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Flüssigphase Reaktor: Saccharose-Inversion

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Chemische Reaktionen werden in verschiedenen Arten von Reaktoren mit Katalysatoren um die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen und zu verbessern Konvertierung durchgeführt. Reaktionsgeschwindigkeit ist temperaturabhängig, damit es durch Wärmeübertragung stark beeinflusst wird. Darüber hinaus erfolgt die Reaktionsgeschwindigkeit durch Stoffaustausch, da eine Reaktion schneller als die Rate nicht stattfinden kann bei der Reaktanden der Katalysatoroberfläche zugeführt werden. Deshalb werden verpackten Bett Reaktoren oft bevorzugt über Batch-Reaktoren wie schnelle Wärmeübertragung mehr machbar ist. In diesem Video wird die Kinetik der einer einfachen Reaktion in einem verpackten Bett Reaktor analysiert. Der Reaktor ist bei unterschiedlichen Bedingungen betrieben, um herauszufinden, die echte Reaktionsordnung und ein Elternteil Geschwindigkeitskonstante als die Kinetik der realen Systemen oft abweichen von, was erwartet wird.

Verpackten Bett Reaktoren modelliert werden können, als eine Reihe von viele gleich große CSTRs, die ist total Volumen und Katalysator Gewicht der verpackten Bett Reaktor übereinstimmt. Dieses Modell nennt sich der Panzer Serienmodell und ergibt sich aus dieser Gleichung. Hier ist der Reaktor Nummer CA0 ist der feed Konzentration der begrenzende Reaktanten und Delta FAI ist die Veränderung der gebrochene Umwandlung der begrenzende Reaktanten. Zu guter Letzt RAI ist die Geschwindigkeit der Reaktion, N ist die Anzahl der Tanks benötigt und Tao ist die Verweilzeit. Der Terminkurs für eine katalytische Reaktion ist fast immer erster Ordnung in Bezug auf Katalysatorkonzentration und weniger als zwei positive Ordnung in Bezug auf die Konzentration der Reaktionspartner. Katalysator-Hemmung kann jedoch ändern, Reaktionsordnung, wodurch die Reaktionsordnung erscheinen weniger als es tatsächlich ist. Auch Edukte können den Katalysator verursacht die Reaktionsordnung nahe Null erscheinen hemmen. Aus diesen Gründen werden katalytische Reaktionen durch die Power-Gesetz-Modell beschrieben, wo K Prime ist die scheinbare Geschwindigkeitskonstante, CA ist die Konzentration der begrenzende Reaktanten und Beta ist die scheinbare Reaktionsordnung. Das Modell setzt voraus, dass Katalysatorkonzentration konstant ist. Jedoch in der Praxis, Katalysatoren zu deaktivieren. Somit sollte Katalysatorkonzentration als Funktion der Zeit modelliert werden. In der folgenden Demo ist die Kinetik der eine typische Reaktion mit festen Katalysator und Flüssigphase Edukten und Produkten unter Beweis gestellt. Die Reaktion beinhaltet die Aufschlüsselung der Saccharose in Glucose und Fructose Saccharose-Inversion genannt. Die Reaktion ist in der Regel erster Ordnung in Bezug auf Saccharose und in Bezug auf Katalysator Websites. Die Geschwindigkeitskonstante erfolgt durch Wärme- und Stoffaustausch, Strömungsverteilung, Temperatur und Katalysator-Aktivierung. Somit ist die Geschwindigkeitskonstante experimentell für das jeweilige System bestimmt. Nun, wir die Panzer in Serie-Modell und wie man die Reaktionskinetik ableiten diskutiert haben, werfen wir einen Blick auf das Verfahren selbst.

Bevor Sie beginnen, machen Sie sich mit dem Gerät vertraut. Wählen Sie Perm aus der Einheit-Element im Menü des Permeameter schematischen Zugriff auf. In diesem Experiment ist die Bedienung mit einem Prozessleitsystem. Nur Bett Nummer eins, die Organics Tank, Pumpe und T505 Temperaturregler verwendet werden. Durch Auswahl Trend 50, alle Daten, können die wichtigsten Prozessvariablen in Bezug auf Zeit erhalten und in einer Tabelle zusammengefasst werden. Nun öffnen Sie den Einlass und Ausgang Ventile zur katalytischen Reaktor Bett Nummer eins. Stellen Sie sicher, dass die ein- und Ausfahrt Werte zu den anderen Betten sowie das Regelventil F531 und ein/aus-Ventil D531 auf die Wasserversorgung der Stadt geschlossen sind.

Die zwei-Liter-Tank verdünnten Säure hinzufügen. Einschalten der Förderpumpe zu einer konstanten Geschwindigkeit und der Rotameter, eine gewünschte Fördermenge von 40 bis 70 Milliliter pro Minute zu erhalten. Erhöhen Sie die Geschwindigkeit der Beschickungspumpe, wenn der Rotameter dieser Auswahl von Strömung erreichen kann. Füttern Sie die Säure und dann ca. 200 Milliliter deionisiertes Wasser zur Regeneration des Katalysators durch den Austausch der Kationen wie Natrium oder Kalzium die Interaktion mit Sulfonsäure Anionen. Als nächstes bereiten Sie feed Saccharoselösung zu und einen Liter in den Tank Organics. Schalten Sie die Pumpe. Mithilfe des Reglers der Pumpe und der Rotameter Geschwindigkeit fließen wie gewünscht anpassen. Stellen Sie den T505 Temperaturregler, auto und wählen einen Sollwert von 50 Grad Celsius. Wenn das System 50 Grad erreicht hat, bewegen Sie den Sollwert auf die endgültige Temperatur von 60 Grad, wo die Reaktion in der Regel durchgeführt wird.

Verwenden Sie zuerst ein Reagenzglas, um mindestens 25 Milliliter das erste Futter, eine Saccharose-Probe zu haben, bevor die Reaktion begonnen hat zu sammeln. Dann warten Sie, bis zwei Bett Verweilzeiten vergangen sind, und sammeln Sie zwei Sätze von 25 Milliliter Proben auf den Abfluss, die 10 Minuten voneinander entfernt sind. Diese Proben werden mit einem Polarimeter analysiert werden. Aufnehmen der Reaktor heruntergefahren stellen Sie T505 auf Null Ausgabe ein Sobald die Temperatur beginnt zu sinken, der Reaktor abgeschaltet und dann schließen Sie die Block-Ventile auf einem Bett. Jetzt verwenden Sie ein Polarimeter, um die Proben zu analysieren. Ein Polarimeter wird verwendet, da Kohlenhydrate Enantiomere sind und polarisiertes Licht bis zu einem gewissen Grad zu drehen. Saccharose dreht sich das Licht auf der rechten Seite, während die Lösung von Glukose und Fruktose drehen sie auf der linken Seite mit negativen Werten. Die Natriumlampe schalten Sie ein und warten Sie, bis ein gelbes Licht gesehen wird. Eine einheitliche Dunkelfeld ist die Null-Position des Zifferblattes sichtbar. Übertragen Sie 25 Milliliter Probe Reaktion auf das Rohr und legen Sie sie in das Polarimeter mit der Glühbirne in der Nähe das Okular nach oben und schließen Sie die Abdeckung. Dunklen und helle Fransen können durch das Objektiv beobachtet werden, wenn die Reaktion Probe polarisiertes Licht dreht. Drehen Sie das Zifferblatt, bis die Ränder verschwinden und eine einheitliche Dunkelfeld zu offenbaren. Stellen Sie den Fokus mit dem schwarzen Zifferblatt und mit dem Nonius-Skala, lesen Sie den Drehwinkel durch das Vergrößerungsglas die Bruchteil Umwandlung von Saccharose zu bestimmen.

Nun werfen wir einen Blick auf die Tariffindung konstant über die gebrochene Umstellung von Saccharose in einem verpackten Bett-Reaktor. Die spezifische Drehung D jeder Zucker finden Sie in der Literatur und ist die gemessene Drehung und die Konzentration korreliert. Konzentration wird dann verwendet, um gebrochene Umwandlung zu bestimmen. Diese Daten werden hier dargestellt aufgetragen gegen den Grad der Drehung. Je höher die Konzentration von Saccharose, je höher der positiven Grad der Drehung. Da die Reaktion fortschreitet und Saccharose ist umgewandelt in Glucose und Fructose, verringert sich der positiven Grad der Drehung. Nun werfen wir einen Blick auf die Reaktionskinetik der Saccharose-Inversion bei 60 Grad Celsius. Berechnen der Pseudo ersten Bestellung Konstante K Prime für jedes Futtermittel-Konzentration, die die erste Bestellung Angehörige des Katalysators ignoriert. Dann entfallen Sie auf die erste Bestellung Abhängigkeit des Katalysators dividiert die Pseudo erste Ordnung Rate konstant durch die Konzentration des Katalysators, die zweite Bestellung Geschwindigkeitskonstante K zwei zu geben. Um die echte Reaktion Reihenfolge für die erfassten Daten bestimmen, beginnen Sie mit der verallgemeinerten Maulwurf Balance des verpackten Bett Reaktors in Bezug auf Katalysator Gewicht w. Dann bestimmen Sie die Gleichungen für jedes Reaktionsordnung. Passen Sie diese Gleichungen, die Daten über eine nicht-lineare Regression und bestimmen Sie die Summe der quadrierten Fehler um die Passform zu bewerten. Jetzt passen Sie die Daten dem Panzer in Serie-Modell für die erste Bestellung Reaktion und bestimmen Sie die Anzahl der Tanks benötigt. Eine kleine Anzahl von Panzern errechnet, was darauf hindeutet, dass die Reaktion von idealen verpackten Bett Reaktor Verhalten abweicht. Dies ist wahrscheinlich zurückzuführen auf axiale mischen und Temperaturschwankungen innerhalb des Reaktors. Schließlich vergleichen wir das Reaktionsverhalten von verschiedenen kinetische Bestellungen einschließlich der ersten und zweiten Bestellung verpackt Bett Reaktor Modelle mit erster und zweiter Ordnung Panzer in Serie Modelle bestehend aus zwei Tanks. Es ist klar, dass die gebrochene Konvertierung für die erste Bestellung verpackten Bett Reaktor Modell mehr eng das beobachtete Verhalten darstellt, da die bekannten Datenpunkt für 15 Gewicht Prozent Saccharose abgestimmt.

Festere Katalysatoren werden in einer Vielzahl von Anwendungen und Reaktor-Setups verwendet, sind eines der wichtigsten Felder in der modernen Technik. Ein Wirbelschicht-Reaktor nutzt festen Katalysator in Flüssigkeit suspendiert. Die Flüssigkeit, in der Regel Gas oder Flüssigkeit, wird durch solide Katalysatorpartikel mit hoch genug Geschwindigkeit auszusetzen und sie Verhalten sich wie eine Flüssigkeit geleitet. Diese Arten von Reaktoren einsetzbar für viele verschiedene Anwendungen, von denen die Pyrolyse von Lignozellulose Biomasse ist. Dabei tritt die thermische Zersetzung der Biomasse resultierende in sauerstoffreichem Bio-Ölen. Katalysatorleistung variiert je nach Betriebsbedingungen, die eine Temperatur programmiert Reaktion gemessen werden kann. Eine Temperatur programmiert Reaktion beinhaltet die stetige Zunahme der Reaktionstemperatur mit der kontinuierlichen Überwachung des Reaktors Abwassers. Leistung ist dann auf Temperatur ermöglicht die Bestimmung der optimalen Betriebstemperatur korreliert.

Sie habe nur Jupiters Einführung in verpackten Bett Reaktoren für katalytische Reaktionen beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen, wie die Kinetik der Reaktion zu analysieren und Verhalten mit dem Panzer in Serie-Modell zu modellieren. Danke fürs Zuschauen.

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