Графически оценки характеристик реактора

Используйте этот метод для анализа реактора / реакции системы, для которых надежной кинетической имеются данные, или, чтобы быстро найти эксплуатационных характеристик, необходимых для максимальной избирательности реагента.

Можно утверждать, что три самых важных характеристик реакции канала концентрации, концентрации продукта, а также время пребывания - в основном двумя независимыми переменными и зависимой переменной 1. Для любого 2, можно определить третью.

Данная статья представляет собой графический метод для оценки времени пребывания, выход продукта и требует концентрации корма для любого реактора и для любого механизма реакции. Обсуждаемые принципы были применены к окислительного дегидрирования (ODH) н-бутана в бутадиен в инертных пористых мембран реактора (IMR) с V / катализатора MgO.

Подготовка графического представления

Эффективная константа скорости, к югу я ^ ^ и скорость реакции, г ^ ^ я к югу, для каждого вида известны. Реакция такова, что в равновесии, все виды уже израсходована, как вида C. переменных реакции абсолютной и относительной концентрации корма и Б. порядок реакции не имеет значения, равно как и характер самой реакции. Кроме того, он не имеет значения, реакция изотермического или адиабатического, или же это происходит в плагин проточного реактора (ПФР) или в проточной перемешивают танк реактора (смешения).

Простой графический метод позволит нам с первого взгляда, оценивать взаимозависимость корма концентрации, выход продукта и времени пребывания.

При рассмотрении этой реакции, мы будем изучать выход видов C в отношении видов А. основе расчета первоначальной молярная концентрация единицы (единицы выбрали не имеют значения до тех пор, как последовательность наблюдается).

Есть три ключевых шагов по разработке графического представления.

Участок выхода C в зависимости от концентрации, как показано на рисунке 1 (масштаб оси является произвольным, поскольку это форма профиля).

2. Добавить жительства раз. Наложить на различных времен пребывания на профиле на рисунке 1, чтобы получить участок показано на рисунке 2. Эти моменты легко выводятся из результатов интеграции. Любые соответствующие дополнительные шаг время пребывания могут быть выбраны.

3. Вары исходной концентрации А. Повторите шаги 1 и 2 для разных начальных значений молярного А. Рисунок 3 иллюстрирует это, но для ясности, только первые пять значений от срока проживания, Для каждого профиля и C, соответствующие молярные концентрации соответствующего времени пребывания и т.д. указаны. Затем линия, проведенная через эти точки обмена общее время проживания. Например, линия ABCD представляет собой геометрическое место для проживания времени

На этом мы завершаем подготовку топографии. Сейчас мы исследуем, как графическое изображение может быть использовано и то, что могут быть получены из него.

Применяя метод

Ранее документы (1, 2) обсудили окислительного дегидрирования (ODH) н-бутана, бутилена и бутадиена в инертных пористых мембран реактора (КМС) и сообщил, что выход целевого углеводородов была расширена за счет сохранения парциальное давление кислорода на низкая величина постоянная. Парциальное давление кислорода был признан одним из важных параметров работы. Графический метод описан здесь была разработана с целью определения условий IMR корм для любой желаемой доходности продукта, и наоборот, а также связанные с ними время пребывания, так как эти параметры являются функциями парциальное давление кислорода.

Реакции сети ODH н-бутана было предположить (3, 4), как показано на рисунке 4. Реактора конфигурации, на которых занято V / MgO катализатора, показано на рисунке 5.

Кинетические данные были взяты из работах. 5 и 6. Топографических просмотры были получены путем применения три действия, описанные в этой статье. По сути, каждый рельефа показывает, для отдельных ключевых параметров работы (в этом случае парциальное давление кислорода), взаимодействие между тремя переменными - концентрация корма, продуктов концентрации и времени пребывания. При представлении результатов, массовая доля углерода в реагентов и продуктов используется, так как массовая доля переменных, в отличие от частичного давления, строго линейной смешивания правил.

Поведение этой системы была изучена (1, 2) на многих значений постоянной парциальное давление кислорода в IMR. Чтобы продемонстрировать полезность графический метод, мы будем рассматривать результаты в одно значение, 65 кПа.

Рисунок 6 является частью рельефа для этого н-бутан: бутадиен системы. Контуров жительства времени линий в регионе постоянного времени проживания (в пересчете на секунды). Жилище значения времени приведены по внешней периферии. Массовой доли линии контура ODH профили для бутана: бутадиен для определенной концентрации исходного сырья н-бутана, выраженные в виде доли углерода массовой информации.

Реакции системы, изображенной на рис 4 является сложной, и может включать до 10 видов в зависимости от углеводородного сырья. Следовательно, на рисунке 6 представляет собой 2-мерного снимка части этого подробного многокомпонентные системы, показывая эти углеводороды наибольшую ценность и интерес в этой инстанции бутана и бутадиена. Подобные 2-мерного изображения могут быть разработаны легко для других компонентов, в зависимости от сырья и соответствующих параметров реактора.

Состав продукта от известного сырья, н-бутан (0,90 бутан, точка А на рис 6, выраженные в виде массовой доли углерода) для конкретного парциальное давление кислорода (65 кПа) и на определенный срок проживания (30 секунд, точки B ) может быть найдено путем отслеживания соответствующих контура массовая доля от оси х, точки, до пересечения с контуром время пребывания линия (линия AB). Состав других углеводородов, бутадиена, а затем может быть прочитан из оси, 0,105 Массовая доля углерода (точка С) и остаточной состав сырья может быть прочитан из оси х, 0,54 Массовая доля углерода (точка D).

Такие вопросы, как следующие легко ответил со ссылкой на топографической схеме:

* С учетом реактора с известного времени проживания и желаемой доходности конкретного продукта, что состав корма требуется?

* Каков максимальный возможный выход конкретного продукта из реактора при заданном значении параметра операционной (парциальное давление кислорода)?

* Какое влияние времени пребывания оказывают на урожайность для данного состава корма?

* Что жительства времени требуется, чтобы получить максимальную отдачу от конкретного продукта из данной состав корма?

Исследование топографии

Рисунок 7 представляет тот же н-бутан: бутадиен системы IMR на постоянное парциальное давление кислорода от 65 кПа. Давайте посмотрим, как она может быть использована для ответа на некоторые конкретные вопросы.

1. Каков оптимальный выход бутадиена? Лучшие бутадиен выход нашли, обнаружив максимальная концентрация бутадиена в регионе показано на рисунке 7. Это максимальное значение происходит в точке и соответствует бутадиен концентрации 0,135 пункт B, на время пребывания 49 с, и на первоначальном бутан концентрации корма единства.

2. Учитывая корма концентрации 0,65 бутана и желаемый выход бутадиена 0,08, что время пребывания требуется? Найти бутан концентрации 0,65 на оси х и следа контура массовая доля из этого значения, где он среди сект горизонтальной линии, вытекающие из значения 0,08 на оси у. Точка пересечения, C, лежит на контуре время пребывания 60 с, что требуется ответ.

3. В время пребывания 40 с и бутана концентрации питания 0,85 Массовая доля углерода, может бутадиен выход 0,12 можно получить? Трейс бутан контура с массовой долей 0,85 значение на оси х, к своей исходной точке пересечения. D. с контуром время пребывания 40 С. Это соответствует бутадиен концентрации 0,106 пункт Е. Это представляет собой наилучший выход бутадиена доступен, так, следовательно, выход 0,12 недостижимо. После бутан 0,85 Массовая доля контур своего апогея в точке F, показывает, что для этого бутан концентрации корма, максимальный выход бутадиена является 0,114, точка G, на время пребывания 63 С. Увеличение времени пребывания за 63 с приводит к снижению урожайности, как бутадиена бутадиен окисляется до окиси углерода, двуокиси углерода и воды.

4. В реактор, имеющий время пребывания 45 с, что концентрации бутана корма, необходимые для получения бутадиена выхода 0,06? Найти точки пересечения, H. времени контура жительства 45-х годов и горизонтальной линии от оси значение 0,06 бутадиена. С точки H. след контура массовая доля по разделу III. к оси абсцисс, чтобы найти необходимые концентрации бутана питания 0,60.

Рельефа на рисунке 7 также четко показана связь между временем пребывания и бутана состав корма для фиксированной доходностью бутадиена. Если жительства сокращается время, необходимое бутан состав корма увеличивается (и наоборот).

Определение максимальной избирательности реагента

Рисунок 8 является концентрация профиля Рисунок 6. с добавлением касательной АВ из канала в точке профиля концентрации. Концентрация бутадиена, первоначально нулю, увеличивается до максимального значения. 0,13. , а затем убывает к нулю, становится постепенно окисляется в форме окиси углерода, двуокиси углерода и воды. Концентрации бутана соответствующий максимальный выход бутадиена составляет 0,44. Как правило, цель будет заключаться в максимальной доходности бутадиена, в этом случае реакция будет остановлена после 49 С.

Взаимосвязь между доходностью и бутадиен время пребывания на рисунке 9. На максимальный выход бутадиена точки 0,13, избирательность бутана в бутадиен составляет 0,24. Это означает, что 0,24 единиц бутадиена были произведены из одного подразделения бутана.

Это приводит к следующему вопросу: Можно ли производить большее количество бутадиена из 1 единица бутан, и, если да, то где бы соответствующие рабочей точки расположены на профиль на рисунке 8? Ответ на этот вопрос заключается в нахождении точки на профиле, где избирательность бутана в бутадиен находится на максимуме.

Геометрически, как показано на рисунке 10 показано, что селективность бутана в бутадиен в точке максимального выхода бутадиена является соотношение двух сторон прямоугольного треугольника АЦП, а именно CD разделить на эры. Еще один способ интерпретации этой избирательности является то, что тангенс угла КСР.

Рисунок 11 представляет избирательность бутана в бутадиен в зависимости от концентрации бутана. (Избирательности здесь положительная величина). Максимальная селективность точки и равен 0,295, что соответствует концентрации бутана 0,676.

Если это бутан значение концентрации 0,676 переносится на бутане: бутадиен профиля на рисунке 8, точка максимального выхода бутадиена на единицу потребления бутана может быть идентифицирован. Об этом свидетельствует как точка B на рисунке 12, и он соответствует точке пересечения касательной из канала в точке профиля концентрации. Концентрация бутадиена в точке Б 0,096.

Point B на рисунке 12 представляет собой не только в одной точке максимальной селективности, но и точки концентрации профили, из которых линии на канал точка (единица измерения концентрации бутана, нулевой концентрации бутадиена) стягивает максимальным углом к оси х . Это означает, что линия от канала указывают на профиле в точке касательной к профилю. Это касательной линии, как показано на рисунке Б. 12. Перенос этой концентрации 0,676 с профилем время пребывания бутан дает жительства времени, необходимого для максимальной избирательности, как показано на рисунке 13. Время пребывания на максимальной селективности бутана в бутадиен Видно, что 15 С.

Значение этого геометрического расположения является то, что он обеспечивает легкий способ установить точки на профиле, где высокий выход продукта (бутадиен) могут быть получены по отношению к мере использования (потребления) реагента (бутан). Просто, из канала точки проведем касательную к профилю. Точки, где касательная встречается профиля является точкой максимальной селективности. Связанных время пребывания может быть установлено от реагентов профиля время проживания.

Следует отметить, что этот геометрический принцип применим только при наличии выпуклости в профиле между моментом подачи и точка максимума на профиле. Если нет выпуклости и вместо формы профиля выпукло, то точка селективности максимум приходится на корма точке, точке нецелесообразным, действующих в той мере, выход продукта обеспокоен.

ЛИТЕРАТУРА

1. Милн. Д., и др.. "Применение концепции достижимой области в окислительного дегидрирования бутена-1 в инертных пористых мембранных реакторов". Eng штат Индиана. Химреагент Рез., 43, с. 1827-1831 (2004).

2. Милн, Д. и др.. ", Окислительного дегидрирования nButane в неподвижном слое реактора и в инертной пористой мембраны реактора - максимальное производство бутенов и бутадиена." принято к публикации в промышленной и технической химии исследований.

3. T J. Чатал., 183, с. 210-221 (1999).

4. Тельес, К. и др.., "Моделирование IMR для окислительного дегидрирования бутана". Чейн. Eng. Sd .. 54, с. 2917-2925 (1999).

5. Тельес. C. и др.. ", Окислительного дегидрирования бутана использованием мембранных реакторов". Айше. J., 43 (3). с. 777-784 (1997).

6. Assahumrungrat, С. и др. /. Теоретическое исследование применения пористых Реактор мембраны для окислительного дегидрирования н-бутан ". Химреагент Eng. J., 85. с. 69-79 (2002).

Дополнительная литература

Глассер, Д. и др.. ", Реакторов и процессов синтеза". Компьютеры и химической инженерии, 21 (Дополнение) Стр. S775-S783 (1997).

Classer Д., и др.. ", Геометрический подход для решения проблем устойчивого реакторов потока: достижимой области и оптимизации в концентрационных Space." Eng штат Индиана. Химреагент Рез., 26, с. 1803-1810. (1987).

DAVID Милна

DAVID Глассер

Диане Хильдебрандт

Брендон HAUSBERGER

ЦЕНТР материалов и процесса синтеза, Univ. О WlTWATERSRAND, Йоханнесбург

DAVID Милна в настоящее время проводит исследования химических инженерных и работает над докторской степени в Univ. Витватерсранда, Центр материально-процесса синтеза (Ком, Школа процесса и материаловедение, Univ. Витватерсранда, Private Bag 3, WITS 2050, Южная Африка, телефон: +27 (11) 394 7683; Cell: +27 (82 ) 903 3632, E-почта: <a href="mailto:admilne@mweb.co.za"> admilne@mweb.co.za </ A>). Он имеет степень бакалавра и степень магистра в области химического машиностроения Univ. Колледж Дублина. Он эмигрировал в Южную Африку в 1969 году, а в течение последних 30 лет принимал активное участие в делах по управлению проектами там. Он является членом Ассоциации стоимостного инжиниринга южной части Африки, членом Project Management Institute Южной Африки, а также зарегистрированных профессионального инженера. Вышел на пенсию в 1998 году.

Диане Гильдебрандт является Unilever профессор инженерных реакторов и директор Центра материалов и процессов синтеза в Univ. Витватерсранда (Тел.: +27 (11) 717 7557; Cell: +27 (83) 395 2921, E-почта: <a href="mailto:diane.hildebrandt@comps.wits.ac.za"> diane.hildebrandt @ comps.wits.ac.za </ A>). Она также неполный профессор процесса интеграции в Univ. Твенте, Нидерланды. Она получила множество наград, и был первым инженером, удостоенным Мейринг Naude медаль Королевского общества и Южной Африке первых академических которые будут предоставлены Билл Нил мая Золотой медалью Южноафриканский институт инженеров-химиков (SAIChE) в 2000 году. Она получила ее степень бакалавра, магистра и докторскую степень в области химического машиностроения Univ. Витватерсранда.

DAVID Глассер профессор химической технологии и директор Центра материалов и процессов синтеза в Univ. Витватерсранда (Tel: +27 (11) 717 7557; Cell: +27 (83) 395 2925, E-почта: <a href="mailto:david.glasser@comps.wits.ac.za"> david.glasser @ comps.wits.ac.za </ A>). Он Ай-номинальная ученый Национального научно-исследовательского фонда Южной Африки. Он был первым академическим которые будут предоставлены Билл Нил мая Золотой медалью Южной Африки Института инженеров-химиков (SAIChE) в 2000 году и стал первым лауреатом Гарри Оппенгеймер Мемориал стипендий и золотой медалью в 2002 году. Он опубликовал более 100 научных работ и дал много приглашенных докладов по всему миру. Он имеет степень бакалавра в области химической инженерии fromthe Univ. Кейптаун andPhD из Имперского колледжа науки и техники (Лондон).

Брендон HAUSBERGER является научный руководитель Центра материалов и процессов синтеза в Univ. Витватерсранда (Tel: +27 (11) 717 7563; Cell: +27 (82) 903 5540, E-почта: <a href="mailto:brendon.hausberger@comps.wits.ac.za"> brendon.hausberger @ comps.wits.ac.za </ A>). Он получил докторскую степень в области процесса синтеза в 2001 году и завершено докторские исследования в Carnegie Mellon Univ. Он имеет более 13 публикаций в данной области и представлены более 40 работ в области на различных конференциях.