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Reactor de fase líquida: Inversión de sacarosa

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Las reacciones químicas se llevan a cabo en varios tipos de reactores con catalizadores para aumentar la velocidad de reacción y mejorar la conversión. Velocidad de reacción es dependiente por lo tanto está fuertemente influenciada por la transferencia de calor de temperatura. Además, la tarifa de la reacción se efectúa por transferencia de masa puesto que una reacción no puede ocurrir más rápido que la velocidad en que se suministran con reactivos a la superficie del catalizador. Por lo tanto, reactores de lecho empacado se prefieren a menudo sobre reactores por lotes como transferencia de calor rápida es más factible. En este video, se analizó la cinética de una reacción simple en un reactor de lecho empacado. El reactor funciona en diferentes condiciones para determinar el orden de reacción real y una constante de velocidad de los padres, como la cinética de sistemas reales a menudo se desvían de lo que se espera.

Reactores de lecho empacado pueden ser modelados como una serie de CSTRs muchos de igual tamaños que es total peso volumen y catalizador coincida con el del reactor de lecho empacado. Este modelo se llama el modelo de tanques en serie y está dada por esta ecuación. Aquí, i es el número de reactores, CA0 es la concentración de alimentación de reactivo limitante y delta FAI es el cambio en la conversión fraccional de reactivo limitante. Finalmente, RAI es la velocidad de reacción, N es el número de tanques necesitada, y Tao es tiempo de residencia. La tasa de avance de una reacción catalítica es casi siempre de primer orden con respecto a la concentración de catalizador y algo menos de dos de orden positivo con respecto a la concentración de reactivo. Sin embargo, inhibición del catalizador puede alterar el orden de reacción, haciendo que el orden de reacción que aparezca menos de lo que realmente es. Incluso reactivos pueden inhibir el catalizador provocando la orden de reacción que aparecen cerca de cero. Por estas razones, las reacciones catalíticas son descritas por el modelo de ley de alimentación donde prime K es la constante de velocidad aparente de CA es la concentración de reactivo limitante y beta es el orden de reacción aparente. El modelo presupone que la concentración de catalizador es constante. Sin embargo, en la práctica, catalizadores desactivarán. Así concentración de catalizador debe ser modelado como una función del tiempo. En la siguiente demostración, queda demostrada la cinética de una reacción típica con productos y reactantes de fase líquido y un catalizador sólido. La reacción consiste en la descomposición de la sacarosa en glucosa y fructosa, llamado inversión de la sacarosa. La reacción es típicamente de primer orden con respecto a la sacarosa y con respecto a los sitios del catalizador. La constante de velocidad se efectúa mediante calor y transferencia de masa, flujo, temperatura y distribución activación catalizador. Por lo tanto la constante de velocidad se determina experimentalmente para el sistema específico. Ahora que hemos discutido el modelo de tanques en serie y cómo deducir la cinética de la reacción, echemos un vistazo en el procedimiento sí mismo.

Antes de comenzar, familiarícese con el aparato. Seleccione el elemento de unidad en el menú para acceder al esquema del permeámetro a Perm. En este experimento, el aparato funciona utilizando un sistema de control distribuido. Se utilizan sólo cama número uno, el depósito de materia orgánica, la bomba y regulador de temperatura T505. Seleccionando 50 tendencia, todos los datos, las variables de proceso clave con respecto al tiempo pueden ser obtenidas y recogidas en una hoja de cálculo. Ahora, abrir la entrada y salida las válvulas al reactor catalítico cama número uno. Asegúrese de que los valores de entrada y salida a las otras camas están cerrados así como la válvula F531 y la válvula de encendido/apagado D531 en el suministro de agua de la ciudad.

Agregue ácido diluido al tanque de dos litros. Encienda la bomba de alimentación a una velocidad constante y fijar el rotámetro para obtener un flujo deseado de 40 a 70 mililitros por minuto. Aumentar la velocidad de la bomba de alimentación si el rotámetro no puede alcanzar este rango de flujo. Alimentación el ácido y aproximadamente 200 ml de agua desionizada para regenerar el catalizador mediante el intercambio de los cationes como sodio o calcio que están interactuando con los aniones del ácido sulfónico. A continuación, prepare la solución de sacarosa de la alimentación y añadir un litro a lo depósito de materia orgánica. Encienda la bomba. Utilice el regulador de la bomba y el rotámetro para ajustar el flujo de la velocidad deseada. Ajuste el regulador de temperatura de T505 para auto y seleccionar un punto de ajuste de 50 grados centígrados. Cuando el sistema llega a 50 grados, mover el punto hasta la temperatura final de 60 grados, donde la reacción se realiza típicamente.

En primer lugar, utilice un tubo de ensayo para recoger por lo menos 25 mililitros de la alimentación inicial para tener una muestra de sacarosa antes de la reacción ha comenzado. Espere hasta dos veces de residencia de la cama han pasado y recogen dos conjuntos de muestras de 25 mililitros en el desagüe que están a 10 minutos de distanciadas. Estas muestras serán analizadas utilizando un polarímetro. Para iniciar la parada del reactor, encuentra T505 a cero salida. Una vez que la temperatura comienza a disminuir, apagar el reactor y cierre las válvulas de bloqueo en la cama una. Ahora utilizar un polarímetro para analizar las muestras. Un polarímetro se utiliza porque los carbohidratos son enantiómeros y rotación la luz polarizada en cierto grado. Sacarosa rota la luz hacia la derecha mientras que la solución de glucosa y fructosa gira a la izquierda dando valores negativos. Encender la lámpara de sodio y espere hasta que se ve una luz amarilla. Un campo oscuro uniforme es visible en la posición cero del dial. Transferir 25 ml de la muestra de reacción al tubo y lo coloca en el polarímetro con la bombilla cerca el ocular hacia arriba y luego cierre la cubierta. Franjas claras y oscuras se pueden observar a través de la lente si la muestra de reacción gira la luz polarizada. Gire el dial hasta que las franjas desaparecen y revelan un campo oscuro uniforme. Ajuste el enfoque con el dial negro y usando la escala Vernier, leer el ángulo de rotación a través de la lupa para determinar la conversión de fracción de sacarosa.

Ahora echemos un vistazo a la determinación constante de la tasa utilizando la conversión fraccional de sacarosa en un reactor de lecho empacado. La rotación específica D de cada azúcar puede ser encontrada en la literatura y se correlaciona la rotación medida y la concentración. Concentración se utiliza entonces para determinar la conversión fraccional. Estos datos se muestran aquí, conspiraron contra el grado de rotación. Cuanto mayor sea la concentración de sacarosa, cuanto mayor sea el grado positivo de rotación. El grado positivo de rotación disminuye a medida que la reacción avanza y la sacarosa se convierte en glucosa y fructosa. Ahora echemos una mirada a la cinética de la reacción de inversión de la sacarosa a 60 grados centígrados. Calcular la pseudo primer prime de constante K orden para cada concentración de la alimentación, que ignora la primer orden bajo la tuición del catalizador. Entonces representan la primera dependencia de la orden del catalizador por la constante de velocidad de pseudo primer orden dividiendo la concentración del catalizador para dar la constante de velocidad de segundo orden K dos. Para determinar el orden de reacción real de los datos adquiridos, comience con el balance generalizado mole del reactor de lecho empacado con respecto al peso de catalizador w. Determinar las ecuaciones para cada orden de reacción. Ajuste de estas ecuaciones a los datos mediante una regresión no lineal y determinar la suma de errores cuadrados para evaluar el ajuste. Ahora ajustar los datos para el modelo de tanques en serie para la primera reacción de la orden y determinar el número de tanques necesitada. Un pequeño número de tanques se calcula lo que sugiere que la reacción se desvía del comportamiento del reactor de lecho empacado ideal. Esto se atribuye probablemente a mezcla axial y las fluctuaciones de temperatura dentro del reactor. Finalmente, podemos comparar el comportamiento de la reacción de varias órdenes cinéticos, incluyendo primero y segundo orden lleno de modelos de reactor de cama con modelos de tanques en serie de primer y segundo orden que consiste en dos tanques. Está claro que la conversión fraccional para el primer orden de lecho empacado reactor modelo más estrechamente representa el comportamiento observado como coincide con el punto de datos conocidos de sacarosa por ciento peso 15.

Catalizadores sólidos se utilizan en una amplia gama de aplicaciones y configuraciones de reactor como uno de los campos más importantes en la tecnología moderna. Un reactor de lecho fluidizado utiliza catalizador sólido suspendido en el líquido. El líquido, generalmente de gas o líquido, se pasa a través de partículas de catalizador sólido a velocidades lo suficientemente altos como para suspenderlas y hacer que se comportan como un fluido. Estos tipos de reactores pueden ser utilizados para muchas aplicaciones diferentes, una de ellas es la pirolisis de la biomasa lignocelulósica. En este proceso, la descomposición térmica de biomasa ocurre en aceites bio oxigenada. Rendimiento del catalizador varía dependiendo de condiciones de funcionamiento, que pueden ser medidas mediante una reacción de la temperatura programada. Una reacción de temperatura programada implica el constante aumento de la temperatura de reacción con el monitoreo continuo del efluente del reactor. Rendimiento luego está correlacionado con la temperatura que permite la determinación de la temperatura de funcionamiento óptima.

Sólo ha visto la introducción de Zeus a reactores de lecho empacado para reacciones catalíticas. Ahora debería entender cómo analizar la cinética de la reacción y comportamiento con el modelo de tanques en serie. Gracias por ver.

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