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Débit unique et en deux phases dans un réacteur de garnissage
 

Débit unique et en deux phases dans un réacteur de garnissage

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Les réacteurs de garnissage sont un des types plus courants du réacteur utilisé dans l’industrie chimique, en raison de leur taux de conversion élevé. Les réacteurs de garnissage sont généralement tubulaires réacteurs remplis de particules de catalyseur solide. La réaction se produit sur la surface de la particule solide. Ainsi, les petites particules permettent une surface élevée au rapport de volume et conversion donc élevé. Idéalement, Ecoulements de fluides à travers le réacteur dans un mode de prise, par conséquent, ces réacteurs sont parfois appelés fiche flux réacteurs. Cependant, mauvaise répartition du débit ou de la canalisation peut se produire, où les flux de garde n’est plus la distribution même comme plug. Cela provoque la chute de pression dans le réacteur pour diminuer et affecte le taux de conversion de réaction. Dans cette vidéo, nous discuterons les rudiments d’un réacteur de garnissage et démontrer comment mesurer la chute de pression et le débit de distribution de courant monophasé et en deux phases dans le lit emballé.

Dans les systèmes monophasés garnissage, le fluide peut être soit un gaz ou un liquide. Dans les réacteurs en deux phases, les liquides et gaz déborder les particules solides dans les lits soit co courant ou contre-courant. Dans les systèmes monophasé et en deux phases, le réacteur peut être orienté horizontalement ou verticalement. Cette phase solide est emballée de deux façons. Sous-évaluées emballage est orienté au hasard, alors que l’emballage structuré est constitué de réseaux géométriques définis. Le plus homogène l’emballage, plus la pression diminue sur le lit. Un réacteur à lit idéal avec courant monophasé peut être décrit par l’équation Ergun, qui décrit la chute de pression dans le lit et comment il est lié à la taille des particules, longueur de lit, vide ou la porosité, vitesse du fluide et viscosité. Cependant, performance véritable réacteur et des écarts par rapport à l’idéal doivent être analysés expérimentalement par l’intermédiaire de la méthode de traceur. Dans la méthode de traceur, un colorant traceur, qui est censé se comportent de la même manière que les molécules réactives, est injecté dans la colonne. Le colorant est surveillé comme elle traverse la colonne, et sa concentration à la sortie mesurée en fonction du temps. Débit de prise idéal, le traceur doit sortir à un instant et la distribution apparaît comme un pic. Dans une colonne typique, cependant, la fonction de la concentration prend la forme d’une distribution gaussienne. Cette fonction est ensuite utilisée pour calculer la distribution de temps de résidence. Afin de quantifier l’écart par rapport à la fiche de débit, le temps moyen de résidence ou la probabilité qu’une molécule quittera la colonne à un moment T, est calculée comme indiqué. Pour lits emballés, temps de résidence est liée au volume vide, qui est le produit du volume total de lit et de la porosité, divisé par le débit volumétrique, Q. Lorsque vous décrivez un écoulement diphasique dans un lit, deux modèles simples sont appliquées. Le modèle homogène suppose que le gaz, liquide et en moyenne, ou les vitesses en deux phases, sont égaux. Puis la densité en deux phases est vitesse masse, G, divisée par la vitesse en deux phases, l’UTP. La viscosité moyenne à deux phases est définie comme indiqué, où X est la fraction massique de la vapeur, et mu L et mu G sont les viscosités des phases gazeuse et liquide respectif. Dans le modèle d’écoulement stratifié, delta P pour chaque phase est égale à l’autre. Ainsi, l’équation Ergun pour chaque phase est égale à l’autre. La chute de pression et les deux débits doivent être connus, tandis que la porosité est calculée à partir de l’équation. Puis le bilan massique concerne le gaz et les liquides vitesses la vitesse en deux phases. Maintenant que vous êtes familier avec le test de traceur, nous allons apprendre comment réaliser l’expérience.

Avant de commencer, familiarisez-vous avec l’appareil, qui est exploité à l’aide d’une interface graphique. Le système de contrôle est utilisé pour régler les soupapes, les flux et divers autres paramètres. Lit numéro quatre, qui regorge de perles de verre et le sable de l’explosion, est utilisé pour le monophasé, tandis que le lit numéro cinq, rempli de verre, est utilisé pour l’expérience de l’écoulement diphasique. Commencez par ouvrir l’entrée et sortie de robinet, ainsi que l’approvisionnement en eau le solénoïde, nombre de lit quatre pour déterminer le débit d’eau. Utilisez le régulateur de débit, augmenter le débit de l’eau peu à peu le lit et surveiller les mouvements à l’aide de la pression différentielle. Assurez-vous de varier le débit pour couvrir toute la gamme de l’émetteur de la DP. Ensuite, mettez le spectromètre UV/vis et assurer la communication avec la console de commande. À l’aide des normes du colorant fluorescent, calibrer le spectromètre.

Pour le test, choisissez un seul débit moyen et un colorant fluorescent 50 PPM dans l’eau désionisée comme le traceur. Tout d’abord, insérez la sonde spectromètre point d’échantillonnage de la sonde. Puis, en utilisant le système de contrôle, remplacez statut de la soupape d’injection en cours d’exécution à la charge. Injecter du traceur dans l’échantillon de soupape à l’aide de la seringue et modifier le statut de vanne retour à la course. Surveiller l’absorbance du spectromètre comme le traceur passe le lit. Pour nettoyer la chambre d’injection pour l’expérience suivante, modifiez l’état de charge et injecter 100 millilitres d’eau avec une seringue propre dans la vanne. Lorsque l’absorbance est retournée au niveau de référence, changer la valve à la course et purger avec de l’eau pendant 10 à 15 minutes à haut débit avant la prochaine injection de traceur.

S’assurer que les robinets d’eau pour les lits sont fermés. S’assurer que les vannes d’entrée et de sortie numéro cinq du lit et la soupape de décharge sont ouverts. En outre, assurez-vous que la vanne manuelle pour les lits de l’air est fermée. Lentement ouvrir le régulateur d’air pour créer un flux d’air, puis, ouvrir la vanne manuelle pour les lits de l’air. Ensuite, utilisez le régulateur de débit d’eau, régler le débit de 700 millilitres par minute et ouvrez la vanne manuelle. L’aide des soupapes, Itinéraire l’écoulement de l’eau et l’air dans le séparateur de gaz/liquide. Confirmer que l’eau sort à l’égout. Pour parvenir à une meilleure séparation de l’air et l’eau, fermer la vanne d’évacuation temporaire, qui conduira à l’accumulation d’une tête de liquide dans le séparateur de gaz/liquide. Utiliser le régulateur de pression et le compteur d’essai sec sur la ligne de sortie de gaz pour régler le débit d’air. Fermez le robinet de vidange brièvement et le compteur de test humide permet de lire le flux de gaz. À un débit liquide unique, manuellement modifier le flux d’air au régulateur pour couvrir la portée de l’émetteur de DP et de recueillir les données de chute de pression pour des expériences d’écoulement diphasique à lit la cinquième.

Maintenant, nous allons examiner le comportement des flux réels. Pour courant monophasé, obtenir la distribution de temps de résidence. La distribution de temps de résidence permet de calculer le temps moyen de résidence, la porosité moyenne et traceur massive. Comparer la masse de traceur calculé à la valeur réelle. Ensuite, utilisez l’équation Ergun pour prédire le delta P pour les expériences d’écoulement de l’eau. Comparer les baisses de pression calculée en utilisant les porosités calculées à la valeur mesurée. Par exemple, dans cette figure, la porosité minimale avec les sphères pack fermé est de 0,36. Pour lit trois ou quatre, les valeurs calculées de porosité déterminées à partir des distributions de temps de résidence sont bas, menant à la delta prédit Ps sont plus élevés que les valeurs mesurées. Cela pourrait indiquer la canalisation le long des parois du lit. Pour les écoulements polyphasiques, déterminer la chute de pression estimée en utilisant les théories de flux homogène et stratifié et la comparer à la valeur mesurée. Comme indiqué dans ce tableau, la chute de pression calculée à l’aide de la théorie des flux homogène, s’est avéré pour être mieux que ceux qui utilisent la théorie de l’écoulement stratifié. Les chutes de pression haute-mesuré suggèrent channeling sévère dans le lit horizontal, ce qui signifie que le liquide se limitait à une petite partie de la section transversale.

Paniers lit réacteurs sont largement utilisés dans de nombreux domaines de l’industrie et la recherche. Par exemple, garnissage réacteurs sont utilisés pour convertir la biomasse lignocellulosique en hydrocarbure. La première étape implique la pyrolyse de la biomasse pour produire des bio-huile à l’aide d’un réacteur à lit fluidisé. Comme un réacteur de garnissage, un réacteur à lit fluidisé utilise des particules de catalyseur solide pour faciliter une réaction, mais ils sont en suspension dans le liquide, plutôt qu’emballés dans un lit. La deuxième étape dans le processus utilise un réacteur de garnissage pour convertir les bio-huiles en carburant. Ici, les particules de catalyseur sont ruthénium pris en charge sur le carbone dans la première étape du réacteur et cobalt, molybdène sur l’alumine dans la deuxième étape. Le résultat final est un mélange d’hydrocarbures gamme. Paniers lit réacteurs peuvent également être utilisés pour la conversion enzymatique, telles que la digestion d’une protéine avant l’analyse par spectrométrie de masse. Dans cet exemple, la réaction a lieu sur les particules de silice C18, emballé dans un réacteur de microfluidique. Ici, la protéine étant digérée est liée à la particule, alors que l’enzyme traverse le réacteur dans le liquide. L’utilisation d’un réacteur de garnissage pour les digestions de protéine, comme dans l’exemple montré ici, peut améliorer le rendement et réduire considérablement les coûts et le temps de digestion.

Vous avez juste regardé introduction de Jove à flux unique et à deux phases en lits emballés. Vous devez maintenant comprendre les rudiments d’un réacteur de garnissage et comment analyser les flux en utilisant un test de traceur. Merci de regarder !

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