Fiş Akış Reaktörü: Çalışması, Türetilmesi, Özellikleri ve Uygulamaları

Tıkaç akışı bu reaktörlerin önemli bir özelliğidir, dolayısıyla herhangi iki molekül reaktöre daha kısa sürede girip aynı anda çıkabilir. Fiş akışı reaktör Ürünlerin yanı sıra reaktanların bölünmesini de optimize ederken reaksiyon süresinin etkili bir şekilde kontrol edilmesini sağlar. Bu nedenle reaktörlerde iyi performans için iyi tıkaç akışı gereklidir. Dolayısıyla tapa akış kimyası kullanan reaktörlere normal olarak tapa akışlı reaktörler veya PFR reaktörleri denir. Tapa Akış Reaktörü veya PFR, besinlerin sürekli olarak reaktöre verildiği ve reaktör boyunca bir 'tıpa' olarak hareket ettiği üçüncü genel tipte bir reaktördür. Bu makalede bir genel bakış anlatılmaktadır. tıkaç akış reaktörü , çalışması ve uygulamaları.

Fiş Akış Reaktörü Nedir?

Tıpa akış reaktörü veya piston akış reaktörü, bir tüp boyunca malzemeleri işlemek için sürekli bir sıvı akışı kullanan dikdörtgen tipte idealleştirilmiş bir akış reaktörüdür. Bu reaktör, tüm kimyasal reaksiyon kombinasyonlarının akış yönü boyunca benzer bir hızda besleneceği şekilde silindirik bir boru içindeki kimyasal reaksiyonları tasvir etmek için kullanılır; entegrasyon veya geri akış yoktur.

Bu reaktör, reaktantların yanı sıra reaktanların beslendiği ürünler için her uçta açıklıklar bulunan silindirik bir boru içerir. Bu reaktörde muntazam bir reaksiyonun muhafaza edilmesi için, reaktöre sabit sıcaklıkta su temin edilmektedir. Bu reaktörde tıkaç akışı, malzemenin bir uçtan diğer uca sürekli olarak verilmesiyle üretilir, malzemeleri sürekli olarak uzaklaştırır. PFR'de sıklıkla üretilen malzemeler; petrokimyasallar, polimerler, farmasötikler vb. Bu reaktörlerin sıvı veya gaz fazlı sistemlerde geniş bir uygulama alanı vardır.

Tapa akışlı reaktör, reaksiyon koşullarının yanı sıra olağanüstü bir kalma süresi kontrolü sağlar. Bu nedenle yüksek düzeyde dönüşüm sağlarlar ve yüksek ısı salınımı (veya) reaktan konsantrasyonlarına duyarlılık yoluyla reaksiyonlarla uyumludurlar. Bununla birlikte, radyal karıştırma olmadan ve sadece eksenel karıştırma olmadan bazı sınırlamalara sahiptirler.

Ana Özellikler

Bir tapa akışlı reaktörün temel özellikleri aşağıdakileri içerir.

Tek Yönlü Akış

PFR'de reaktanlar ve ürünler, reaktörün uzunluğu boyunca geri karıştırma olmadan tek bir yönde hareket eder.

Konsantrasyon gradyanı

Bu reaktördeki reaktan konsantrasyonu ve ürünler, akışa dikey herhangi bir bölüm boyunca tutarlı olmasına rağmen reaktörün uzunluğuna göre değişir.

Kalış süresi

PFR içerisinde harcanan ayrı bir reaktan hacminin kalma süresi, kalma süresi olarak adlandırılır ve tüm hacimler için stabildir.

Fiş Akış Reaktörü Çalışma Prensibi

Tapa akışlı reaktör, alkolleri ve diğer organik bileşikleri oksitleyerek aşağıdaki gibi ince kimyasallar üreterek çalışır; pigmentler ve boyalar. Bu reaktördeki akışkanlar bir boru veya tüp boyunca sürekli ve düzgün bir şekilde hareket eder. Reaktanlar reaktörün bir ucundan girerek reaktör boyunca akmaya başlar ve diğer ucunda bulunur.

Bu reaktördeki tapa akış yapısı, kimyasal reaktanların PFR aracılığıyla benzer koşullara maruz kalmasını ve her reaktantın kalış süresinin aynı olmasını sağlar. Bu nedenle, bir tapa akışlı reaktör, kalma süresinin, sıcaklığın ve basıncın tam olarak kontrol edilmesini gerektiren ana reaksiyonlar için olağanüstü bir seçimdir.

Fiş Akış Reaktörü Şeması

Bir tapa akışlı reaktörün tasarımı, küçük bir tüp (veya) bir plakaya sabitlenmiş bir kanal olan bir tür kılcal boru ile yapılabilir. Bu, reaktörün çalışması boyunca sürekli olarak yapılan, reaktanların bir girişi ve reaktör içeriğinin bir çıkışı olan sürekli bir reaktör setidir.

Bir tapa akışlı reaktör (PFR), sıvının minimum miktarda geri karıştırma ile gelişmesine olanak tanıyan silindirik bir şekle sahip bir karıştırıcıya sahip değildir; bunun sonucunda, reaktöre giren tüm sıvı parçacıkları benzer bir kalma süresine sahiptir. . Bu reaktör kesinlikle, reaktör içinde bir piston gibi ilerlemek için dilim içinde tamamen karıştırılan küçük bir kesikli reaktör içeren bir dizi ince sıvı dilimleri olarak düşünülebilir.

Genel kütle dengesi denklemi, reaktör içindeki akışkan dilimlerinden biri için aşağıdaki gibi ifade edilebilir:

Giriş = Çıkış + Tüketim + Birikim

Yukarıdaki ifadenin her bileşeninin birimleri mol/sn gibi bir malzeme akış hızıdır.

Fiş akışı Reaktör Denklemi Türetme

Tapa akışlı reaktör, belirli bir bölümdeki tüm parçacıkların aynı hıza ve hareket yönüne sahip olduğu idealleştirilmiş bir reaktördür. Tampon akışlı reaktörde (PFR) geri akış veya karışım olmadığından, tıkaç benzeri bir akışkanın giriş tarafından çıkışa doğru akışı aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

Bu reaktör, kütle dengesine ve farklı miktardaki akışkan içindeki ısı dengesine bağlı olarak oluşturulur. Prosedürün izotermal olduğunu düşünürsek sadece kütle dengesi dikkate alınır.

Kararlı durum koşullarını hayal edersek, reaktan konsantrasyonları sonuçta değişmez. PFR'nin tipik bir çalışma yöntemidir. PFR'nin matematiksel denklemi basitçe şu şekilde yazılabilir:

udCi/dx = kaynak

Ci(0) = Ci(f)

0≤ x ≤ L

'Ci' reaktan, 'i' konsantrasyon, 'u' sıvının hızı, 'νi' stokiyometrik katsayı, 'r' reaksiyon hızı ve 'x' reaktör içindeki konumdur. 'Caf', reaktör girişindeki reaktan A konsantrasyonudur ve 'L' reaktör uzunluğudur. 'u' akışkanının hızı, Fv (m3/s) hacimsel akış hızına ve reaktörün S (m^2) kesit bölgesine bağlı olarak ölçülür:

u=Fv/S

İdeal bir PFR'de, tüm sıvı parçacıklar, ortalama kalma süresi olarak adlandırılan ve şu şekilde ölçülen, tam olarak aynı süre boyunca reaktörde bulunur;

T =L/u

Kalış süresi verileri normalde kimyasal reaktör mühendisliğinde değişim ve çıkış konsantrasyonlarına ilişkin tahminler yapmak için kullanılır.

Birinci Dereceden Geri Dönüşü Olmayan Reaksiyon

Basit bir ayrışma tepkimesini ele alalım:

A–>B

Reaksiyonun geri döndürülemez ve birinci dereceden olduğu durumlarda:

udCa/dx = -kCa

'K' kinetik bir sabittir. Genellikle kinetik sabit esas olarak sıcaklığa bağlıdır. Genellikle bu ilişkiyi tanımlamak için bir Arrhenius denklemi kullanılabilir. Burada izotermal koşulları varsayıyoruz, dolayısıyla bu bağımlılığı kullanmayacağız.

Birinci dereceden geri dönüşü olmayan reaksiyonların modeli mantıksal olarak çözülebilir. Yani çözüm şu şekilde;

Ca = Cafexp(-x*k/u)

İkinci Dereceden Geri Dönülemez Reaksiyon

İkinci dereceden geri dönüşü olmayan reaksiyon örneği, aşağıdaki örneği kullanmamıza izin verir:

2A –> B

Reaksiyon geri döndürülemez ve ikinci dereceden olduğunda:

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

Fiş Akışlı Reaktör Özellikleri

Bir tapa akışlı reaktörün özellikleri aşağıdakileri içerir.

• Bir tapa akışlı reaktördeki reaktanlar, reaktör boyunca çok az veya hiç karıştırma olmadan sürekli bir akışla akar.
• PFR'deki reaksiyon, reaktanlar reaktör uzunluğuyla birlikte hareket ettiğinde meydana gelir.
• Reaktanların konsantrasyonu reaktörün uzunluğuna göre değişir ve reaksiyon hızı genellikle girişte daha yüksektir.
• Bu reaktörler sıklıkla yüksek miktarda değişimin gerekli olduğu ve reaksiyon hızının absorpsiyon değişikliklerine yanıt vermediği reaksiyonlar için kullanılır.
• PFR içerisinde kalış süresi normalde kısadır.
• Biyofilm, ağız boşluğu, ıslak kaya yüzeyleri ve duş perdeleri gibi ortamları simüle eden hava-sıvı arayüzünün yakınında oluşur.
• Bu tip reaktör, mikrobisid etkinliğini kontrol etmek için statik cam kupon reaktörü gibi kullanılabilen, düşük kesmede tutarlı bir biyofilm üretir.
• Bu reaktörün biyofilmi, canlı plaka sayımı, kalınlığın belirlenmesi ve ışık mikroskobu gibi farklı yöntemlerle kolayca analiz edilir.
• PFR'deki reaktanlar reaktörün uzunluğu boyunca aktıkları için sürekli olarak tüketilirler.
  Tipik bir PFR, bazı katı maddelerle paketlenmiş bir tüp olabilir.

Avantajlar ve dezavantajlar

tapa akışlı reaktörün avantajları aşağıdakileri ekleyin.

• PFR'nin CSTR'ye göre avantajı, bu reaktörün benzer uzay-zaman ve dönüşüm seviyesi için düşük bir hacme sahip olmasıdır.
• Reaktör daha az alana ihtiyaç duyar ve benzer bir reaktör hacmi için CSTR'ye kıyasla PFR dahilindeki dönüşüm miktarı yüksektir.
• Bu reaktör, gaz fazı katalitik kinetik prosesine karar vermek için sıklıkla kullanılır.
• Bu reaktörler, CSTR'ye (Sürekli Karıştırmalı Tank Reaktörleri) kıyasla her reaktör hacmi için daha yüksek dönüşüm oranlarıyla reaksiyonların yönetilmesinde ve büyük bir grup 'tipik' reaksiyon etkisinde çok etkilidir.
• Reaktörler hızlı reaksiyonlara çok uygundur.
• PFR'deki ısı transferi, tank reaktörlere kıyasla oldukça daha iyi yönetilebilir ve bu da aşırı ekzotermik sistemler için mükemmel bir uyum sağlar
• Tampon akış karakteri ve geri karışımın olmaması nedeniyle, tüm reaktanlar adına tutarlı bir kalma süresi vardır, bu da özellikle büyük kalma sürelerinin kirlenme oluşumuna ve kömürleşmeye ve daha birçok şeye yol açtığı durumlarda güvenilir ürün kalitesine yol açar.
• Tapa akışlı reaktörün bakımı kolaydır çünkü hareketli eleman yoktur.
• Bunlar mekanik olarak basittir.
• Dönüşüm oranı her reaktör hacmi için yüksektir.
• Ürün kalitesi değişmedi.
• Hızlı reaksiyonları incelemek için mükemmeldir.
• Reaktör hacmi oldukça verimli kullanılır.
• Büyük kapasiteli prosesler için mükemmeldir.
• Daha az basınç düşüşü.
• Geri karıştırma yok
• Doğrudan ölçeklenebilirlik
• Etkin kalma süresi kontrolü, sıcaklık kontrolü, verimli karıştırma, partiden partiye değişim sınırlıdır, vb.

tapa akışlı reaktörün dezavantajları aşağıdakileri ekleyin.

• Bir PFR'de, geniş sıcaklık profilleri aralığı nedeniyle ekzotermik tepki performansının kontrol edilmesi zordur.
• Bir PFR için bakım ve işletme harcamaları CST'ye kıyasla maliyetlidir.
• Bir reaktör için sıcaklık kontrolü zordur.
• Ekzotermik reaksiyonlar için kullanıldığında reaktörde sıcak noktalar oluşur.
• Bileşim ve sıcaklık değişimleri nedeniyle kontrol edilmesi zordur.
• PFR'lerin karmaşık tasarımları ve montajları nedeniyle tasarımı ve bakımı pahalıdır.
• PFR'ler tipik olarak hassas reaksiyonlar için tasarlanmıştır ve besleme stokları veya reaksiyon koşulları içindeki değişikliklere uyum sağlayamayabilir.
• Bunların dar ve uzun tasarımları nedeniyle bakımı ve temizliği zordur.
• PFR'deki reaktanlar düzensiz bir şekilde akabilir ve bu da sıcak noktalara veya eksik reaksiyonlara yol açar.
• Tapa akışlı reaktörlerin tüm uygulamalara uyum sağlayamayacağını akılda tutmak çok önemlidir. Bu nedenle, bir uygulama için hangi tip reaktörün uygun olduğuna karar vermek için kalma süresi, kinetik, seçicilik konuları vb. dikkatlice analiz edilmelidir.

Uygulamalar

Tapa akışlı reaktörlerin uygulamaları aşağıdakileri içerir.

• PFR'ler gübre, büyük ölçekli kimyasal, petrokimya ve ilaç üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır.
• Bu reaktörler polipropilen & polietilen üretimi gibi polimerizasyon proseslerinde kullanılmaktadır.
• Tapa akışlı reaktörler sıvı-katı ve gaz-katı reaksiyon sistemlerine uygundur.
• Bunlar; sıvı ve katı yağ hidrojenasyonu.
• PFR'ler alkolleri ve diğer organik bileşikleri oksitlemek ve pigmentler ve boyalar gibi ince kimyasallar üretmek için kullanılır.

Böylece bu Tapa akışlı reaktöre genel bakış çalışma şekli, avantajları, dezavantajları ve uygulamaları. İyi bir akış reaktörünün tasarımı ve seçimi hala bir sanattır ve yılların deneyimi, seçim yapma konusunda gelişmenizi sağlar. Bazen bir tapa akışlı reaktör aynı zamanda CTR (sürekli boru şeklinde reaktör) olarak da bilinir. İdealleştirilmiş bir formda, reaksiyon kombinasyonunun şekli bazı tıkaçlardan oluşacak şekilde ölçülebilir ve her tıkaç tekdüze bir konsantrasyona sahiptir. Bu PFR, eksenel bir karışımın olmadığı ve dolayısıyla reaktörde geri karışımın olmadığı varsayımına sahiptir. İşte size bir soru: Reaktör nedir?