RTD studie zátkového průtokového reaktoru - RTD studies of plug flow reactor

Bylo navrženo, aby tento článek byl sloučeny do Model s pístovým reaktorem. (Diskutujte) Navrhováno od června 2020.

The Plug Flow Tube Reactor (PFTR) je model ideálního reaktoru charakterizovaný vstupem předem smíchané reakční směsi reaktantů a rozpouštědel na jedné straně a odstraněním produktu na druhé straně. Během toku směsi reagují reaktanty navzájem. Ideál zátkový tok Předpokládá se, že jakékoli rychlosti proudění jsou konstantní a nedochází k zpětnému míchání složek.^[1]

Nemovitý zátkový tok reaktory nesplňují idealizované vzory proudění, zpětný směšovací tok nebo odchylka průtoku zátky mohou mít ideální chování v důsledku směrování tekutiny přes nádobu, recyklace tekutiny v nádobě nebo v důsledku přítomnosti stagnující oblasti nebo mrtvé zóny tekutiny v plavidlo.^[2] Byly také modelovány reaktory se skutečným průtokem s neideálním chováním.^[3]

The distribuce doby pobytu (RTD) reaktoru je charakteristika míchání, ke kterému dochází v chemickém reaktoru. Neexistuje žádné axiální míchání v a plug-flow reaktor a toto opomenutí se odráží v RTD, který tato třída reaktorů vykazuje.^[4]

Předpovědět přesné chování plavidla jako chemický reaktor Používá se technika RTD nebo stimulační reakce sledovací technika, nejpoužívanější metoda pro studium axiální disperze, se obvykle používá ve formě:^[5]

• Pulzní vstup
• Krokový vstup
• Cyklický vstup
• Náhodný vstup

RTD se stanoví experimentálně vstřikováním inertní chemické látky, molekuly nebo atomu, který se nazývá stopovací látka, do reaktoru v určitém čase t = 0 a poté měřením koncentrace stopovací látky C v odpadním proudu jako funkce času.^[4]

The distribuce doby pobytu (RTD) křivka tekutiny opouštějící nádobu se nazývá E-křivka. Tato křivka je normalizována takovým způsobem, že oblast pod ní je jednotná:

(1)

${ displaystyle int E částečné t = 1}$

Průměrný věk výstupního proudu nebo střední doba pobytu je:

(2)

${ displaystyle tau = int tE částečné t = součet tE nabla t}$

Když je stopovací látka vstřikována do reaktoru v místě více než dvou nebo tří průměrů částic pod vstupem a měří určitou vzdálenost před výstupem, lze systém popsat disperzním modelem s kombinací otevřených nebo uzavřených okrajových podmínek.^[6] U takového systému, kde nedochází k diskontinuitě typu toku v bodě vstřikování stopovací látky nebo v bodě měření stopovací látky, je odchylka pro systém otevřeno-otevřeno:

(3)

${ displaystyle ( sigma _ { theta}) ^ {2} = ( sigma _ {t}) ^ {2} / tau ^ {2} = 2 / P_ {e} + 8 / (P_ {e }) ^ {2}}$

Kde,

(4)

${ displaystyle P_ {e} = LU / D_ {L}}$

což představuje poměr rychlosti dopravy konvekcí k rychlosti dopravy difúze nebo disperze.

${ displaystyle L}$ = charakteristická délka (m)

${ displaystyle D_ {L}}$ = efektivní koeficient rozptylu (m²/ s)

${ displaystyle U}$ = povrchová rychlost (m / s) na základě prázdného průřezu

Číslo rozptylu plavidla je definováno jako:

${ displaystyle 1 / P_ {e} = D_ {L} / LU}$

The rozptyl spojitého rozdělení měřeného při konečném počtu míst ve stejné vzdálenosti je dáno vztahem:

(5)

${ displaystyle ( sigma _ {t}) ^ {2} = součet t_ {i} ^ {2} C_ {i} / součet C_ {i} - součet [t_ {i} C_ {i} / sum C_ {i}] ^ {2}}$

Kde je střední doba pobytu τ dána vztahem:

(6)

${ displaystyle tau = součet t_ {i} C_ {i} / součet C_ {i}}$

(7)

${ displaystyle ( sigma _ { theta}) ^ {2} = ( sigma _ {t}) ^ {2} / tau ^ {2}}$

Tak (σ_θ)² lze vyhodnotit z experimentálních údajů o C vs. t a pro známé hodnoty ${ displaystyle ( sigma _ { theta}) ^ {2}}$, číslo disperze ${ displaystyle (1 / P_ {e})}$ lze získat z ekv. (3) jako:

(8)

${ displaystyle D_ {L} / LU = {- 1 + { sqrt {1 + 8 ( sigma _ { theta}) ^ {2}}} nad 8}}$

Tudíž koeficient axiálního rozptylu D_L lze odhadnout (L = balená výška)^[2]

Jak již bylo zmíněno dříve, existují také další okrajové podmínky, které lze použít na model disperze, které dávají různé vztahy pro číslo disperze.^[7][8][6]

Výhody

Z bezpečnostně technického hlediska má PFTR výhody, které má ^[1]

1. Působí v ustálený stav
2. Je dobře ovladatelný
3. Velký přenos tepla mohou být instalovány oblasti

Obavy

Hlavní problémy spočívají v obtížných a někdy kritických spouštěcích a vypínacích operacích.^[1]

Reference