Ang daloy ng plug ay isang makabuluhang katangian ng mga reaktor na ito, kaya anumang dalawang molekula ay maaaring maipasok sa reaktor sa mas kaunting oras at lumabas nang sabay. Daloy ng plug reaktor nagbibigay ng mahusay na pagkontrol sa oras ng reaksyon kapag ino-optimize ang paghahati ng mga reactant pati na rin ang mga produkto. Kaya, ang mahusay na daloy ng plug ay kinakailangan para sa mahusay na pagganap sa mga reactor. Kaya ang mga reactor na gumagamit ng plug flow chemistry ay karaniwang tinatawag na plug flow reactors o PFR reactors. Ang Plug Flow Reactor o PFR ay isang pangatlong pangkalahatang uri ng reactor kung saan ang mga sustansya ay patuloy na ipinapasok sa reaktor at gumagalaw sa buong reaktor bilang isang 'plug'. Tinatalakay ng artikulong ito ang isang pangkalahatang-ideya ng a plug flow reactor , paggana nito, at mga aplikasyon nito.

Ano ang isang Plug Flow Reactor?

Ang plug flow reactor o piston flow reactor ay isang rectangular-type na idealized flow reactor na gumagamit ng tuluy-tuloy na daloy ng fluid para sa pagproseso ng mga materyales sa buong tubo. Ang reaktor na ito ay ginagamit upang ilarawan ang mga reaksiyong kemikal sa loob ng isang cylindrical pipe na ang lahat ng mga kumbinasyon ng kemikal na reaksyon ay ibibigay sa parehong bilis sa direksyon ng daloy, kaya; walang integration o backflow.

Ang reactor na ito ay may kasamang cylindrical pipe na may mga butas sa bawat dulo para sa mga reactant pati na rin ang mga produkto kung saan nagbibigay ang mga reactant. Para sa pagpapanatili ng pare-parehong reaksyon sa reaktor na ito, ang tubig sa isang nakapirming temperatura ay ibinibigay sa reaktor. Ang daloy ng plug ay ginawa sa reaktor na ito sa pamamagitan ng patuloy na pagpapapasok ng materyal mula sa isang dulo hanggang sa kabilang dulo, patuloy nitong inaalis ang mga materyales. Ang mga madalas na ginawang materyales sa PFR, ay; petrochemicals, polymers, pharmaceuticals, atbp. Ang mga reactor na ito ay may malawak na hanay ng mga aplikasyon sa alinman sa likido o gas phase system.

Ang plug flow reactor ay nagbibigay ng isang natitirang kontrol sa oras ng paninirahan pati na rin ang mga kondisyon ng reaksyon. Kaya nagbibigay sila ng mataas na antas ng conversion at tumutugma sa mga reaksyon sa pamamagitan ng mataas na paglabas ng init (o) pagiging sensitibo sa mga konsentrasyon ng reactant. Gayunpaman, mayroon silang ilang mga limitasyon nang walang radial mixing at simpleng axial mixing.

Plug Flow Reactor

Pangunahing tampok

Ang mga pangunahing tampok ng isang plug flow reactor ay kinabibilangan ng mga sumusunod.

Unidirectional na Daloy

Sa PFR, ang mga reactant pati na rin ang mga produkto ay naglalakbay sa isang direksyon sa haba ng reactor nang walang back-mixing.

Gradient ng Konsentrasyon

Ang konsentrasyon at mga produkto ng reactant sa reaktor na ito ay nagbabago sa haba ng reaktor bagama't ito ay pare-pareho sa anumang seksyong patayo sa daloy.

Oras ng Paninirahan

Oras ng paninirahan isang hiwalay na dami ng reactant na ginugugol sa loob ng PFR ay tinatawag na oras ng paninirahan at stable para sa lahat ng volume.

Prinsipyo sa Paggawa ng Plug Flow Reactor

Gumagana ang plug flow reactor sa pamamagitan ng pag-oxidize ng mga alcohol at iba pang organic compound upang makagawa ng mga pinong kemikal tulad ng; mga pigment at tina. Ang mga likido sa reactor na ito ay gumagalaw sa tuluy-tuloy at pare-parehong paraan sa buong tubo o tubo. Ang mga reactant ay pumapasok sa isang dulo ng reactor upang dumaloy sa buong reactor at umiral sa kabilang dulo.

Ang likas na daloy ng plug sa reactor na ito ay nagsisiguro na ang mga kemikal na reactant ay nakalantad sa mga katulad na kondisyon sa pamamagitan ng PFR at ang bawat reactant resident time ay pareho. Kaya, ang isang plug flow reactor ay isang mahusay na pagpipilian para sa mga pangunahing reaksyon na nangangailangan ng eksaktong kontrol ng oras ng residente, temperatura at presyon.

Plug Flow Reactor Diagram

Ang disenyo ng isang plug flow reactor ay maaaring gawin gamit ang ilang uri ng capillary na isang maliit na tubo (o) isang channel na naayos sa isang plato. Ito ay isang tuluy-tuloy na set ng reaktor na may pasukan ng mga reactant at isang labasan ng nilalaman ng reaktor na patuloy na ginagawa sa buong operasyon ng reaktor.

Ang isang plug flow reactor (PFR) ay walang agitator na may cylindrical na hugis na nagbibigay-daan sa fluid na bumuo na may pinakamababang dami ng back mixing, bilang resulta, lahat ng fluid particle na pumapasok sa reactor ay may katulad na oras ng paninirahan . Ang reaktor na ito ay tiyak na maituturing bilang isang serye ng mga manipis na hiwa ng likido, na binubuo ng isang maliit na batch reactor, na ganap na hinalo sa hiwa upang magpatuloy sa loob ng reaktor tulad ng isang piston.

Plug Flow Reactor Diagram

Ang equation para sa pangkalahatang balanse ng masa ay maaaring ipahayag tulad ng sumusunod para sa isa sa mga hiwa ng likido sa loob ng reaktor:

Inlet = Outlet + Consumption + Accumulation

Ang mga yunit ng bawat bahagi ng expression sa itaas ay isang materyal na bilis ng pagtakbo tulad ng mol/sec.

Plug flow Reactor Equation Derivation

Ang plug-flow reactor ay isang idealized na reactor kung saan ang lahat ng particle sa isang partikular na seksyon ay may parehong bilis at direksyon ng paggalaw. Sa isang plug flow reactor (PFR) walang backflow o paghahalo, kaya ang daloy ng isang likido tulad ng isang plug mula sa gilid ng pumapasok patungo sa labasan ay ipinapakita sa figure sa ibaba.

Ang reaktor na ito ay nilikha depende sa balanse ng masa pati na rin ang balanse ng init sa loob ng isang kaugalian na dami ng likido. Kung iniisip natin na ang pamamaraan ay isothermal, kung gayon ang balanse ng masa ay isinasaalang-alang lamang.

Kung iniisip natin ang mga kondisyon ng steady-state na reactant concentrations ay hindi nag-iiba sa kalaunan. Ito ay isang tipikal na paraan ng pagpapatakbo ng PFR. Ang mathematical equation para sa PFR ay maaaring isulat lamang bilang;

udCi/dx = pinagmulan

Ci(0) = Ci(f)

0≤ x ≤ L

Kung saan ang 'Ci' ay ang reactant, ang 'i' ay konsentrasyon, ang 'u' ay ang bilis ng likido, ang 'νi' ay ang stoichiometric coefficient, 'r' ay ang rate ng reaksyon at 'x' ay ang posisyon sa loob ng reactor. Ang 'Caf' ay reactant Isang konsentrasyon sa pasukan ng reactor at ang 'L' ay ang haba ng reactor. Ang bilis ng fluid 'u' ay sinusukat depende sa Fv (m3/s) volumetric flow rate at cross-section region ng reactor S (m^2):

u=Fv/S

Sa isang perpektong PFR, ang lahat ng mga likidong particle ay nasa reactor para sa eksaktong parehong dami ng oras na tinatawag na isang ibig sabihin ng paninirahan, sinusukat bilang;

T =L/u

Ang data ng oras ng paninirahan ay karaniwang ginagamit sa loob ng chemical reactor engineering para sa paggawa ng mga hula ng pagbabago at mga konsentrasyon ng paglabas.

First-order Irreversible Reaction

Isaalang-alang natin ang isang simpleng reaksyon ng agnas:

A–>B

Sa tuwing ang reaksyon ay hindi maibabalik at unang pagkakasunud-sunod, mayroon tayong:

udCa/dx = -kCa

Kung saan ang 'k' ay isang kinetic constant. Sa pangkalahatan, ang kinetic constant ay pangunahing nakasalalay sa temperatura. Sa pangkalahatan, ang isang Arrhenius equation ay maaaring gamitin upang ilarawan ang relasyon na ito. Dito, ipinapalagay namin ang mga isothermal na kondisyon, kaya hindi gagamitin ang dependency na ito.

Ang modelo para sa mga first-order na hindi maibabalik na reaksyon ay maaaring malutas nang lohikal. Kaya ang solusyon ay sumusunod bilang;

Ca = Cafexp(-x*k/u)

Second-order Irreversible Reaction

Ang pangalawang-order na hindi maibabalik na halimbawa ng reaksyon ay hayaan nating gamitin ang nasa ibaba:

2A –> B

Kapag ang reaksyon ay hindi na mababawi at pangalawang-order, mayroon tayong:

udCa/dx = -2k*(Ca)^2

Mga Katangian ng Plug Flow Reactor

Ang mga katangian ng isang plug flow reactor ay kinabibilangan ng mga sumusunod.

Ang mga reactant sa isang plug-flow reactor ay dumadaloy sa buong reactor sa tuluy-tuloy na daloy na may kaunti hanggang walang paghahalo.
Ang reaksyon sa PFR ay nangyayari kapag ang mga reactant ay gumagalaw sa haba ng reactor.
Ang konsentrasyon ng mga reactant ay nagbabago sa haba ng reaktor at ang rate ng reaksyon ay karaniwang mas mataas sa pagpasok.
Ang mga reaktor na ito ay madalas na ginagamit para sa mga reaksyon kung saan kinakailangan ang isang mataas na halaga ng pagbabago at kung saan ang bilis ng reaksyon ay hindi tumutugon sa mga pagbabago sa pagsipsip.
Ang oras ng paninirahan sa loob ng PFR ay karaniwang maikli.
Ang biofilm ay nabubuo malapit sa air-liquid interface na ginagaya ang mga kapaligiran tulad ng oral cavity, basang ibabaw ng bato, at shower curtain.
Ang ganitong uri ng reactor ay bumubuo ng isang pare-parehong biofilm sa mababang paggugupit na maaaring magamit tulad ng static na glass coupon reactor upang suriin ang pagiging epektibo ng microbicide.
Ang biofilm ng reactor na ito ay madaling sinusuri gamit ang iba't ibang pamamaraan tulad ng mabubuhay na plate count, pagtukoy ng kapal at light microscopy.
Ang mga reactant sa PFR ay patuloy na kinokonsumo dahil dumadaloy sila pababa sa haba ng reactor.
Ang karaniwang PFR ay maaaring isang tubo na nakaimpake sa ilang solidong materyal.

Mga Kalamangan at Kahinaan

Ang Mga kalamangan ng plug flow reactor isama ang mga sumusunod.

Ang kalamangan ng PFR sa CSTR ay ang reactor na ito ay may mababang volume para sa isang katulad na antas ng space-time at conversion.
Ang reactor ay nangangailangan ng mas kaunting espasyo at ang dami ng conversion ay mataas sa loob ng PFR kumpara sa CSTR para sa isang katulad na dami ng reaktor.
Ang reaktor na ito ay madalas na ginagamit upang magpasya sa proseso ng catalytic kinetics ng gas-phase.
Ang mga reactor na ito ay napaka-epektibo sa paghawak ng mga reaksyon at para sa isang malaking grupo ng 'karaniwang' epekto ng mga reaksyon sa loob ng mas mataas na rate ng conversion para sa bawat volume ng reactor kumpara sa CSTR (Continuous Stirred-Tank Reactors)
Ang mga reactor ay napakahusay na angkop para sa mabilis na mga reaksyon
Ang paglipat ng init sa PFR ay maaaring pamahalaan nang mas mahusay kumpara sa mga reactor ng tangke na humahantong sa isang mahusay na akma para sa mga sobrang exothermic system
Dahil sa karakter ng daloy ng plug at walang back-mixing, may pare-parehong oras ng paninirahan sa ngalan ng lahat ng reactant, na humahantong sa maaasahang kalidad ng produkto lalo na kung saan ang malalaking oras ng paninirahan ay humahantong sa pagbuo ng kontaminasyon at pagkasunog, at marami pa.
Madali ang pagpapanatili ng plug flow reactor dahil walang gumagalaw na elemento.
Ang mga ito ay simple sa mekanikal.
Mataas ang rate ng conversion nito para sa bawat volume ng reactor.
Ang kalidad ng produkto ay hindi nagbago.
Mahusay na pag-aralan ang mga mabilisang reaksyon.
Ang dami ng reaktor ay ginagamit nang napakahusay.
Mahusay para sa malalaking proseso ng kapasidad.
Mas kaunting pagbaba ng presyon.
Walang back-mixing
Direktang scalability
Ang mahusay na kontrol sa oras ng paninirahan, kontrol sa temperatura, mahusay na paghahalo, batch-to-batch na pagkakaiba-iba ay limitado, atbp.

Ang disadvantages ng plug flow reactor isama ang mga sumusunod.

“sino ang android pag-aari ng ”

Sa isang PFR, ang pagganap ng exothermic na tugon ay mahirap kontrolin dahil sa malawak na hanay ng mga profile ng temperatura.
Para sa isang PFR, ang mga gastos sa pagpapanatili at pagpapatakbo ay magastos kumpara sa CST.
Ang pagkontrol sa temperatura ay mahirap para sa isang reaktor.
Ang mga hot spot ay nangyayari sa reactor tuwing ginagamit para sa mga exothermic na reaksyon.
Mahirap itong kontrolin dahil sa mga pagkakaiba-iba ng komposisyon at temperatura.
Ang mga PFR ay mahal sa disenyo at pagpapanatili dahil sa kanilang kumplikadong disenyo at pagpupulong.
Ang mga PFR ay karaniwang idinisenyo para sa mga tumpak na reaksyon at maaaring hindi kayang tumanggap ng mga pagbabago sa loob ng mga feedstock o mga kondisyon ng reaksyon.
Ang mga ito ay mahirap panatilihin at linisin dahil sa kanilang makitid at mahabang disenyo.
Ang mga reactant sa PFR ay maaaring dumaloy nang hindi pantay na humahantong sa mga hot spot o hindi kumpletong mga reaksyon.
Napakahalagang tandaan na ang mga plug flow reactor ay hindi magkasya sa lahat ng mga aplikasyon. Kaya dapat pag-aralan nang mabuti ang oras ng paninirahan, kinetics, mga isyu sa pagpili, atbp upang magpasya kung anong uri ng reaktor ang angkop para sa isang aplikasyon.

Mga aplikasyon

Ang mga aplikasyon ng mga plug-flow reactor ay kinabibilangan ng mga sumusunod.

Ang mga PFR ay karaniwang ginagamit sa fertilizer, malakihang kemikal, petrochemical at pharmaceutical production.
Ang mga reactor na ito ay ginagamit sa loob ng mga proseso ng polymerization tulad ng produksyon ng polypropylene at polyethylene.
Ang mga plug flow reactor ay angkop para sa liquid-solid at gas-solid reaction system.
Ang mga ito ay angkop para sa heterogenous o homogenous na reaksyon tulad ng; hydrogenation ng langis at taba.
Ang mga PFR ay ginagamit para sa pag-oxidize ng mga alkohol at iba pang mga organikong compound at upang makabuo ng mga pinong kemikal tulad ng mga pigment at tina.

Kaya, ito ay isang pangkalahatang-ideya ng plug flow reactor , pagtatrabaho, mga pakinabang, disadvantages, at mga aplikasyon. Ang disenyo at pagpili ng isang mahusay na flow reactor ay isa pa ring sining at mga taon ng kaalaman na nagpapahusay sa iyo sa paggawa ng mga seleksyon. Minsan, ang isang plug flow reactor ay kilala rin bilang isang CTR (continuous tubular reactor). Sa isang perpektong anyo, ang hugis ng kumbinasyon ng reaksyon ay maaaring masukat na binubuo ng ilang mga plug at bawat plug ay may pare-parehong konsentrasyon. Itong PFR ay may supposition na walang axial mixing kaya walang back mixing sa reactor. Narito ang isang katanungan para sa iyo, ano ang isang reactor?