El flux d'endoll és una característica important d'aquests reactors, de manera que es poden entrar dues molècules qualsevol al reactor en menys temps i sortir al mateix temps. Tap de flux reactor proporciona un control eficient del temps de reacció en optimitzar la divisió de reactius i productes. Per tant, un bon flux d'obturació és necessari per a un bon rendiment dels reactors. Així, els reactors que utilitzen la química de flux d'obturació normalment s'anomenen reactors de flux d'obturació o reactors PFR. El Plug Flow Reactor o PFR és un tercer reactor de tipus general on els nutrients s'introdueixen contínuament al reactor i es mouen per tot el reactor com un 'endoll'. Aquest article tracta una visió general d'a reactor de flux d'obturació , el seu funcionament i les seves aplicacions.

Què és un reactor de flux d'endoll?

El reactor de flux d'obturació o reactor de flux de pistons és un reactor de flux idealitzat de tipus rectangular que utilitza un flux continu de fluid per processar materials al llarg d'un tub. Aquest reactor s'utilitza per representar reaccions químiques dins d'una canonada cilíndrica de manera que totes les combinacions de reaccions químiques es subministraran a una velocitat similar al llarg de la direcció del flux, per tant; no hi ha integració ni retrocés.

Aquest reactor inclou una canonada cilíndrica amb obertures a cada extrem per als reactius, així com els productes a través dels quals subministren els reactius. Per mantenir una reacció uniforme en aquest reactor, es proporciona aigua a una temperatura fixa al reactor. El flux d'obturació es produeix en aquest reactor introduint material contínuament d'un extrem a un altre extrem, elimina els materials contínuament. Els materials que es produeixen amb freqüència en PFR, són; petroquímics, polímers, farmacèutics, etc. Aquests reactors tenen una àmplia gamma d'aplicacions en sistemes en fase líquida o gasosa.

El reactor de flux d'obturació proporciona un control del temps de residència excepcional, així com les condicions de reacció. Per tant, proporcionen alts nivells de conversió i són compatibles amb reaccions mitjançant una gran alliberació de calor (o) sensibilitat a concentracions de reactiu. Tanmateix, tenen algunes limitacions sense barreja radial i simplement barreja axial.

Reactor de flux d'endoll

Característiques clau

Les característiques clau d'un reactor de flux d'obturació inclouen les següents.

“esquema de connexió de commutador bidireccional ”

Flux unidireccional

En el PFR, els reactius i els productes viatgen en una sola direcció al llarg de la longitud del reactor sense barrejar-los.

Gradient de concentració

La concentració de reactius i els productes en aquest reactor canvien amb la longitud del reactor, tot i que és coherent en qualsevol secció vertical al flux.

Temps de residència

Temps de residència Un volum de reactiu separat que es gasta dins del PFR s'anomena temps de residència i és estable per a tots els volums.

Principi de funcionament del reactor de flux d'endoll

El reactor de flux d'obturació funciona oxidant alcohols i altres compostos orgànics per produir productes químics fins com; pigments i tints. Els fluids d'aquest reactor es mouen de manera contínua i uniforme per una canonada o tub. Els reactius entren per un extrem del reactor per fluir per tot el reactor i existeixen a l'altre extrem.

La naturalesa del flux d'obturació en aquest reactor garanteix que els reactius químics estiguin exposats a condicions similars a través del PFR i que cada temps de residència dels reactius sigui el mateix. Per tant, un reactor de flux d'obturació és una opció excel·lent per a les reaccions principals que necessiten un control exacte del temps, la temperatura i la pressió del resident.

Diagrama del reactor de flux d'endoll

El disseny d'un reactor de flux d'obturació es pot fer amb algun tipus de capil·lar que és un tub petit (o) un canal fixat en una placa. Es tracta d'un conjunt de reactors continu amb una entrada de reactius i una sortida del contingut del reactor que es fan contínuament durant tot el funcionament del reactor.

Un reactor de flux d'obturació (PFR) no té un agitador que tingui una forma cilíndrica que permeti que el fluid es desenvolupi amb una quantitat mínima de retromescla, com a resultat, totes les partícules de fluid que entren al reactor tenen un temps de residència similar. . Aquest reactor, sens dubte, es pot considerar com una sèrie de llesques fines de fluid, que inclouen un petit reactor per lots, completament agitats a la llesca per avançar dins del reactor com un pistó.

Diagrama del reactor de flux d'endoll

L'equació per al balanç de massa general es pot expressar com la següent per a una de les rodanxes de fluid dins del reactor:

Entrada = Sortida + Consum + Acumulació

Les unitats de cada component de l'expressió anterior són una velocitat d'execució del material com mol/s.

Derivació de l'equació del reactor de flux d'obturació

El reactor de flux d'endoll és un reactor idealitzat on totes les partícules d'una secció particular tenen la mateixa velocitat i direcció de moviment. En un reactor de flux d'endoll (PFR) no hi ha cap retrocés ni barreja, per tant, el flux d'un fluid com un tap des del costat d'entrada fins a la sortida es mostra a la figura següent.

Aquest reactor es crea en funció del balanç de massa i del balanç de calor dins d'una quantitat diferencial de fluid. Si imaginem que el procediment és isotèrmic, només es considera el balanç de massa.

Si imaginem condicions en estat estacionari, les concentracions de reactius no varien eventualment. És un mètode típic de funcionament de PFR. L'equació matemàtica per a PFR es pot escriure simplement com;

udCi/dx = font

Ci(0) = Ci(f)

0≤ x ≤ L

“com es calcula el valor del condensador ”

On 'Ci' és el reactiu, 'i' és la concentració, 'u' és la velocitat del fluid, 'νi' és el coeficient estequiomètric, 'r' és la velocitat de reacció i 'x' és la posició dins del reactor. 'Caf' és la concentració del reactiu A a l'entrada del reactor i 'L' és la longitud del reactor. La velocitat del fluid 'u' es mesura en funció del cabal volumètric Fv (m3/s) i de la regió de la secció transversal del reactor S (m^2):

u=Fv/S

En un PFR ideal, totes les partícules líquides han estat al reactor durant precisament la mateixa quantitat de temps que s'anomena residència mitjana, mesurada com;

T = L/u

Les dades del temps de residència s'utilitzen normalment a l'enginyeria de reactors químics per fer prediccions de canvis i concentracions de sortida.

Reacció irreversible de primer ordre

Considerem una reacció de descomposició simple:

A–>B

Sempre que la reacció és irreversible i de primer ordre, tenim:

udCa/dx = -kCa

On 'k' és una constant cinètica. En general, la constant cinètica depèn principalment de la temperatura. En general, es pot utilitzar una equació d'Arrhenius per descriure aquesta relació. Aquí, assumim condicions isotèrmiques, de manera que no utilitzarem aquesta dependència.

El model de reaccions irreversibles de primer ordre es pot resoldre lògicament. Per tant, la solució és la següent;

Ca = Caexp(-x*k/u)

Reacció irreversible de segon ordre

L'exemple de reacció irreversible de segon ordre ens permet utilitzar el següent:

2A –> B

Un cop la reacció és irreversible i de segon ordre, tenim:

udCa/dx = -2k*(Ca)^2

Característiques del reactor de flux d'endoll

Les característiques d'un reactor de flux d'obturació inclouen les següents.

Els reactius d'un reactor de flux d'obturació flueixen per tot el reactor en un flux continu amb poca o cap mescla.
La reacció en PFR es produeix quan els reactius es mouen amb la longitud del reactor.
La concentració de reactius canvia amb la longitud del reactor i la velocitat de reacció és generalment més alta a l'entrada.
Aquests reactors s'utilitzen freqüentment per a reaccions allà on calgui una gran quantitat de canvi i allà on la velocitat de reacció no respon als canvis d'absorció.
El temps de residència dins del PFR és normalment curt.
El biofilm es forma a prop de la interfície aire-líquid simulant entorns com la cavitat bucal, les superfícies de roques humides i les cortines de dutxa.
Aquest tipus de reactor genera un biofilm consistent en baix cisalla que es pot utilitzar com el reactor de cupó de vidre estàtic per comprovar l'eficàcia del microbicida.
El biofilm d'aquest reactor s'analitza fàcilment amb diferents mètodes com el recompte de plaques viables, la determinació del gruix i la microscòpia de llum.
Els reactius del PFR es consumeixen contínuament perquè flueixen per la longitud del reactor.
Un PFR típic podria ser un tub empaquetat a través d'algun material sòlid.

Avantatges i inconvenients

El Avantatges del reactor de flux d'obturació incloure el següent.

L'avantatge de PFR respecte a CSTR és que aquest reactor té un volum baix per a un nivell d'espai-temps i conversió similar.
El reactor necessita menys espai i que la quantitat de conversió és alta dins del PFR en comparació amb el CSTR per a un volum de reactor similar.
Aquest reactor s'utilitza amb freqüència per decidir el procés de cinètica catalítica en fase gasosa.
Aquests reactors són molt efectius en el maneig de reaccions i per a un gran grup de reaccions 'típiques' tenen un efecte dins de taxes de conversió més altes per a cada volum de reactor en comparació amb els CSTR (Reactors de tancs agitats continus)
Els reactors són molt adequats per a reaccions ràpides
La transferència de calor en PFR es pot gestionar bastant millor en comparació amb els reactors de tancs, cosa que condueix a un ajust excel·lent per a sistemes extremadament exotèrmics.
A causa del caràcter de flux de l'endoll i de no tenir retromescla, hi ha un temps de residència constant per part de tots els reactius, cosa que condueix a una qualitat del producte fiable, especialment quan els temps de residència enormes condueixen a la formació de contaminació i carbonització, i molts més.
El manteniment del reactor de flux d'endoll és fàcil perquè no hi ha elements mòbils.
Aquests són senzills mecànicament.
La seva taxa de conversió és alta per a cada volum de reactor.
La qualitat del producte no ha canviat.
Excel·lent per estudiar reaccions ràpides.
El volum del reactor s'utilitza de manera molt eficient.
Excel·lent per a processos de gran capacitat.
Menys caigudes de pressió.
No hi ha retromescla
Escalabilitat directa
El control eficient del temps de residència, el control de la temperatura, la barreja eficient, la variació de lot a lot és limitat, etc.

El desavantatges del reactor de flux d'obturació incloure el següent.

“bobina bifilar tesla energia lliure ”

En un PFR, el rendiment de la resposta exotèrmica és difícil de controlar a causa de l'ampli ventall de perfils de temperatura.
Per a un PFR, les despeses de manteniment i operacions són costoses en comparació amb el CST.
El control de la temperatura és difícil per a un reactor.
Els punts calents es produeixen al reactor sempre que s'utilitzen per a reaccions exotèrmiques.
És difícil de controlar a causa de la composició i les variacions de temperatura.
Els PFR són cars de dissenyar i mantenir a causa del seu complex disseny i muntatge.
Els PFR estan dissenyats normalment per a reaccions precises i és possible que no puguin adaptar-se als canvis a les matèries primeres o a les condicions de reacció.
Són difícils de mantenir i netejar a causa del seu disseny estret i llarg.
Els reactius en PFR poden fluir de manera desigual, cosa que condueix a punts calents o reaccions incompletes.
És molt significatiu tenir en compte que els reactors de flux d'obturació no encaixen en totes les aplicacions. Per tant, cal analitzar acuradament el temps de residència, la cinètica, els problemes de selectivitat, etc. per decidir quin tipus de reactor és adequat per a una aplicació.

Aplicacions

Les aplicacions dels reactors de flux d'obturació inclouen les següents.

Els PFR s'utilitzen habitualment en la producció de fertilitzants, productes químics a gran escala, petroquímics i farmacèutics.
Aquests reactors s'utilitzen en processos de polimerització com la producció de polipropilè i polietilè.
Els reactors de flux d'obturació són adequats per a sistemes de reacció líquid-sòlid i gas-sòlid.
Aquests són adequats per a reaccions heterogènies o homogènies com; hidrogenació d'olis i greixos.
Els PFR s'utilitzen per oxidar alcohols i altres compostos orgànics i per generar productes químics fins com pigments i colorants.

Així, això és una visió general del reactor de flux d'obturació , funcionament, avantatges, inconvenients i aplicacions. El disseny i la selecció d'un bon reactor de flux segueix sent un art i els anys de coneixement et fan millorar a l'hora de fer seleccions. De vegades, un reactor de flux d'obturació també es coneix com a CTR (reactor tubular continu). En una forma idealitzada, la forma de la combinació de reacció es pot mesurar per estar formada per alguns taps i cada tap té una concentració uniforme. Aquest PFR té la suposició que no hi ha mescla axial, de manera que no hi ha cap mescla posterior al reactor. Aquí teniu una pregunta: què és un reactor?