Konstrukce reaktoru s fluidním ložem: Schéma, parametry, aplikace, výhody a nevýhody

V tomto článku bude shrnuto téma nazvané „Návrh reaktoru s fluidním ložem“ a fakta související s návrhem reaktoru s fluidním ložem, jako je návrh, schéma, parametry a aplikace.

Reaktor s fluidním ložem je klasifikací reaktorového zařízení, které převážně provádí širokou škálu vícefázových chemických reakcí. V reaktoru s fluidním ložem prochází tekutá látka, která může zůstat v kapalném nebo plynném stavu, vysokou rychlostí pevným granulovaným materiálem. Procedura se nazývá fluidizace.

V různých aplikacích průmyslových oblastí se používá reaktor s fluidním ložem.

Schéma reaktoru s fluidním ložem:

Reaktory s fluidním ložem jsou nejoblíbenější konfigurace reaktorů používané pro reakce zahrnující pevné reaktanty. Ve FBR prochází fluidizační médium (plyn nebo kapalina) ložem pevných reaktantů dostatečně vysokou rychlostí, aby suspendovalo pevnou látku a způsobilo, že se chová jako tekutina.

Schéma reaktoru s fluidním ložem je uvedeno níže,

  • Reaktor s fluidním ložem je klasifikací reaktorového zařízení, které převážně provádí širokou škálu vícefázových chemických reakcí.
  • V reaktoru s fluidním ložem prochází tekutá látka, která může zůstat v kapalném nebo plynném stavu, vysokou rychlostí pevným granulovaným materiálem.
  • Termíny postupu jako fluidizace oznamují principiálně důležitou výhodu reaktoru s fluidním ložem.
  •  V různých aplikacích průmyslových oblastí se používá reaktor s fluidním ložem.
  • Reaktor s fluidním ložem je široce používán v komerčním měřítku až po laboratoře.
  • Uvnitř reaktoru s fluidním ložem, když se rychlost tekutiny na látce pevné látky zvýší, reaktor s ložem přejde do období, kdy je síla tekutiny vhodná pro nastavení vyvážení hmotnosti pevné látky. Perioda procesu je identifikována jako počínající fluidizace a probíhala při nejnižší rychlosti fluidizace.
  • Při zplyňování uhlí se nejprve používá reaktor s fluidním ložem.
konstrukce reaktoru s fluidním ložem
Obrázek – Základní schéma reaktoru s fluidním ložem;
Image Credit - Wikipedia

Konstrukční parametry reaktoru s fluidním ložem:

Parametry, které závisí na reaktoru s fluidním ložem, jsou uvedeny níže,

Mechanická konstrukce reaktoru s fluidním ložem:

Pomocí Navier – Stroke rovnice lze odvodit chování fluidizace pevné částice. Fluidizace se objevuje v případě, že tekutina proudí směrem nahoru a používá se k mobilizaci a odstranění pevných částic.

Tři klíčové rovnice používané při fluidizaci před vytvořením a navržením projektu, které jsou zahrnuty do konečné rychlosti kulové částice a také rychlosti fluidizace založené na Reynoldsově čísle částice.

Konečná rychlost kulové částice může být vyjádřena touto rovnicí,

vmax = (πr2)* d2 x (ρsolidní – ρtekutina) *g / 18*μtekutina

Fluidizační rychlost částice s Reynoldsovým číslem menším než 20 lze vyjádřit touto rovnicí,

Vmin = (πr2)* d2 x (ρsolidní – ρtekutina) *g*∈3*φ/150*μtekutina*(1-∈)

Fluidizační rychlost částice s Reynoldsovým číslem větším než 1000 lze vyjádřit touto rovnicí,

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

Kde,

gif

se označuje průtoková rychlost tekutiny

r = je poloměr částice, která proudí v kapalině a hodnota je 10 milimetrů

d = je průměr částice, která proudí v tekutině a hodnota je 0.15 mm

ρsolidní = označuje hustotu částic, které proudí v tekutině a hodnota je 1.5 kilogramu na metr krychlový

ρtekutina se označuje hustota proudící tekutiny a hodnota je 1.2 kilogramu na metr krychlový

g je označováno jako gravitace a hodnota je 9.81 metru za sekundu čtvereční.

μ označuje viskozitu proudící tekutiny a hodnota je 1.8 Pascal sekundy.

φ označuje kulovitost, která proudí v tekutině částice a má hodnotu 1.0.

Aplikace reaktoru s fluidním ložem:

Při přípravě odpadních vod se široce používá fluidní reaktor.

Příprava odpadní vody: -

  • Při přípravě odpadních vod se z tohoto důvodu používá reaktor s fluidním ložem, náklady mohou být minimalizovány a reprezentovány jako nákladově efektivní příprava pro odpadní vodu, která obsahuje odolné znečišťující látky (směs, která je biologicky odbouratelná nebo biologicky nerozložitelná v pomalém procesu, který je označen jako , vzdorná směs a skupina z facile halogenované uhlovodíky na složité polymery.)
  • Reaktor s fluidním ložem je široce používán při přípravě odpadních vod, i když v průmyslové oblasti ve velkém měřítku se reaktor s fluidním ložem používá pro pokročilou oxidační metodu a také v laboratoři.
  • Ve fluidním katalytickém krakování se používá reaktor s fluidním ložem, který byl zaveden ve 1940. letech XNUMX. století.
  • Anaerobní reaktor s fluidním ložem v moderní generaci používaný jako anaerobní platforma pro dosažení vysoké pevnosti a také pro velké proudy pevného odpadu, jako jsou řídké výpalky a kaly z kukuřičného etanolu.
Co je diagram nulového vypouštění kapaliny
Obrázek – nulový kapalný výboj diagram procesu to zdůrazňuje, jak se odpadní voda z průmyslového procesu přeměňuje prostřednictvím zařízení ZLD na pevné látky a upravenou vodu pro opětovné použití;
Image Credit - Wikipedia

Výhody reaktoru s fluidním ložem:

Výhody reaktoru s fluidním ložem jsou uvedeny níže,

  • Míchání částic je rovnoměrné
  • Rovnoměrný teplotní gradient
  • Schopnost provozovat reaktor i v nepřetržitém stavu

Míchání částic je rovnoměrné:

Vzhledem k tomu, že se fluidní lože chovalo jako vlastní tekutina v pevném materiálu, nemohlo získat špatné zkušenosti pro míchání v náplňových ložích. Úplné a jemné promíchání ve fluidním loži umožňuje vytvořit jednotný produkt, kterého není snadné tak snadno dosáhnout v jiných konstrukcích reaktoru. Odpočet axiálního a radiálního koncentračního gradientu se dokonce přizpůsobí lepšímu kontaktu tekutiny s pevnou látkou, který je potřebný pro kvalitu a účinnost reakce.

Jednotný teplotní gradient: -

Velký rozsah chemických reakcí vyžadoval přidání tepla nebo odstranění tepla. Ve fluidním loži, jako je reaktor s fluidním ložem, se vyhneme místnímu horkému místu nebo studenému místu pod reakčním ložem, na každém kroku jsou potíže s náplní.

V jiné klasifikaci reaktoru může být rozdíl v místní teplotě hlavně v hotspotu v důsledku degradace produktu.

Z tohoto konkrétního důvodu je reaktor s fluidním ložem vhodný pro exotermní reakci. Pozorovatelé také pozorovali, že se lože na povrch přenos tepla koeficient pro reaktor s fluidním ložem je vyšší.

Schopnost provozovat reaktor i v nepřetržitém stavu: -

Charakter fluidního lože těchto reaktorů spočívá v přizpůsobení účinnosti kontinuálnímu odebírání produktu a zavádění nových reaktantů do reakční nádoby.

Akce kontinuální metody umožňuje výrobcům vyrábět několik produktů efektivněji díky eliminaci situací při spouštění v dávkových metodách.

Nevýhody reaktoru s fluidním ložem:

Nevýhody reaktoru s fluidním ložem jsou uvedeny níže,

  • Velikost nádoby reaktoru se zvětšuje
  • Je potřeba pokles tlaku a čerpání
  • Strhávání částic
  • Scénáře tlakové ztráty

Velikost nádoby reaktoru se zvětší:

V reaktoru s fluidním ložem se materiály v reaktoru roztahují, z tohoto důvodu je zapotřebí velká reaktorová nádoba než u reaktoru s plněným ložem. Velikost reaktorové nádoby velké prostředky musí vynaložit vyšší počáteční náklady. Reaktor s fluidním ložem se stal velmi drahým.

Je potřeba pokles tlaku a čerpání: -

Nutnost, aby tekutina rozbila materiál, který zůstává v pevném stavu, vyžaduje, aby byla v reaktoru reaktoru s fluidním ložem přítomna vyšší rychlost tekutiny.

Z tohoto konkrétního důvodu je vyžadován větší čerpací výkon a také vyšší náklady na energii. Kromě toho, tlaková ztráta je připojen k hlubokým lůžkům, proto také vyžaduje další sílu čerpání.

Strhávání částic: -

Vysoké rychlosti plynu přítomné v tomto typu reaktoru často vedou ke vzniku jemných částic stržený v tekutině. Tyto zachycené částice jsou pak spolu s tekutinou vynášeny z reaktoru, kde se musí oddělit.

To může být velmi obtížný a nákladný problém řešit v závislosti na konstrukci a funkci reaktoru. To může často být i nadále problémem i u jiných technologií snižujících strhávání.

Scénáře tlakové ztráty:-

Pokud dojde k náhlé ztrátě fluidizačního tlaku, protože plocha lože se může náhle začít zmenšovat. Může to být buď nepříjemnost, jako je ztížení restartu lůžka, nebo to může mít vážnější důsledky, jako jsou útěkové reakce.

Dalšími nevýhodami reaktoru s fluidním ložem jsou

  • Nedostatek současného porozumění
  • Eroze vnitřních součástí

Princip fungování reaktoru s fluidním ložem:

Účelem fluidizace je udržet pevné částice ve vznosu ve směru nahoru v proudu kapaliny nebo plynu. Při zmrazování dochází k procesu fluidizace, když jsou částice stejné velikosti a tvaru vystaveny vzestupnému proudu vzduchu o nízké teplotě.

Princip činnosti reaktoru s fluidním ložem je popsán níže,

  • Reaktor s fluidním ložem pracuje převážně v proudění souproudu.
  • Obecně se v reaktoru s fluidním ložem používají tři různé typy částic,
  • A. Inertní jádro, ve kterém je biomasa vytvářena pomocí buněčného uchycení.
  • b. Buněčné agregáty.
  • C. Porézní částice, ve kterých je obvykle nasáklý bio katalyzátor.
  • Pevné vrstvy označují katalytický materiál, ve kterém reagují chemické reaktory v reaktoru s fluidním ložem přijatým porézní deskou, která je označena jako distributor.
  • V dalším kroku je tekutina tlačena rozdělovačem, takže pevný katalytický materiál může stoupat.
  • Uvnitř reaktoru s fluidním ložem, když se rychlost tekutiny na látce pevné látky zvýší, reaktor s ložem přejde do období, kdy je síla tekutiny vhodná pro nastavení vyvážení hmotnosti pevné látky. Perioda procesu je identifikována jako počínající fluidizace a probíhala při nejnižší rychlosti fluidizace.
  • Když nejnižší rychlost pomine, objem lože reaktoru se roztáhne a zkroutí více než jako vroucí mísa s vodou nebo míchaná nádrž. Reaktor je nyní umístěn do fluidního lože.
  • Lůžko, které je naplněno imobilizovanými enzymy, je fluidizováno rychlým proudem sekundární tekutiny, párou nebo vzestupným proudem vrstvy nebo smícháním s kapalinou.
  • V závislosti na podmínkách provozu a vlastnostech pevné fáze lze v reaktoru s fluidním ložem zaznamenat širokou škálu režimů proudění.

Závěr:

Reaktor s fluidním ložem se používá v širokém rozsahu průmyslových oblastí zpracování materiálů, kde je mezi částicemi a hmotou zapotřebí dobré množství přenosu tepla a hmoty. Energie je v reaktoru s fluidním ložem dodávána z teplého plynu, který rovněž fluidizuje lože.