Реактор выбора: Flow Plug или постоянно смешения?
Используйте этот графический метод выбора реактора конфигурации на основе оптимизации времени пребывания.
Использовать в газовой фазе постоянно смешения реакторов (CSTRs) для проведения химических реакций сегодня, как представляется, приурочены в основном к лаборатории, а преобладающим типом реактора в промышленное использование является реактор вытеснения (ПФР) или изменение PFR таких как инертный пористые мембраны реактора (IMR). При определенных обстоятельствах, использование смешения в промышленности может быть оправдан, особенно с точки зрения необходимого времени пребывания в некоторых случаях, PFR и смешения в серии потребуется короткий общее время проживания, чем одного ПФР.
Предыдущей статье (1) представила графический метод для оценки эксплуатационных характеристик ПФР. Эта статья распространяется, что этот метод для получения исполнении смешения за тот же корма и условий эксплуатации, а также определить, какие типа реактора является лучшим выбором с точки зрения времени пребывания для конкретной реакции.
Подготовка графического представления
Получение информации, необходимой для выбора между смешения и PFR включает в себя следующие семь шагов.
Эффективная константа скорости, к югу я ^ ^ и скорость реакции, г ^ ^ я к югу, для каждого вида на реакторе в масс-и теплообмена условия известны. Реакция такова, что в равновесии, все виды уже израсходована, как вида C.
Участок выхода C в зависимости от концентрации, как показано на рисунке 1. Масштаб оси ординат на этом рисунке является произвольным, поскольку это форма профиля в общем случае.
2. Вары исходной концентрации А. Повторите шаг 1 для разных начальных значений молярного, чтобы получить участок на рисунке 2.
3. Определение концентрации центром для вида C и в смешения. На рисунке 2, рисовать касательные из канала концентрации соответствующих единства молярная концентрация, [1,0], к каждому из других профилей, для создания Рисунок 3. Точек, в которых касательные связи профили определить концентрацию центром для смешения с молярной концентрации корма единства в отношении видов и находящихся под тот же расход, температуры и давления, как и в ПФР.
Концентрации локуса для семьи CSTRs является ABCDEFGHIJKLMNOPQRST. Вывод этого локуса основывается на том факте, что она лежит на тех пограничных областях PFR профиля, где скорость вектора лежит на касательной из канала указывать на каждый PFR профиля в 2-мерном пространстве. И С (2, 3).
Для ПФР, это равносильно тому, разделив переходов на путь реакции усредненной скорости реакции, которая является, как метко назвал средний показатель.
6. Участок жительства раз. Участок смешения и PFR жительства раз в зависимости от видов и видов C концентрации.
7. Участок отношение времени пребывания. Для определенной концентрации видов, участок отношение соответствующее время пребывания PFR, что и соответствующий времени пребывания смешения. Это отношение времени пребывания (РТР). Повторите эти действия для значений вида C.
Где РТР больше единицы, время смешения проживания определенной концентрации видов я меньше, чем для эквивалентного ПФР. Где РТР меньше единицы, то время PFR проживания определенной концентрации видов я меньше, чем для эквивалентного смешения.
Практическое применение этого метода
Предыдущие документы (4, 5) на окислительное дегидрирование (ODH) н-бутана, бутилена и бутадиена в IMR сообщил, что выход целевого углеводородов была расширена за счет сохранения парциальное давление кислорода при низкой величиной постоянной. Парциальное давление кислорода был признан одним из важных параметров работы.
Графический методике, описанной в этой статье была применена та же система для определения реакции смешения локуса концентрации ODH бутена в бутадиен, для расчета соответствующих жительства реактора раза, а для получения и анализа в результате профилей РТР.
Реакции сети ODH бутена было предположить (6, 7), как показано на рисунке 4. Реактора конфигурации, на которых занято V / MgO катализатора, показано на рисунке 5.
Рисунок 6 представляет смешения центром для ODH бутена на бутадиен на первоначальный (и постоянная) парциальное давление кислорода от 65 кПа. Максимальный выход бутадиена смешения составляет около 0,26 моль, что соответствует 0,44 молей бутена. Для IMR. Максимальный выход бутадиена составляет 0,38 на бутен концентрации 0,29.
Времени пребывания на бутена в смешения и IMR показаны на рисунке 7. На бутена в концентрациях выше 0,07. времени пребывания в IMR меньше, чем тех, для смешения. На бутен концентрации 0,07, кривые крест, а ниже этого значения времени пребывания на IMR больше, чем тех, для смешения.
Значение в точке пересечения, что он определяет эксплуатационные показатели (в пересчете на бутена), при котором становится выгодно, чтобы перейти от смешения с КМС (и наоборот), с точки зрения времени пребывания.
Рисунок 8 показывает, соответствующих времени пребывания для смешения и КМС по молей бутадиена. Для всех бутадиен концентрации, времени проживания IMR меньше, чем тех, для смешения. Это означает, что она всегда будет более выгодным для развертывания IMR, причем продолжительность менее 9 с, что любой желаемой выход бутадиена.
Бутадиен дает больше, чем 0,26, не могут быть получены из смешения, работающих на постоянной парциальное давление кислорода от 65 кПа.
Рисунок 9 иллюстрирует отношение КМС и смешения времен пребывания в зависимости от концентрации бутена (которые были выведены из рис. 7). Горизонтальная линия отграничивает смешения и IMR регионов. Область смешения является то, что район, в котором требует смешения короче время пребывания, чем КМС по той же селективности. Кроме того, в регионе IMR, IMR требует меньше времени, чем пребывание смешения.
Рисунок 9 показывает, что для бутена в концентрациях выше 0,07, IMR реактор имеет меньшие, чем время пребывания смешения. После бутен концентрация падает ниже 0,07, смешения требует короче, чем время пребывания IMR.
На рисунке 10 показано соотношение КМС и смешения времен пребывания в зависимости от концентрации бутадиена. Все значения РТР меньше единицы. То есть, IMR с меньшим, чем время пребывания смешения как при увеличении концентрации бутадиена от нуля до максимального значения 0,26. Это условие выполняется, как бутадиен концентрация ослабевает (через его окисления окиси углерода, двуокиси углерода и воды).
Однако, это не всегда так. Там могут быть случаи, с участием различных реагентов над другим катализатором, где РТР для одного из продуктов transverses значение, равное единице, и, тем самым, разграничивает PFR и КМС (ПФР) областях.
ЛИТЕРАТУРА
1. Милн, Д. и др.. ", Графически оценки характеристик реактора," Хим. Eng. Прогресс, 102 (3), с. 46-52 (март 2006).
2. Classer Д., и др. .. "Реактор и процесс синтеза". Компьютеры ами химической технологии. 21 (Дополнение) с. 5775-5783 (1997).
3. Classer Д., и др.., "Геометрический подход к устойчивому реакторов Роу: достижимой области и оптимизации в концентрационных Space." INJ. Eng. Химреагент Рез., 26, с. 1803-1810. (1987).
4. 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).
5. 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.
6. Tllez, К., и др.., "Кинетические Изучение окислительного дегидрирования бутана на V / Катализаторы MgO," J. Чатал., 183, с. 210-221 (1999).
7. Tllez, К. и др.., "Моделирование IMR для окислительного дегидрирования бутана". Химреагент Eng. Sci., 54, с. 2917-2925 (1999).
DAVID Милна
DAVID CLASSER
Диане Хильдебрандт
Брендон HAUSBERGER
ЦЕНТР материалов и процесса синтеза, Univ. Витватерсранда, 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 CLASSER 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 и кандидат 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.
