Reaktor Aliran Palam : Berfungsi, Derivasi, Ciri & Aplikasinya

Aliran palam adalah ciri penting reaktor ini, jadi mana-mana dua molekul boleh dimasukkan ke dalam reaktor dalam masa yang singkat dan keluar pada masa yang sama. Aliran palam reaktor menyediakan masa tindak balas kawalan yang cekap apabila mengoptimumkan pembahagian bahan tindak balas serta produk. Jadi, aliran palam yang baik diperlukan untuk prestasi yang baik dalam reaktor. Jadi reaktor yang menggunakan kimia aliran palam biasanya dipanggil reaktor aliran palam atau reaktor PFR. Reaktor Aliran Palam atau PFR ialah reaktor jenis umum ketiga di mana nutrien dimasukkan secara berterusan ke reaktor & bergerak ke seluruh reaktor sebagai 'plug'. Artikel ini membincangkan gambaran keseluruhan a reaktor aliran palam , cara kerjanya dan aplikasinya.

Apakah itu Reaktor Aliran Palam?

Reaktor aliran palam atau reaktor aliran omboh ialah reaktor aliran ideal jenis segi empat tepat yang menggunakan aliran bendalir berterusan untuk memproses bahan di seluruh tiub. Reaktor ini digunakan untuk menggambarkan tindak balas kimia dalam paip silinder supaya semua kombinasi tindak balas kimia akan dibekalkan pada kelajuan yang sama sepanjang arah aliran, oleh itu; tiada integrasi atau aliran balik.

Reaktor ini termasuk paip silinder dengan bukaan pada setiap hujung untuk bahan tindak balas serta produk yang melaluinya bahan tindak balas membekalkan. Untuk mengekalkan tindak balas seragam dalam reaktor ini, air pada suhu tetap disediakan kepada reaktor. Aliran palam dihasilkan dalam reaktor ini dengan memasukkan bahan secara berterusan dari satu hujung ke hujung yang lain, ia mengeluarkan bahan secara berterusan. Bahan yang kerap dihasilkan dalam PFR, ialah; petrokimia, polimer, farmaseutikal, dll. Reaktor ini mempunyai pelbagai aplikasi dalam sistem fasa cecair atau gas.

Reaktor aliran palam menyediakan kawalan masa kediaman yang cemerlang serta keadaan tindak balas. Jadi ia memberikan tahap penukaran yang tinggi & serasi dengan tindak balas melalui pelepasan haba yang tinggi (atau) kepekaan terhadap kepekatan bahan tindak balas. Walau bagaimanapun, mereka mempunyai beberapa had tanpa percampuran jejari & hanya percampuran paksi.

Ciri-ciri utama

Ciri-ciri utama reaktor aliran palam termasuk yang berikut.

Aliran Satu Arah

Dalam PFR, bahan tindak balas serta produk bergerak dalam satu arah sepanjang panjang reaktor tanpa pencampuran balik.

Kecerunan Kepekatan

Kepekatan & produk bahan tindak balas dalam reaktor ini berubah mengikut panjang reaktor walaupun ia konsisten merentasi mana-mana bahagian menegak kepada aliran.

Masa Tinggal

Masa tinggal isipadu reaktan berasingan yang dibelanjakan dalam PFR dipanggil masa tinggal dan stabil untuk semua isipadu.

Prinsip Kerja Reaktor Aliran Palam

Reaktor aliran palam berfungsi dengan mengoksidakan alkohol & sebatian organik lain untuk menghasilkan bahan kimia halus seperti; pigmen & pewarna. Bendalir dalam reaktor ini bergerak secara berterusan & seragam di seluruh paip atau tiub. Bahan tindak balas masuk pada satu hujung reaktor untuk mengalir ke seluruh reaktor dan wujud di hujung yang lain.

Sifat aliran palam dalam reaktor ini memastikan bahawa bahan tindak balas kimia terdedah kepada keadaan yang sama melalui PFR & setiap masa pemastautin bahan tindak balas adalah sama. Jadi, reaktor aliran palam ialah pilihan terbaik untuk tindak balas utama yang memerlukan kawalan tepat masa pemastautin, suhu & tekanan.

Gambarajah Reaktor Aliran Palam

Reka bentuk reaktor aliran palam boleh dilakukan dengan beberapa jenis kapilari yang merupakan tiub kecil (atau) saluran yang dipasang ke dalam plat. Ini ialah set reaktor berterusan dengan salur masuk bahan tindak balas & saluran keluar kandungan reaktor yang dilakukan secara berterusan sepanjang operasi reaktor.

Reaktor aliran palam (PFR) tidak mempunyai pengaduk yang mempunyai bentuk silinder yang membenarkan bendalir berkembang dengan kuantiti pencampuran belakang yang minimum, akibatnya, semua zarah bendalir yang masuk ke dalam reaktor mempunyai masa tinggal yang serupa . Reaktor ini sudah tentu boleh dianggap sebagai satu siri hirisan cecair nipis, yang terdiri daripada reaktor kelompok kecil, dikacau sepenuhnya dalam kepingan untuk bergerak ke hadapan dalam reaktor seperti omboh.

Persamaan untuk keseimbangan jisim am boleh dinyatakan seperti berikut untuk salah satu hirisan bendalir dalam reaktor:

Masuk = Outlet + Penggunaan + Pengumpulan

Unit bagi setiap komponen ungkapan di atas ialah kadar larian bahan seperti mol/saat.

Aliran palam Terbitan Persamaan Reaktor

Reaktor aliran palam ialah reaktor ideal di mana semua zarah dalam bahagian tertentu mempunyai halaju & arah gerakan yang sama. Dalam reaktor aliran palam (PFR) tidak ada aliran balik atau pencampuran, oleh itu aliran bendalir seperti palam dari sisi masuk ke alur keluar ditunjukkan dalam rajah di bawah.

Reaktor ini dicipta bergantung kepada keseimbangan jisim serta keseimbangan haba dalam jumlah cecair yang berbeza. Jika kita bayangkan bahawa prosedur itu adalah isoterma, maka keseimbangan jisim hanya dipertimbangkan.

Jika kita bayangkan keadaan keadaan mantap kepekatan bahan tindak balas tidak berubah akhirnya. Ia adalah kaedah biasa operasi PFR. Persamaan matematik untuk PFR boleh ditulis hanya sebagai;

udCi/dx = sumber

Ci(0) = Ci(f)

0≤ x ≤ L

Di mana 'Ci' ialah bahan tindak balas, 'i' ialah kepekatan, 'u' ialah halaju bendalir, 'νi' ialah pekali stoikiometrik, 'r' ialah kadar tindak balas & 'x' ialah kedudukan dalam reaktor. 'Caf' ialah bahan tindak balas Kepekatan pada salur masuk reaktor & 'L' ialah panjang reaktor. Halaju bendalir 'u' diukur bergantung pada kadar aliran isipadu Fv (m3/s) & kawasan keratan rentas reaktor S (m^2):

u=Fv/S

Dalam PFR yang ideal, semua zarah cecair telah berada di dalam reaktor untuk kuantiti masa yang sama yang dipanggil purata kediaman, diukur sebagai;

T =L/u

Data masa tinggal biasanya digunakan dalam kejuruteraan reaktor kimia untuk membuat ramalan perubahan & kepekatan keluar.

Reaksi Tak Boleh Balik tertib pertama

Mari kita pertimbangkan tindak balas penguraian mudah:

A–>B

Apabila tindak balas tidak dapat dipulihkan & tertib pertama, kita mempunyai:

udCa/dx = -kCa

Di mana 'k' ialah pemalar kinetik. Secara amnya, pemalar kinetik bergantung terutamanya pada suhu. Secara amnya, persamaan Arrhenius boleh digunakan untuk menerangkan hubungan ini. Di sini, kami menganggap keadaan isoterma, jadi tidak akan menggunakan kebergantungan ini.

Model untuk tindak balas tak boleh balik tertib pertama boleh diselesaikan secara logik. Maka penyelesaiannya adalah seperti berikut;

Ca = Cafexp(-x*k/u)

Tindak Balas Tak Boleh Balik Tertib Kedua

Contoh tindak balas tak boleh balik tertib kedua marilah kita gunakan yang di bawah:

2A –> B

Sebaik sahaja tindak balas tidak dapat dipulihkan & tertib kedua, kita mempunyai:

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

Ciri-ciri Reaktor Aliran Palam

Ciri-ciri reaktor aliran palam termasuk yang berikut.

• Bahan tindak balas dalam reaktor aliran palam mengalir ke seluruh reaktor dalam aliran berterusan dengan sedikit atau tiada campuran.
• Tindak balas dalam PFR berlaku apabila bahan tindak balas bergerak dengan panjang reaktor.
• Kepekatan bahan tindak balas berubah mengikut panjang reaktor dan kadar tindak balas biasanya lebih tinggi pada kemasukan.
• Reaktor ini kerap digunakan untuk tindak balas di mana-mana jumlah perubahan yang tinggi diperlukan dan di mana-mana kelajuan tindak balas tidak responsif kepada perubahan penyerapan.
• Masa tinggal dalam PFR biasanya singkat.
• Biofilem terbentuk berhampiran dengan persekitaran simulasi antara muka cecair udara seperti rongga mulut, permukaan batu basah dan langsir pancuran mandian.
• Reaktor jenis ini menghasilkan biofilem yang konsisten dalam ricih rendah yang boleh digunakan seperti reaktor kupon kaca statik untuk memeriksa keberkesanan mikrobisida.
• Biofilem reaktor ini dianalisis dengan mudah dengan kaedah yang berbeza seperti kiraan plat berdaya maju, penentuan ketebalan & mikroskop cahaya.
• Bahan tindak balas dalam PFR digunakan secara berterusan kerana ia mengalir ke bawah panjang reaktor.
  PFR biasa boleh menjadi tiub yang dibungkus melalui beberapa bahan pepejal.

Kelebihan dan kekurangan

The kelebihan reaktor aliran palam termasuk yang berikut.

• Kelebihan PFR berbanding CSTR ialah reaktor ini mempunyai volum yang rendah untuk tahap ruang-masa & penukaran yang serupa.
• Reaktor memerlukan lebih sedikit ruang & bahawa kuantiti penukaran adalah tinggi dalam PFR berbanding CSTR untuk isipadu reaktor yang serupa.
• Reaktor ini kerap digunakan untuk memutuskan proses kinetik pemangkin fasa gas.
• Reaktor ini sangat berkesan dalam mengendalikan tindak balas & untuk kumpulan besar kesan tindak balas 'tipikal' dalam kadar penukaran yang lebih tinggi untuk setiap volum reaktor berbanding dengan CSTR (Reaktor Tangki Kacau Berterusan)
• Reaktor sangat sesuai untuk tindak balas cepat
• Pemindahan haba dalam PFR boleh diuruskan dengan lebih baik berbanding dengan reaktor tangki yang membawa kepada kesesuaian yang sangat baik untuk sistem yang sangat eksotermik
• Oleh kerana ciri aliran palam & tidak mempunyai pencampuran balik, terdapat masa tinggal yang konsisten bagi pihak semua bahan tindak balas, yang membawa kepada kualiti produk yang boleh dipercayai terutamanya apabila masa kediaman yang besar membawa kepada pembentukan pencemaran dan hangus, dan banyak lagi.
• Penyelenggaraan reaktor aliran palam adalah mudah kerana tiada unsur yang bergerak.
• Ini adalah mudah secara mekanikal.
• Kadar penukarannya adalah tinggi untuk setiap volum reaktor.
• Kualiti produk tidak berubah.
• Cemerlang untuk mengkaji reaksi cepat.
• Isipadu reaktor digunakan dengan sangat cekap.
• Cemerlang untuk proses kapasiti besar.
• Kurang tekanan jatuh.
• Tidak ada campuran belakang
• Kebolehskalaan langsung
• Kawalan masa yang cekap bagi kediaman, kawalan suhu, pencampuran yang cekap, variasi kelompok ke kelompok adalah terhad, dsb.

The keburukan reaktor aliran palam termasuk yang berikut.

• Dalam PFR, prestasi tindak balas eksotermik sukar dikawal kerana julat luas profil suhu.
• Untuk PFR, perbelanjaan penyelenggaraan & operasi adalah mahal berbanding CST.
• Kawalan suhu adalah sukar untuk reaktor.
• Titik panas berlaku dalam reaktor apabila digunakan untuk tindak balas eksotermik.
• Ia sukar dikawal kerana komposisi & variasi suhu.
• PFR mahal untuk mereka bentuk & menyelenggara kerana reka bentuk dan pemasangannya yang kompleks.
• PFR direka bentuk biasanya untuk tindak balas yang tepat & mungkin tidak dapat menampung perubahan dalam stok suapan atau keadaan tindak balas.
• Ini sukar diselenggara dan dibersihkan kerana reka bentuknya yang sempit dan panjang.
• Bahan tindak balas dalam PFR boleh mengalir tidak sekata yang membawa kepada titik panas atau tindak balas yang tidak lengkap.
• Adalah sangat penting untuk diingat bahawa reaktor aliran palam tidak boleh dimuatkan dalam semua aplikasi. Oleh itu, seseorang mesti menganalisis dengan teliti masa kediaman, kinetik, isu selektiviti, dll untuk memutuskan jenis reaktor yang sesuai untuk aplikasi.

Aplikasi

Aplikasi reaktor aliran palam termasuk yang berikut.

• PFR biasanya digunakan dalam baja, pengeluaran kimia berskala besar, petrokimia & farmaseutikal.
• Reaktor ini digunakan dalam proses pempolimeran seperti pengeluaran polipropilena & polietilena.
• Reaktor aliran palam sesuai untuk sistem tindak balas cecair-pepejal & gas-pepejal.
• Ini sesuai untuk tindak balas heterogen atau homogen seperti; penghidrogenan minyak & lemak.
• PFR digunakan untuk mengoksidakan alkohol & sebatian organik lain & menjana bahan kimia halus seperti pigmen & pewarna.

Oleh itu, ini adalah gambaran keseluruhan reaktor aliran palam , kerja, kelebihan, keburukan dan aplikasi. Reka bentuk & pemilihan reaktor aliran yang baik masih merupakan seni & pengetahuan bertahun-tahun menjadikan anda bertambah baik dalam membuat pilihan. Kadangkala, reaktor aliran palam juga dikenali sebagai CTR (reaktor tiub berterusan). Dalam bentuk ideal, bentuk gabungan tindak balas boleh diukur untuk terdiri daripada beberapa palam & setiap palam mempunyai kepekatan seragam. PFR ini mempunyai andaian bahawa tiada pencampuran paksi jadi tiada pencampuran belakang dalam reaktor. Berikut adalah soalan untuk anda, apakah reaktor?