Projekt reaktora ze złożem fluidalnym: schemat, parametry, zastosowania, zalety i wady

W tym artykule zostanie podsumowany temat zatytułowany „Projektowanie reaktora ze złożem fluidalnym” oraz fakty związane z projektem reaktora ze złożem fluidalnym, takie jak projekt, schemat, parametry i zastosowania.

Reaktor ze złożem fluidalnym jest klasyfikacją urządzeń reaktorowych, które głównie przeprowadzają szeroki zakres wielofazowych reakcji chemicznych. W reaktorze ze złożem fluidalnym substancja płynna, która może pozostawać w stanie ciekłym lub gazowym, jest przepuszczana z dużą prędkością przez stały materiał ziarnisty. Terminy zabiegu to fluidyzacja.

W różnych zastosowaniach przemysłowych wykorzystuje się reaktor ze złożem fluidalnym.

Schemat reaktora ze złożem fluidalnym:

Reaktory ze złożem fluidalnym są najpopularniejszymi konfiguracjami reaktorów stosowanymi w reakcjach z udziałem stałych reagentów. W FBR czynnik fluidyzacyjny (gaz lub ciecz) jest przepuszczany przez złoże stałych reagentów z wystarczająco dużą prędkością, aby zawiesić ciało stałe i sprawić, by zachowywał się jak płyn.

Schemat reaktora ze złożem fluidalnym podano poniżej,

  • Reaktor ze złożem fluidalnym jest klasyfikacją urządzeń reaktorowych, które głównie przeprowadzają szeroki zakres wielofazowych reakcji chemicznych.
  • W reaktorze ze złożem fluidalnym substancja płynna, która może pozostawać w stanie ciekłym lub gazowym, jest przepuszczana z dużą prędkością przez stały materiał ziarnisty.
  • Terminy procedury, takie jak fluidyzacja, zgłaszają zasadniczo istotną korzyść reaktorowi ze złożem fluidalnym.
  •  W różnych zastosowaniach pól przemysłowych stosuje się reaktor ze złożem fluidalnym.
  • Reaktor ze złożem fluidalnym jest szeroko stosowany w skali komercyjnej do laboratorium.
  • Wewnątrz reaktora ze złożem fluidalnym, gdy prędkość płynu na substancję stałą wzrasta, reaktor ze złożem przechodzi do okresu, w którym siła płynu jest odpowiednia do dostosowania zrównoważenia masy substancji stałej. Okres procesu określany jest jako początkowa fluidyzacja i przebiegał przy najmniejszej prędkości fluidyzacji.
  • W zgazowaniu węgla jako pierwszy stosuje się reaktor ze złożem fluidalnym.
projekt reaktora ze złożem fluidalnym,
Zdjęcie – Podstawowy schemat reaktora ze złożem fluidalnym;
Credit Image - Wikipedia

Parametry projektowe reaktora ze złożem fluidalnym:

Poniżej wymieniono parametry zależne od reaktora ze złożem fluidalnym,

Konstrukcja mechaniczna reaktora ze złożem fluidalnym:

Z pomocą równania Naviera – Stroke'a można wyprowadzić zachowanie fluidyzacji cząstki stałej. Fluidyzacja pojawia się w przypadku, gdy płyn przepływa w górę i jest wykorzystywany do mobilizacji i eliminacji cząstek stałych.

Trzy kluczowe równania stosowane w fluidyzacji przed budową i projektowaniem projektu, który obejmuje prędkość końcową cząstki kulistej oraz prędkość fluidyzacji w oparciu o liczbę Reynoldsa cząstki.

Prędkość końcową cząstki kulistej można wyrazić tym równaniem,

vmax = (π r2)* D2 x (ρsolidny – ρpłyn) *g / 18*µpłyn

Za pomocą tego równania można wyrazić prędkość fluidyzacji cząstki o liczbie Reynoldsa mniejszej niż 20

Vmin = (π r2)* D2 x (ρsolidny – ρpłyn) *g*∈3*φ/150*µpłyn*(1-∈)

Za pomocą tego równania można wyrazić prędkość fluidyzacji cząstki o liczbie Reynoldsa większej niż 1000

gif.latex?%5Cdot%7BV%7D %7Bmin%7D%20%3D%20%28%5Cpi%20r%5E2%29%20*%5Csqrt%7B%5Cfrac%7Bd%20*%20%28%5Crho %7Bsolid%20%7D %20%5Crho %7Bfluid%7D%29*%20g%20*%20%5Cvarepsilon%20%5E3%20*%20%5Cphi%7D%7B1

Gdzie,

gif

jest oznaczony jako Natężenie przepływu płynu

r = oznacza promień cząstki, która płynie w cieczy, a jego wartość wynosi 10 milimetrów

d = oznacza średnicę cząstki, która przepływa w cieczy, a jej wartość wynosi 0.15 milimetra

ρsolidny = oznacza gęstość cząstek płynących w cieczy i wynosi 1.5 kilograma na metr sześcienny

ρpłyn oznacza gęstość przepływającego płynu i wynosi 1.2 kilograma na metr sześcienny

g oznacza Grawitację, a wartość wynosi 9.81 metra na sekundę kwadratową.

μ oznacza lepkość przepływającego płynu, a jego wartość wynosi 1.8 paskala sekundy.

φ oznacza sferyczność, która płynie w płynie cząstki, a wartość wynosi 1.0.

Zastosowania reaktora ze złożem fluidalnym:

W przygotowaniu ścieków Szeroko stosowany reaktor ze złożem fluidalnym.

Przygotowanie ścieków:-

  • W przygotowaniu ścieków stosuje się reaktor ze złożem fluidalnym, z tego powodu koszt można zminimalizować i przedstawić jako opłacalne przygotowanie ścieków zawierających oporne zanieczyszczenia (mieszanina, która ulega biodegradacji lub nie ulega biodegradacji w powolnym procesie, który zidentyfikowano jako , oporna mieszanka i grupa od łatwych chlorowcowane węglowodory do skomplikowanych polimerów).
  • Reaktor ze złożem fluidalnym jest szeroko stosowany w przygotowaniu ścieków, chociaż w dziedzinie przemysłu na dużą skalę reaktor ze złożem fluidalnym jest używany w zaawansowanej metodzie utleniania, a także w laboratorium.
  • W reaktorze ze złożem fluidalnym fluidalnego krakingu katalitycznego zastosowano wprowadzony w latach 1940-tych XX wieku.
  • Reaktor beztlenowy ze złożem fluidalnym nowoczesnej generacji stosowany jako platforma beztlenowa w celu uzyskania wysokiej wytrzymałości, a także dla strumieni odpadów o dużej zawartości części stałych, takich jak wywar gorzelniczy z etanolu kukurydzianego i osad ściekowy komunalnych.
Co to jest schemat zerowego wyładowania cieczy
Obraz – Zerowy wyciek cieczy schemat procesu podkreśla, w jaki sposób ścieki z procesu przemysłowego są przekształcane w oczyszczalni ZLD w substancje stałe i wodę użytkową do ponownego wykorzystania;
Credit Image - Wikipedia

Zalety reaktora ze złożem fluidalnym:

Poniżej wymieniono zalety reaktora ze złożem fluidalnym,

  • Mieszanie cząstek jest równomierne
  • Jednolity gradient temperatury
  • Możliwość wykonania reaktora nawet w stanie ciągłym

Mieszanie cząstek jest równomierne:-

Aby zachowywać się jak płyn samoistny w materiale stałym, złoże fluidalne nie może mieć złych doświadczeń podczas mieszania w złożach upakowanych. Całkowite i dokładne mieszanie w złożu fluidalnym pozwala na wytworzenie jednolitego produktu, który nie jest łatwy do osiągnięcia w innych konstrukcjach reaktora. Odliczenie osiowych i promieniowych gradientów stężeń uwzględnia nawet lepszy kontakt płyn-ciało stałe, co jest potrzebne dla jakości i wydajności reakcji.

Jednolity gradient temperatury:-

Wiele różnych reakcji chemicznych wymagało dodania ciepła lub usunięcia ciepła. W złożu fluidalnym, takim jak reaktor ze złożem fluidalnym, unika się miejscowych gorących lub zimnych punktów pod złożem reakcyjnym, na każdym kroku trudnością są złoża upakowane.

W innej klasyfikacji reaktora, różnica lokalnych temperatur, głównie w gorącym miejscu, może być wynikiem degradacji produktu.

Z tego szczególnego powodu reaktor ze złożem fluidalnym jest odpowiedni do reakcji egzotermicznej. Obserwatorzy zauważają również, że łóżko na powierzchnię przenikania ciepła współczynnik dla reaktora ze złożem fluidalnym jest wyższy.

Możliwość wykonania reaktora nawet w stanie ciągłym:-

Charakter złoża fluidalnego tych reaktorów polega na dostosowaniu wydajności do ciągłego odciągania produktu i wprowadzania nowych reagentów do naczynia reakcyjnego.

Działania w sytuacji metody ciągłej dają producentom możliwość bardziej wydajnego wytwarzania kilku produktów ze względu na eliminację sytuacji rozruchowych w metodach wsadowych.

Wady reaktora ze złożem fluidalnym:

Poniżej wymieniono wady reaktora ze złożem fluidalnym,

  • Zwiększa się wielkość zbiornika reaktora
  • Potrzebny jest spadek ciśnienia i pompowanie
  • porywanie cząstek
  • Scenariusze utraty ciśnienia

Zwiększa się wielkość zbiornika reaktora:-

W reaktorze ze złożem fluidalnym materiały rozprężają się w reaktorze, z tego powodu potrzebny jest reaktor o dużych rozmiarach niż w reaktorze ze złożem upakowanym. Duży rozmiar zbiornika reaktora oznacza, że ​​trzeba wydać więcej kosztów początkowych. Reaktor ze złożem fluidalnym stał się bardzo kosztowny.

Potrzebny jest spadek ciśnienia i pompowanie:-

Konieczność rozbicia przez płyn materiału, który pozostaje w stanie stałym, wymaga obecności większej prędkości płynu w reaktorze reaktora ze złożem fluidalnym.

Z tego szczególnego powodu wymagana jest większa moc pompowania, a także potrzebne są wyższe koszty energii. Ponadto Spadek ciśnienia jest połączony z głębokimi łożami, dlatego wymaga również dodatkowej mocy pompowania.

Pobieranie cząstek:-

Wysokie prędkości gazu obecne w reaktorze tego typu często powodują, że drobne cząstki stają się zafascynowany w płynie. Te wychwycone cząstki są następnie usuwane z reaktora z płynem, gdzie muszą zostać oddzielone.

Może to być bardzo trudny i kosztowny problem do rozwiązania w zależności od konstrukcji i funkcji reaktora. Często może to nadal stanowić problem, nawet w przypadku innych technologii zmniejszających porywanie.

Scenariusze utraty ciśnienia:-

W przypadku nagłej utraty ciśnienia fluidyzacji, ponieważ powierzchnia złoża może nagle zacząć się zmniejszać. Może to być albo niedogodnością, jak utrudnianie ponownego pójścia do łóżka, albo może mieć poważniejsze konsekwencje, takie jak niekontrolowane reakcje.

Inne wady reaktora ze złożem fluidalnym to:

  • Brak aktualnego zrozumienia
  • Erozja elementów wewnętrznych

Zasada działania reaktora ze złożem fluidalnym:

Celem fluidyzacji jest utrzymanie ruchu cząstek stałych w kierunku do góry w strumieniu cieczy lub gazu. W mrożeniu proces fluidyzacji zachodzi, gdy cząstki o tej samej wielkości i kształcie zostaną poddane działaniu w górę strumienia powietrza o niskiej temperaturze.

Zasada działania reaktora ze złożem fluidalnym została opisana poniżej,

  • Reaktor ze złożem fluidalnym pracuje głównie w przepływie współprądowym.
  • Na ogół w reaktorze ze złożem fluidalnym stosuje się trzy różne typy cząstek,
  • a. Obojętny rdzeń, w którym powstaje biomasa za pomocą przyczepu komórkowego.
  • b. Agregaty komórkowe.
  • c. Porowate cząstki, w których nasączony jest biokatalizator.
  • Warstwy stałe odnoszą się do materiału katalitycznego, w którym reaktory chemiczne reagują w reaktorze ze złożem fluidalnym zaadaptowanym przez porowatą płytę, która jest określana jako dystrybutor.
  • W kolejnym kroku płyn jest wtłaczany przez dystrybutor, dzięki czemu stały materiał katalityczny może unosić się w górę.
  • Wewnątrz reaktora ze złożem fluidalnym, gdy prędkość płynu na substancję stałą wzrasta, reaktor ze złożem przechodzi do okresu, w którym siła płynu jest odpowiednia do dostosowania zrównoważenia masy substancji stałej. Okres procesu określany jest jako początkowa fluidyzacja i przebiegał przy najmniejszej prędkości fluidyzacji.
  • Po przejściu najniższej prędkości objętość złoża reaktora jest rozciągnięta i skręcona bardziej niż jak w wrzącej misce z wodą lub w mieszanym zbiorniku. Reaktor jest teraz umieszczony w złożu fluidalnym.
  • Złoże wypełnione unieruchomionymi enzymami jest fluidyzowane szybkim przepływem pary płynu wtórnego lub przepływem w górę warstwy lub mieszaniem z cieczą.
  • W zależności od warunków pracy i charakterystyki fazy stałej w reaktorze ze złożem fluidalnym można zaobserwować szeroki zakres reżimów przepływu.

Wnioski:

Reaktor ze złożem fluidalnym jest stosowany w wielu gałęziach przemysłu przetwórstwa materiałów, gdzie wymagana jest dobra wymiana ciepła i masy pomiędzy cząstkami a masą. Energia dostarczana jest w reaktorze ze złożem fluidalnym z ciepłego gazu, który również fluidyzuje złoże.