3 プラグ フロー リアクターの例: アプリケーション、作業、式、設計、図

連続管状反応器は、プラグ フロー反応器モデル、または PFR の別の用語です。 使用中のプラグフローリアクターの理論、形状、およびレイアウトのいくつかの例を見てみましょう。

3 プラグフロー反応器の例を以下に示します。

  • シャワーカーテン
  • 浴槽の壁
  • 峡谷の壁の浸水

シャワーカーテン

シャワーの外への水の侵入を防ぐのに最適なシャワー カーテンは、未処理のコットン キャンバス、ヘンプ、またはナイロン製のものです。 ウィックと同様に、シャワー カーテンは水を布を通して下方に流すことで、水を浴槽に導きます。 裏地は必要ありません。 シャワーを浴びた後は、カーテンを広げて浴槽の外に吊るして乾かしてください。

浴槽の壁

バスタブまたはシャワーの壁は、洗練された仕上げによって水や湿気から保護されており、バスルームに芸術的なエッジと色彩を与えています。 アクリルは、浴槽の壁全体に最適なものとして、ここ数年人気が高まっています. 古い浴槽をカバーするために、シートの PVC プラスチックまたはアクリルを浴槽のサイズに成形し、その上に置き、接着します。

峡谷の壁の浸水

侵食は峡谷の主な原因です。 川の流れは、土や岩を何千年、何百万年もかけて浸食、つまりすり減らし、谷を作ります。 雨や湿った地域からの雪解けによって供給される急流は、乾燥した地形に最大かつ最も有名な峡谷のいくつかを切り開いてきました。

プラグフローリアクターの用途

反応物と生成物が流れる開口部を備えた円筒形のパイプは、プラグフロー反応器を構成します。 プラグフロー反応器の適用について説明しましょう。

  • 産業環境では、化学反応が大量の 発熱 または爆発的なエネルギー。
  • コンポーネントが静的に混合されていることを確認するには、プラグフロー反応器が採用されています。
  • 機器とその周囲の間の熱伝達は、プラグフロー反応器で安全でした。
  • 現在、 バイオディーゼル およびリサイクル機構を備えたその他のバイオ燃料は、プラグフロー反応器を使用して製造されています。 プラグフロー反応器は、定常状態で動作するため、バイオエネルギーの生産に最も適しています。 さらに、プラグ反応器では攪拌やバッフルは必要ありません。  

通常、プラグフロー反応器は定常状態で動作します。 反応物が反応器の長さを下に移動すると、それらは継続的に消費されます。

プラグフロー反応器の作業

混合流では、反応速度は急速に低下して低い値になりますが、栓流では、反応速度はシステム全体で徐々に減少します。 プラグフロー反応器の動作を見てみましょう。

  • プラグ フロー反応器を流れる流体は、無限に薄く、均一な組成を持つコヒーレント プラグの集合としてモデル化されます。
  • 各プラグは、原子炉の軸方向に移動するにつれて、その前後のプラグから独自の組成を持っています。
  • 基本的な前提は、プラグが PFR を通過するとき、流体は半径方向では完全に混合されますが、軸方向ではまったく混合されません (要素の上流または下流では混合されません)。
  • その結果、各プラグは別個のエンティティとして扱われ、混合量がゼロに近づく無限の小さなバッチ反応器として機能します。
  • プラグ要素の滞留時間は、プラグフロー反応器を流れ落ちるときの反応器内の位置から計算されます。
  • したがって、滞留時間分布は、理想的な栓流反応器のこの定式化におけるインパルスです (小さくて狭いスパイク関数)。

反応器のサイズを含む重要な反応器変数を推定するために、プラグフロー反応器モデルを使用して、管状設計の化学反応器の挙動を予測します。

プラグフロー反応器の設計

反応器を通過する質量の正確な滞留時間は、理想的なプラグフロー反応器の CSTR での平均滞留時間とは異なります。 プラグフロー反応器のレイアウトを見てみましょう。

  • プラグ フロー 反応器は、ピストン フロー 反応器、スラグ フロー 反応器、完全管状フロー 反応器、非混合フロー 反応器とも呼ばれます。
  • プラグフローリアクターのパターンフローはプラグフローです。
  • プラグフロー反応器を通る流体の秩序ある流れは、流体要素がその前または後ろで他の要素を通過したり、混合したりしないこととして定義されます。
  • プラグ反応器では、流体は実際には横方向に混合される可能性がありますが、流路全体での混合または拡散も必要です。
  • 反応器内の各流体要素の滞留時間が等しいことは、栓流の必要かつ十分な条件として機能します。

プラグフローリアクターの図

プラグフローシステムの高速反応技術は、連続フロー高速動力学システムに基づいています。 これは、プラグフロー反応器の図です。

イメージクレジット - プラグフローリアクターの図 by ユーザーA1 (CC-BY-SA-3.0)

反応の開始点と生成物検出器の間の距離がわかっている場合、時間間隔は流量から決定できます。 次に、距離を調整することで、最大の歩留まりを達成するのに必要な時間を計算できます。

プラグフロー反応式

材料がプラグフロー反応器を通って流れるという事実は、その最大の特徴です。 プラグフロー反応器の式を見てみましょう。

  • 流体組成はプラグ フロー反応器内のフロー チャネルに沿って変化するため、反応成分の物質収支は、体積 dV の微分要素を考慮しなければなりません。
  • (ボリュームの要素への反応物質の流入速度)= (ボリュームの要素からの反応物質の流出速度) + (原因による反応物質の損失速度) 化学反応 体積の要素内) + (体積の要素内の反応物の蓄積率)
  • その結果、反応物 A の物質収支方程式はゼロで解かれます。
  • インプット=アウトプット+反応+蓄積+消失。
  • さて、FA =(FA +dFA)+(-rA)dV、何もない、dFA = d[FA0 (1 – XA)] = -FA0dXA、交換時に取得、-FA0dXA = (-rA)dV.
  • したがって、体積 dV の反応器の微分セクションにおける A の式は次のようになります。
  • このフレーズは、原子炉全体に統合する必要があります。
  • FA0、送り速度は一定になりましたが、rA 物質の濃度または変換に依存します。
  • 用語を適切にグループ化すると、次のようになります。
  • 特定の供給速度と必要な変換については、前述の式によって反応器のサイズを推定できます。
  • 変換の基礎となるフィード (添字 0) が、部分的に変換された下付き文字で反応器に入り、下付き文字 f で示される変換で出発する場合、プラグフロー反応器のより一般的な式として、次の式が得られます。
  • 一定密度システムの特殊な場合、XA= 1 – CA/CA0 そして、dXA = 直流A/CA0。
  • その場合、性能方程式は濃度または濃度の関数として表すことができます。

栓流反応器モデル

プラグ フロー反応器内の温度は管理が難しく、好ましくない温度勾配が生じる可能性があります。 まずプラグフロー反応器モデルを見てみましょう。

  • チューブ内で発生する化学プロセスは、プラグフロー反応器を使用してモデル化されます。
  • 反応器の設計プロセスで利用できる理想的な例は、プラグ フロー反応器です。
  • このブログでは、プラグフロー 反応器モデルが断熱的であり、一定の圧力で動作していることを前提としています。
  • 発生していると考えられる唯一の反応は気相反応です 分解 式 A -> 2B + C に従うプロセス。

さらに、プラグフロー反応器のメンテナンスは、CSTR のメンテナンスよりも費用がかかります。 リサイクル ループにより、プラグフロー 反応器は、 CSTR.

まとめ

この研究では、プラグフロー反応器は予測のための重要なツールであるため、実際のフローシステムは滞留時間に大きな変動を示すため注意が必要であるという推論を導き出すことができます。 フロー リアクターをスケーリングする場合、滞留時間の分布は考慮しなければならない要素の XNUMX つです。

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