3 Plug-Flow-Reaktor Beispiel: Anwendung, Funktion, Formel, Design, Diagramm

Der kontinuierliche Rohrreaktor ist ein anderer Begriff für das Plug-Flow-Reaktormodell oder PFR. Betrachten wir einige Beispiele für die Theorie, Form und Anordnung eines Plug-Flow-Reaktors im Einsatz.

3 Beispiele für Plug-Flow-Reaktoren sind nachstehend aufgeführt:

• Ein Duschvorhang
• Die Wände einer Badewanne
• Eine Schluchtwand versickert

Ein Duschvorhang

Die besten Duschvorhänge, um zu verhindern, dass Wasser aus der Dusche spritzt, sind solche aus unbehandeltem Baumwoll-Canvas, Hanf oder Nylon. Ähnlich wie Dochte leiten Duschvorhänge Wasser in die Wanne, indem sie es durch den Stoff und nach unten leiten. Es ist kein Futter erforderlich. Breiten Sie den Vorhang nach dem Duschen auf und hängen Sie ihn zum Trocknen außerhalb der Wanne auf.

Die Wände einer Badewanne

Die Wände der Badewanne oder Dusche sind durch eine glatte Oberfläche vor Wasser und Feuchtigkeit geschützt, was dem Badezimmer eine künstlerische Note und Farbe verleiht. Acryl hat in den letzten Jahren als das beste Material für Badewannenwände insgesamt an Popularität gewonnen. Um eine alte Wanne zu bedecken, Blätter aus PVC Kunststoff oder Acryl werden in die Größe einer Wanne geformt, darüber gelegt und dann verklebt.

Eine Schluchtwand versickert

Erosion ist die Hauptursache für Schluchten. Das fließende Wasser eines Flusses erodiert oder trägt Boden und Felsen über Tausende oder Millionen von Jahren ab, um ein Tal zu schaffen. Schnelle Bäche, die durch Regen oder schmelzenden Schnee aus feuchteren Gebieten gespeist werden, haben einige der größten und bekanntesten Schluchten durch trockenes Gelände geschnitzt.

Plug-Flow-Reaktor-Anwendung

Plug-Flow-Reaktoren bestehen aus einem zylindrischen Rohr mit Öffnungen, durch die Reaktanten und Produkte fließen können. Lassen Sie uns die Anwendung des Plug-Flow-Reaktors diskutieren.

• In industriellen Umgebungen werden Plug-Flow-Reaktoren eingesetzt, wenn eine chemische Reaktion eine erhebliche Menge an CO erfordert exotherm oder explosive Energie.
• Um sicherzustellen, dass die Komponenten statisch gemischt werden, werden Plug-Flow-Reaktoren eingesetzt.
• Die Wärmeübertragung zwischen dem Instrument und seiner Umgebung war in Plug-Flow-Reaktoren sicher.
• Derzeit Bio-Diesel und andere Biokraftstoffe mit einem Recyclingmechanismus werden mit Plug-Flow-Reaktoren hergestellt. Aufgrund seines stationären Betriebs wird der Plug-Flow-Reaktor für die Erzeugung von Bioenergie am meisten bevorzugt. Außerdem sind im Plug-Reaktor weder Rühren noch Prallbleche erforderlich.  

Typischerweise arbeiten Plug-Flow-Reaktoren im stationären Zustand. Wenn sich Reaktanten entlang der Länge des Reaktors bewegen, werden sie kontinuierlich verbraucht.

Plug-Flow-Reaktor funktioniert

Bei gemischter Strömung fällt die Reaktionsgeschwindigkeit schnell auf einen niedrigen Wert ab, während bei idealer Strömung die Reaktionsgeschwindigkeit allmählich über das System abnimmt. Sehen wir uns den Plug-Flow-Reaktor in Aktion an.

• Das Fluid, das durch einen Pfropfenströmungsreaktor fließt, wird als eine Ansammlung kohärenter Pfropfen modelliert, die unendlich dünn sind und einheitliche Zusammensetzungen haben.
• Jeder Stopfen hat eine einzigartige Zusammensetzung von denen davor und danach, wenn sie sich in axialer Richtung des Reaktors bewegen.
• Die Grundvoraussetzung ist, dass, wenn ein Pfropfen einen PFR passiert, das Fluid in radialer Richtung perfekt gemischt wird, aber überhaupt nicht in axialer Richtung (nicht mit dem Element stromaufwärts oder stromabwärts).
• Infolgedessen wird jeder Pfropfen als eigenständige Einheit behandelt und fungiert als unendlich kleiner Batch-Reaktor mit einem Mischen, das sich dem Volumen Null nähert.
• Die Verweilzeit des Plug-Elements wird aus seiner Position im Reaktor berechnet, wenn es den Plug-Flow-Reaktor hinabströmt.
• Die Verweilzeitverteilung ist folglich ein Impuls in dieser Formulierung des idealen Plug-Flow-Reaktors (eine kleine, schmale Spike-Funktion).

Um wichtige Reaktorvariablen einschließlich der Reaktorgröße abzuschätzen, wird das Plug-Flow-Reaktormodell verwendet, um das Verhalten von chemischen Reaktoren mit Röhrendesign vorherzusagen.

Plug-Flow-Reaktor-Design

Die genaue Verweilzeit für die Masse, die durch den Reaktor geht, variiert von der durchschnittlichen Verweilzeit in einem CSTR in einem idealen Pfropfenströmungsreaktor. Sehen wir uns das Layout des Plug-Flow-Reaktors an.

• Kolbenströmungsreaktoren sind auch als Kolbenströmungsreaktoren, Schwallströmungsreaktoren, perfekte Rohrströmungsreaktoren und Reaktoren mit ungemischter Strömung bekannt.
• Die Musterströmung des Plug-Flow-Reaktors ist eine Plug-Strömung.
• Der geordnete Fluidstrom durch einen Plug-Flow-Reaktor ist definiert als kein Fluidelement, das über ein anderes Element vor oder hinter ihm strömt oder sich mit ihm vermischt.
• In einem Plug-Reaktor kann Fluid tatsächlich seitlich gemischt werden, aber es muss auch eine Mischung oder Diffusion über den gesamten Strömungsweg geben.
• Die gleiche Verweilzeit für jedes Fluidelement im Reaktor dient als erforderliche und hinreichende Bedingung für die Pfropfenströmung.

Plug-Flow-Reaktor-Diagramm

Die schnelle Reaktionstechnik in Plug-Flow-Systemen basiert auf einem schnellen kinetischen System mit kontinuierlicher Strömung. Hier ist ein Diagramm eines Plug-Flow-Reaktors.

Das Zeitintervall kann aus der Flussrate bestimmt werden, wenn die Entfernung zwischen dem Startpunkt der Reaktion und dem Produktdetektor bekannt ist. Die Zeit, die benötigt wird, um den höchsten Ertrag zu erzielen, kann dann durch Anpassen der Entfernung berechnet werden.

Plug-Flow-Reaktor-Formel

Die Tatsache, dass Material durch einen Plug-Flow-Reaktor fließt, ist sein bedeutendstes Merkmal. Betrachten wir die Formel für einen Plug-Flow-Reaktor.

• Da die Fluidzusammensetzung entlang des Strömungskanals in einem Plug-Flow-Reaktor variiert, muss die Stoffbilanz für eine Reaktionskomponente ein differentielles Element des Volumens dV berücksichtigen.
• (Rate des Reaktantenflusses in das Volumenelement) = (Rate des Reaktantenflusses aus dem Volumenelement) + (Rate des Reaktantenverlusts aufgrund von chemische Reaktion innerhalb des Volumenelements) + (Akkumulationsrate des Reaktanten im Volumenelement)
• Als Ergebnis wird die Massenbilanzgleichung für Reaktant A nach Null gelöst.
• Input = Output + Reaktion + Akkumulation + Verschwinden.
• Nun, F_A = (F_A + dF_A)+(-r_A)dV, Nichts, dF_A = d[F_A0 (1 – X_A)] = -F_A0dX_A, erhalten wir bei Ersatz, -F_A0dX_A = (-r_A)dV.
• Die Gleichung für A im Differentialteil des Reaktors mit dem Volumen dV lautet somit.
• Der Satz muss für den gesamten Reaktor integriert werden.
• F_A0, die Vorschubgeschwindigkeit, ist jetzt konstant, aber es ist klar, dass r_A hängt von der Stoffkonzentration bzw. -umwandlung ab.
• Wenn wir die Begriffe passend gruppieren, erhalten wir

• Für eine bestimmte Beschickungsrate und notwendige Umwandlung ermöglicht die oben genannte Gleichung eine Abschätzung der Reaktorgröße.
• Wenn die Beschickung, auf der die Umwandlung basiert, Index 0, teilweise umgewandelt, Index, in den Reaktor eintritt und bei einer mit Index f bezeichneten Umwandlung abfließt, erhalten wir als allgemeineren Ausdruck für Pfropfenströmungsreaktoren:

• Für den Sonderfall des Systems mit konstanter Dichte, X_A= 1 – C_A/C_A0 und dX_A = DC_A/ C._A0.
• In diesem Fall kann die Leistungsgleichung als Funktion der Konzentration oder dargestellt werden

Plug-Flow-Reaktormodell

Temperaturen in Plug-Flow-Reaktoren können schwierig zu handhaben sein und ungünstige Temperaturgradienten erzeugen. Betrachten wir zunächst das Plug-Flow-Reaktormodell.

• Chemische Prozesse, die in einem Rohr ablaufen, werden mit einem Plug-Flow-Reaktor modelliert.
• Ein idealisiertes Beispiel, das im Reaktorentwurfsprozess verwendet werden kann, ist der Plug-Flow-Reaktor.
• Dieser Blog geht davon aus, dass das Plug-Flow-Reaktormodell adiabat ist und bei konstantem Druck arbeitet.
• Die einzige Reaktion, von der angenommen wird, dass sie auftritt, ist eine Gasphase Zersetzung Prozess, der der Formel A -> 2B + C folgt.

Zusätzlich teurer als die CSTR-Wartung ist die Wartung des Plug-Flow-Reaktors. Eine Rückführungsschleife ermöglicht es einem Plug-Flow-Reaktor, ähnlich wie a zu arbeiten CSTR.

Zusammenfassung

Aus dieser Studie können wir den Schluss ziehen, dass, da Plug-Flow-Reaktoren wichtige Werkzeuge für die Vorhersage sind, Vorsicht geboten ist, da reale Strömungssysteme eine signifikante Variation der Verweilzeiten aufweisen. Bei der Skalierung von Strömungsreaktoren ist die Verweilzeitverteilung eines der Elemente, die berücksichtigt werden müssen.