kāda veida reaktors ir piemērots lietojumam.
Lietojumprogrammas
Plūsmas plūsmas reaktoru pielietojums ir šāds.
- PFR parasti izmanto mēslošanas līdzekļu, liela mēroga ķīmiskajā, naftas ķīmijas un farmācijas ražošanā.
- Šos reaktorus izmanto polimerizācijas procesos, piemēram, polipropilēna un polietilēna ražošanā.
- Plug plūsmas reaktori ir piemēroti šķidrums-ciets un gāzes-ciets reakcijas sistēmām.
- Tie ir piemēroti neviendabīgām vai viendabīgām reakcijām, piemēram; eļļas un tauku hidrogenēšana.
- PFR izmanto spirtu un citu organisko savienojumu oksidēšanai un smalku ķīmisku vielu, piemēram, pigmentu un krāsvielu, ražošanai.
Tādējādi tas ir Plūsmas reaktora pārskats , darbs, priekšrocības, trūkumi un pielietojums. Laba plūsmas reaktora projektēšana un izvēle joprojām ir māksla, un gadu gaitā iegūtās zināšanas liek jums uzlabot atlasi. Dažreiz spraudplūsmas reaktoru sauc arī par CTR (nepārtrauktu cauruļveida reaktoru). Idealizētā formā var izmērīt reakcijas kombinācijas formu, kas sastāv no dažiem aizbāžņiem, un katram spraudnim ir vienāda koncentrācija. Šim PFR ir pieņēmums, ka nav aksiālas sajaukšanas, tāpēc reaktorā nav atpakaļsajaukšanas. Šeit jums ir jautājums, kas ir reaktors?
