3 Plug Flow Reactor Voorbeeld: toepassing, werking, formule, ontwerp, diagram

De continue buisreactor is een andere term voor het plug-flow reactormodel of PFR. Laten we een paar voorbeelden nemen van de theorie, vorm en lay-out van een gebruikte propstroomreactor.

3 Voorbeelden van propstroomreactoren worden hieronder gegeven:

• Een douchegordijn
• De wanden van een badkuip
• Een kloofmuur sijpelt

Een douchegordijn

De beste douchegordijnen om te voorkomen dat er water buiten de douche naar binnen schiet, zijn die van onbehandeld katoenen canvas, hennep of nylon. Net als lonten, leiden douchegordijnen het water in het bad door het door de stof naar beneden te leiden. Er is geen voering nodig. Spreid na het douchen het gordijn open en hang het buiten het bad om te drogen.

De wanden van een badkuip

De wanden van het bad of de douche worden beschermd tegen water en vocht door een strakke afwerking, die de badkamer een artistiek tintje en kleur geeft. Acryl is de afgelopen jaren in populariteit gestegen als het beste materiaal voor badkuipwanden in het algemeen. In om een ​​oud bad te bedekken, lakens van PVC plastic of acryl wordt in de maat van een kuip gegoten, eroverheen geplaatst en vervolgens vastgelijmd.

Een kloofmuur sijpelt

Erosie is de belangrijkste oorzaak van canyons. Het stromende water van een rivier erodeert of slijt grond en rotsen gedurende duizenden of miljoenen jaren om een ​​vallei te creëren. Snelle stromen die worden aangevoerd door regen of smeltende sneeuw uit nattere gebieden hebben enkele van de grootste en meest bekende ravijnen over droog terrein uitgehouwen.

Plug-flow reactor toepassing

Een cilindrische pijp met openingen waar reactanten en producten doorheen kunnen stromen, vormen plug-flow reactoren. Laten we de toepassing van een plugstroomreactor bespreken.

• In industriële omgevingen worden propstroomreactoren gebruikt wanneer een chemische reactie een aanzienlijke hoeveelheid vereist exotherm of explosieve energie.
• Om ervoor te zorgen dat de componenten statisch worden gemengd, worden propstroomreactoren gebruikt.
• Warmteoverdracht tussen het instrument en zijn omgeving was veilig in plug-flow reactoren.
• Momenteel biodiesel en andere biobrandstoffen met een recyclingmechanisme worden geproduceerd met behulp van plugflowreactoren. Vanwege de stationaire werking heeft de plugstroomreactor vooral de voorkeur voor de productie van bio-energie. Bovendien zijn er geen agitatie of schotten nodig in de plugreactor.  

Gewoonlijk werken propstroomreactoren in stabiele toestand. Terwijl reactanten langs de lengte van de reactor naar beneden bewegen, worden ze continu verbruikt.

Plugstroomreactor werkt

Bij gemengde stroming neemt de reactiesnelheid snel af tot een lage waarde, terwijl bij propstroming de reactiesnelheid geleidelijk over het hele systeem afneemt. Laten we eens kijken naar de plugflowreactor in actie.

• De vloeistof die door een propstroomreactor stroomt, wordt gemodelleerd als een verzameling samenhangende pluggen die oneindig dun zijn en een uniforme samenstelling hebben.
• Elke plug heeft een unieke samenstelling van de pluggen ervoor en erna terwijl ze in de axiale richting van de reactor bewegen.
• Het fundamentele uitgangspunt is dat als een plug door een PFR gaat, de vloeistof perfect wordt gemengd in radiale richting, maar helemaal niet wordt gemengd in axiale richting (niet met het element stroomopwaarts of stroomafwaarts).
• Als gevolg hiervan wordt elke plug behandeld als een afzonderlijke entiteit en functioneert hij als een oneindig kleine batchreactor met menging die het volume van nul benadert.
• De verblijftijd van het plugelement wordt berekend uit zijn positie in de reactor terwijl het door de plugstroomreactor stroomt.
• De verblijftijdverdeling is dan ook een impuls in deze formulering van de ideale propstroomreactor (een kleine, smalle piekfunctie).

Om belangrijke reactorvariabelen, waaronder de grootte van de reactor, te schatten, wordt het plugflowreactormodel gebruikt om het gedrag van chemische reactoren met buisvormige ontwerpen te voorspellen.

Plug-flow reactor ontwerp

De exacte verblijftijd voor massa die door de reactor gaat, varieert van de gemiddelde verblijftijd in een CSTR tot een ideale propstroomreactor. Laten we eens kijken naar de lay-out van de plug-flow reactor.

• Plugstroomreactoren zijn ook bekend als zuigerstroomreactoren, slugstroomreactoren, perfecte buisvormige stromingsreactoren en ongemengde stromingsreactoren.
• De patroonstroom van de plugstroomreactor is plugstroom.
• De geordende vloeistofstroom door een propstroomreactor wordt gedefinieerd als geen vloeistofelement dat eroverheen gaat of zich vermengt met enig ander element ervoor of erachter.
• In een plugreactor mag inderdaad zijdelings vloeistof worden gemengd, maar er moet ook sprake zijn van menging of diffusie over het gehele stromingstraject.
• De gelijke verblijftijd voor elk fluïdumelement in de reactor dient als een vereiste en voldoende voorwaarde voor propstroom.

Plugstroomreactordiagram

De snelle reactietechniek in propstroomsystemen is gebaseerd op een snel kinetisch systeem met continue stroom. Hier is een diagram van een propstroomreactor.

Het tijdsinterval kan worden bepaald uit het debiet als de afstand tussen het startpunt van de reactie en de productdetector bekend is. De tijd die nodig is om de hoogste opbrengst te behalen, kan dan worden berekend door de afstand aan te passen.

Plugflow reactor formule

Het feit dat materiaal door een propstroomreactor stroomt, is het belangrijkste kenmerk. Laten we eens kijken naar de formule voor een propstroomreactor.

• Aangezien de vloeistofsamenstelling varieert langs het stroomkanaal in een propstroomreactor, moet de materiaalbalans voor een reactiecomponent rekening houden met een differentiaal element van volume dV.
• (Snelheid van reactantstroom in volume-element) = (Snelheid van reactantstroom uit volume-element) + (Snelheid van reactantverlies als gevolg van chemische reactie binnen het volume-element) + (accumulatiesnelheid van reactant in volume-element)
• Als resultaat wordt de massabalansvergelijking voor reactant A opgelost voor nul.
• Input = Output + Reactie + Accumulatie + Verdwijning.
• Nu, F_A = (V_A + dF_A)+(-r_A)dV, Niets dat, dF_A = d[F_A0 (1 – X_A)] = -F_A0dX_A, We krijgen bij vervanging, -F_A0dX_A = (-r_A)dV.
• De vergelijking voor A in de differentiële sectie van de reactor met volume dV is dus deze.
• De zin moet voor de hele reactor worden geïntegreerd.
• F_A0, de voedingssnelheid, is nu constant, maar het is duidelijk dat r_A afhankelijk van de materiaalconcentratie of conversie.
• Wanneer we de termen op de juiste manier groeperen, krijgen we,

• Voor een specifieke voedingssnelheid en noodzakelijke conversie maakt de bovengenoemde vergelijking een schatting van de reactorgrootte mogelijk.
• Als de voeding waarop de conversie is gebaseerd, subscript 0, de reactor gedeeltelijk omgezet, subscript binnenkomt en vertrekt met een conversie die wordt aangeduid met subscript f, krijgen we, als een meer algemene uitdrukking voor propstroomreactoren,

• Voor speciaal geval van systeem met constante dichtheid, X_A= 1 – C_A/C_A0 en, dX_A = gelijkstroom_A/ VS_A0.
• In dat geval kan de prestatievergelijking worden weergegeven als een functie van concentratie of

Plug-flow reactormodel

Temperaturen in propstroomreactoren kunnen moeilijk te beheersen zijn en kunnen ongunstige temperatuurgradiënten veroorzaken. Laten we eerst het plug-flow reactormodel bekijken.

• Chemische processen die plaatsvinden in een buis worden gemodelleerd met behulp van een propstroomreactor.
• Een geïdealiseerd voorbeeld dat kan worden gebruikt in het reactorontwerpproces is de propstroomreactor.
• Deze blog gaat ervan uit dat het plug-flow reactormodel adiabatisch is en onder constante druk werkt.
• De enige reactie die geacht wordt plaats te vinden is een gasfase ontleding proces, dat de formule A -> 2B + C volgt.

Bovendien duurder dan CSTR-onderhoud is onderhoud van plug-flow reactoren. Een recyclelus maakt het mogelijk dat een propstroomreactor op dezelfde manier werkt als een CSTR.

Conclusie

Met deze studie kunnen we de conclusie trekken dat, aangezien propstroomreactoren essentiële hulpmiddelen zijn voor voorspelling, voorzichtigheid geboden is, aangezien echte stroomsystemen een aanzienlijke variatie in verblijftijden vertonen. Bij het opschalen van stromingsreactoren is de verblijftijdverdeling een van de elementen waarmee rekening moet worden gehouden.