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Réacteur en Phase liquide : Inversion du saccharose

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Réactions chimiques sont réalisées dans divers types de réacteurs à l’aide de catalyseurs afin d’augmenter la vitesse de réaction et d’améliorer la conversion. Vitesse de réaction est ainsi, il est fortement influencé par transfert de chaleur dépend de la température. En outre, vitesse de réaction est effectué par le transfert de masse puisqu’une réaction ne peut avoir lieu plus vite que la vitesse à laquelle les réactifs sont fournis à la surface du catalyseur. Par conséquent, garnissage réacteurs sont souvent préférées au-dessus des réacteurs biologiques séquentiels comme le transfert rapide de la chaleur est plus faisable. Dans cette vidéo, la cinétique d’une réaction simple dans un réacteur de garnissage est analysée. Le réacteur fonctionne à différentes conditions afin de déterminer l’ordre de la réaction réelle et une constante de vitesse de parent, comme la cinétique des systèmes réels souvent s’écartent de ce qu’on attend.

Réacteurs à lit emballé peuvent être modélisées comme une série de plusieurs réacteurs de même tailles qui est totale poids volume et catalyseur correspond à celle du réacteur de garnissage. Ce modèle est appelé le modèle de chars en série et est donné par cette équation. Ici, i est le nombre de réacteurs, CA0 est la concentration du réactif limitant d’alimentation et delta FAI est le changement de conversion fractionnaire du réactif limitant. Enfin, RAI est la vitesse de réaction, N est le nombre de chars nécessaires et Tao est le temps de résidence. Le taux d’une réaction catalytique est presque toujours de premier ordre en ce qui concerne la concentration en catalyseur et peu moins de deux d’ordre positif en ce qui concerne la concentration des réactifs. Toutefois, l’inhibition de catalyseur peut modifier ordre de réaction, causant l’ordre de la réaction sembler moins qu’elle est réellement. Même réactifs peuvent inhiber le catalyseur entraînant l’ordre de la réaction semble proche de zéro. Pour ces raisons, des réactions catalytiques sont décrits par le modèle de loi de puissance où premier K est la constante de vitesse apparente, CA est la concentration du réactif limitant et bêta est l’ordre de réaction apparente. Le modèle suppose que la concentration en catalyseur est constante. Toutefois, en pratique, les catalyseurs désactiver. Ainsi la concentration en catalyseur doit être modélisée comme une fonction du temps. Dans la démonstration suivante, la cinétique d’une réaction typique avec un catalyseur solide et les réactifs de la phase liquide et les produits est démontrée. La réaction implique la dégradation du saccharose en glucose et fructose appelé inversion du saccharose. La réaction est généralement de premier ordre au sujet de saccharose et de sites de catalyseur. La constante de vitesse est effectuée par la chaleur et transfert de masse, la distribution du débit, température et activation du catalyseur. Ainsi, la constante de vitesse est déterminée expérimentalement pour le système spécifique. Maintenant que nous avons parlé du modèle de chars en série et comment déduire la cinétique de la réaction, nous allons jeter un oeil à la procédure elle-même.

Avant de commencer, familiarisez-vous avec l’appareil. Sélectionnez l’élément unité dans le menu pour accéder au perméamètre schématique Perm. Dans cette expérience, l’unité fonctionne à l’aide d’un système de contrôle distribué. Seulement lit numéro un, le réservoir de matières organiques, pompe et régulateur de température T505 sont utilisés. En sélectionnant la tendance 50, toutes les données, les variables de processus clés en fonction du temps peuvent être obtenus et recueillies dans une feuille de calcul. Maintenant, ouvrez l’entrée et sortie Vannes réacteur catalytique lit numéro un. Assurez-vous que les valeurs d’entrée et de sortie pour les autres lits sont fermés ainsi que la valve de contrôle F531 et le robinet marche/arrêt D531 l’alimentation d’eau de ville.

Ajouter l’acide dilué dans le réservoir de deux litres. Démarrer la pompe d’alimentation à une vitesse constante et régler le rotamètre afin d’obtenir un débit souhaité de 40 à 70 millilitres par minute. Augmenter la vitesse de la pompe d’alimentation si le rotamètre ne peut pas atteindre cette gamme de débit. Nourrir l’acides et ensuite environ 200 millilitres d’eau déionisée pour régénérer le catalyseur en échangeant les cations tels que le sodium ou de calcium qui sont en interaction avec les anions d’acide sulfonique. Ensuite, préparez la solution de saccharose à nourrir et ajouter un litre dans le réservoir de matières organiques. Tourner sur la pompe. Le régulateur de vitesse de la pompe et le rotamètre permet de régler le débit de vitesse comme vous le souhaitez. Placez le contrôleur de température T505 pour auto, puis sélectionnez un point de consigne de 50 degrés Celsius. Lorsque le système a atteint les 50 degrés, déplacer le point de consigne à la température finale de 60 degrés où la réaction est généralement effectuée.

Tout d’abord, utilisez un tube à essai pour recueillir au moins 25 millilitres du flux initial d’avoir un échantillon de saccharose avant que la réaction ait commencé. Attendre que deux fois de résidence lit se sont écoulées et recueillent deux séries d’échantillons de 25 millilitres par le drain qui sont à 10 minutes d’intervalle. Ces échantillons seront analysés à l’aide d’un polarimètre. Pour commencer l’arrêt du réacteur, la valeur T505 zéro sortie. Dès que la température commence à diminuer, arrêter le réacteur et ensuite fermer les vannes de sectionnement sur lit un. Maintenant, utilisez un polarimètre à analyser les échantillons. Un polarimètre est utilisé car les glucides sont des énantiomères et faire tourner la lumière polarisée dans une certaine mesure. Saccharose tourne la lumière vers la droite tandis que la solution de glucose et fructose il tournera à gauche donnant des valeurs négatives. Allumez la lampe sodium et attendre jusqu'à ce qu’on voit une lumière jaune. Un champ uniforme sombre est visible à la position zéro du cadran. Transférer 25 millilitres de la réaction d’échantillon dans le tube et placez-le dans le polarimètre avec l’ampoule, près de l’oculaire vers le haut et puis fermez le couvercle. Franges claires et foncées peuvent être observés à travers la lentille, si l’échantillon de réaction tourne la lumière polarisée. Tournez la molette jusqu'à ce que les franges disparaissent et révèlent un champ uniforme foncé. Ajuster la mise au point avec le cadran noir et à l’aide de l’échelle de Vernier, lire l’angle de rotation à la loupe afin de déterminer la conversion de la fraction de saccharose.

Maintenant nous allons jeter un oeil à la détermination constante de taux à l’aide de la conversion fractionnaire de saccharose dans un réacteur de garnissage. La rotation spécifique D de chaque sucre peut être trouvée dans la littérature et est corrélée à la rotation mesurée et la concentration. Concentration sert ensuite à déterminer la conversion fractionnaire. Ces données sont montrées ici, en fonction du degré de rotation. Plus la concentration de saccharose, plus le degré positif de rotation. Comme la réaction progresse et le saccharose est converti en glucose et fructose, au degré positif de rotation diminue. Maintenant nous allons jeter un oeil à la cinétique de la réaction de l’inversion du saccharose à 60 degrés Celsius. Calculer le pseudo premier ordre constante K premier pour chaque concentration d’alimentation, qui ignore les personnes à charge du premiers ordre du catalyseur. Puis de tenir compte de la variation de premier ordre du catalyseur en divisant la constante de taux pseudo premier ordre par la concentration du catalyseur pour donner la deuxième constante de vitesse d’ordre K deux. Pour déterminer l’ordre de la réaction réelle pour les données acquises, commencez avec le solde de mole généralisée du réacteur garnissage en ce qui concerne le poids de catalyseur w. Déterminer les équations pour chaque ordre de la réaction. S’adapter à ces équations aux données à l’aide d’une régression non linéaire et déterminer la somme des carrés des erreurs pour évaluer l’adéquation. Maintenant ajuster les données pour le modèle de chars en série pour la première réaction de l’ordonnance et déterminer le nombre de chars nécessaires. Un petit nombre de chars est calculé ce qui suggère que la réaction s’écarte de comportement réacteur garnissage idéal. C’est fort probablement attribuable à un mélange axial et les fluctuations de température dans le réacteur. Enfin, nous pouvons comparer le comportement de la réaction des différents ordres cinétiques, y compris tout d’abord, et le second ordre emballé modèles de réacteur à lit avec modèles de réservoirs en série de premier et de deuxième ordre composé de deux réservoirs. Il est clair que la conversion fractionnaire du premier ordre garnissage réacteur modèle plus représente fidèlement le comportement observé comme mis en correspondance avec le point de données connues de saccharose pour cent de poids 15.

Catalyseurs solides sont utilisés dans un large éventail d’applications et configurations de réacteur car ils sont un des domaines plus importants dans la technologie moderne. Un réacteur à lit fluidisé utilise catalyseur solide en suspension dans le liquide. Le liquide, généralement de gaz ou de liquide, est passée par l’intermédiaire de particules de catalyseur solide à des vitesses assez élevées pour les suspendre et les faire se comporte comme un fluide. Ces types de réacteurs peuvent être utilisés pour de nombreuses applications, dont une est la pyrolyse de biomasse ligno-cellulosique. Dans ce processus, la décomposition thermique de biomasse se produit qui en résulte dans les huiles bio oxygéné. Rendement du catalyseur varie en fonction de conditions d’exploitation, qui peuvent être mesurées à l’aide d’une réaction de la température programmée. Une réaction de la température programmée implique l’augmentation régulière de la température de réaction avec la surveillance continue de l’effluent du réacteur. Performance est ensuite corrélé à la température permettant la détermination de l’optimum de température de fonctionnement.

Vous avez juste regardé introduction de Jove dans les réacteurs de garnissage pour réactions catalytiques. Vous devez maintenant comprendre comment analyser la cinétique de la réaction et la façon de modéliser le comportement en utilisant le modèle de chars en série. Merci de regarder.

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