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充填層反応器内の単相および流れ
 

充填層反応器内の単相および流れ

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充填層反応器は、高いコンバージョン率のため、化学工業で使用される原子炉の最も一般的な種類の一つです。充填層反応器は、固体触媒粒子でいっぱい通常管状炉です。反応は、固体粒子の表面に発生します。したがって、小さな粒子は体積比とそれ故に高い変換に高い表面を有効にします。理想的には、流体プラグ方法で原子炉をこのように、これらの原子炉呼ばれますプラグ流反応器。ただし、フローやチャネリングの偏在、発生の流れはもはやもプラグのような分布を維持します。これは減少する原子炉の圧力降下を引き起こし、反応コンバージョン率に影響を与えます。このビデオでは充填層反応器の基本事項の説明、圧力降下を測定し、充填層相および気液二相流の分布する手順をデモンストレーションします。

単相充填層における流体は気体または液体をすることができます。二相の原子炉で液体と気体の両方のベッド並み流または向流中の固体粒子の流れ。一相と二相の両方のシステムでは、水平方向または垂直方向に、原子炉が向きに設定できます。この固相は、2 つの方法で満載です。ダンプされたパッキングはランダム配向構造化された梱包は定義されたジオメトリック ネットワークで構成されています。均質なパッキング、低い圧力を降下ベッド。単相流の理想的な充填層反応器は、ベッドや粒子サイズ、ベッドの長さ、ボイド空間または気孔率、流体の速度、粘度はどのように関連圧力損失を記述する Ergun 式で記述できます。ただし、実際の原子炉パフォーマンスと理想からの逸脱は分析されなければならない実験的トレーサー法による。トレーサー法では反応物の分子と同様と見なされます、トレーサーの染料は列に注入されます。染料は、列、それ流れ、終了時にその濃度を時間の関数として測定、監視されます。理想的なプラグ流のトレーサーをインスタント 1 つで終了する必要があり、スパイクとしての分布が表示されます。ただし、典型的な列で濃度関数、ガウス分布の形式をとります。滞留時間分布を計算するこの関数を使用しています。プラグ流、平均滞留時間または分子が時刻 T で列を終了します確率からの偏差を定量化するには、様に計算されます。充填層の滞留時間は、合計ベッド ボリュームと気孔率、体積流量 Q で割った値の積である void のボリュームに関連です。充填層内の二相流を記述する、2 つの単純なモデルが適用されます。同種のモデルでは、ガス、液体、および平均、または相速度が等しいことを前提としています。二相の密度は質量と速度、G、二相の速度、UTP で割った値です。平均の二相の粘度は、示すように、X は、蒸気の重量分率、それぞれ液体およびガス相の粘度は、G mu mu L として定義されます。成層流モデルでは、各フェーズのデルタ P が互いに等しいです。したがって、各フェーズの Ergun 式は互いに等しいです。両方の流量と圧力損失は、方程式から気孔率を計算しながら、知られてする必要があります。質量収支は二相の速度をガスと液体の速度を関連付けます。今、あなたは、トレーサー試験に精通しているが、実験を遂行する方法を学びましょう。

開始する前に、グラフィカル インターフェイスを使用して作動する装置に精通します。制御システムは、バルブ、フロー、およびさまざまなその他のパラメーターの調整に用いられます。ガラスビーズとブラストの砂が満載されて、ベッド数 4、用単相、二相流実験用ベッド数 5、ガラス、満載中。入口を開くに開始し、バルブとしてベッド数 4 水の流れを決定するために、給水のソレノイドを終了します。フロー コント ローラーを使用して、ベッドを徐々 に水の流れを高めるし、差圧を使用してフローを監視します。DP 送信機の全体の範囲をカバーする流量を変化することを確認します。次に、紫外/可視分光器をオンにし、管理コンソールとの通信を確保します。蛍光色素の標準を使用して分光計を調整します。

テストは、脱イオン水でトレーサーとして単一の平均流量と 50 PPM の蛍光色素を選択します。まず、プローブのサンプル ポイントに分光プローブを挿入します。充電を実行してから噴射弁の状態が、コントロール システムを使用して、変更します。注射器を使用してサンプル バルブにトレーサーを注入し、バルブ状態を実行中に変更します。トレーサーは、ベッドを通過すると分光吸光度を監視します。次の実験のための注入室をきれいに充電状態を変更し、清潔なシリンジで水 100 ミリリットル注入バルブ。吸光度がベースラインに戻るときを実行しているバルブを変更し、次のトレーサー注入前に高流量で 10 〜 15 分の水でそれを削除します。

ベッドに水弁が閉じていることを確認します。ベッド数は 5 つに入口と出口の弁、排水弁が開いていることを確認します。さらに、ベッドに空気の手動バルブが閉じていることを確認します。ゆっくりと空気の流れを確立する空気調整弁を開き、ベッドに空気用マニュアル バルブを開きます。次に、水フロー コント ローラーを使用して、毎分 700 ミリリットルに流れを設定し、手動バルブを開きます。バルブを使用して、ガス/液体の区切り線を水や空気の流れをルーティングします。水を終了して排水することを確認します。空気と水のよりよい分離を達成するためにガス/液体分離器内の液体頭の蓄積につながる一時的に、ドレイン バルブを閉じます。ガス出口の線調圧器および乾燥試験メーターを使って空気の流れを調整します。簡単に排水弁を閉じ、ウェット テスト メーターを使用してガスの流れを読みます。単一液体流量で DP 送信機の範囲をカバー、ベッド数 5 で二相流実験用圧力損失のデータを収集するレギュレータで空気の流れを手動で変更します。

今、本当の流れの動作を見てみましょう。単相流の滞留時間分布を取得します。滞留時間分布を使用して、トレーサー、空隙率、平均滞留時間を計算質量。実際の値を持つ計算されるトレーサー質量を比較します。次に、水の流動実験のデルタ P を予測するのに Ergun 式を使用します。測定値に計算される気孔率を使用して計算される圧力降下を比較します。たとえば、この図では、クローズド パック球の最小間隙率は 0.36 です。ベッド 3 つ、4 つ、レジデンス時間分布から計算される気孔率の値が低く、予測のデルタ Ps の測定値よりも高くなるに 。ベッドの壁に沿ってチャネリングがある可能性があります。二相流同種および層状の流れの理論を用いた予測圧力損失を判断し、測定値と比較します。圧力損失の計算均質流理論を使用して、このテーブルから見た成層流の理論を用いたものよりも改善することを証明しました。高測定圧力降下は、断面積の小さい部分に限られていた液体を意味水平ベッドで深刻なチャネリングをお勧めします。

業界研究の多くの分野で原子炉は広くベッドを満載しました。たとえば、充填層反応器は地面リグノ セルロース系バイオマスを炭化水素燃料に変換されます。最初の手順では、流動層反応器を用いたバイオ油を生産するバイオマスの熱分解をします。充填層反応器のような流動層炉を利用して、反応を促進する触媒粒子が、彼らは、液体で中断されるよりもむしろベッドで満員します。プロセスの 2 番目のステップは、バイオ油を燃料に変換するのに充填層反応器を使用します。触媒粒子は、サポートされている炭素炉とアルミナ コバルト モリブデンの最初の段階で第 2 段階にルテニウムを示します。最終的な結果は、燃料の範囲の炭化水素の混合物です。充填層の原子炉は、質量分析法による分析の前に蛋白質の消化などの酵素の変換にも使用できます。この例では反応は C18 シリカ粒子、マイクロ流体リアクターにパックで起こる。ここでは、消化される蛋白質は酵素液の原子炉流れる中の粒子にバインドされます。ここに示す例のように、蛋白質の消化力のため充填層反応器の使用は、収量を改善し、消化時間とコストを大幅に削減できます。

充填層内における単一および二相流のゼウスの概要を見てきただけ。今、充填層反応器の基礎とトレーサー試験を使用してフローを分析する方法を理解する必要があります。見てくれてありがとう!

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