Σχεδιασμός αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης: Διάγραμμα, Παράμετροι, Εφαρμογές, Πλεονεκτήματα και Μειονεκτήματα

Σε αυτό το άρθρο, θα συνοψιστεί το θέμα που ονομάζεται «Σχεδιασμός αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης» και στοιχεία σχετικά με το σχεδιασμό αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης, όπως Σχεδίαση, Διάγραμμα, Παράμετροι και Εφαρμογές.

Ο αντιδραστήρας ρευστοποιημένης κλίνης είναι μια ταξινόμηση συσκευής αντιδραστήρα που εκτελεί κυρίως ένα ευρύ φάσμα χημικών αντιδράσεων πολλαπλών φάσεων. Στον αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης μια ρευστή ουσία που μπορεί να παραμείνει σε υγρή ή αέρια κατάσταση διέρχεται με υψηλή ταχύτητα από ένα στερεό κοκκώδες υλικό. Η διαδικασία ορίζεται ως ρευστοποίηση.

Σε διάφορες εφαρμογές βιομηχανικών πεδίων χρησιμοποιείται αντιδραστήρας ρευστοποιημένης κλίνης.

Διάγραμμα αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης:

Οι αντιδραστήρες ρευστοποιημένης κλίνης είναι οι πιο δημοφιλείς διαμορφώσεις αντιδραστήρων που χρησιμοποιούνται για αντιδράσεις που περιλαμβάνουν στερεά αντιδραστήρια. Στο FBR, ένα μέσο ρευστοποίησης (αέριο ή υγρό) διέρχεται μέσω της κλίνης των στερεών αντιδραστηρίων με αρκετά υψηλές ταχύτητες για να αιωρήσει το στερεό και να το κάνει να συμπεριφέρεται σαν ρευστό.

Το διάγραμμα του αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης δίνεται παρακάτω,

• Ο αντιδραστήρας ρευστοποιημένης κλίνης είναι μια ταξινόμηση συσκευής αντιδραστήρα που εκτελεί κυρίως ένα ευρύ φάσμα χημικών αντιδράσεων πολλαπλών φάσεων.
• Στον αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης μια ρευστή ουσία που μπορεί να παραμείνει σε υγρή ή αέρια κατάσταση διέρχεται με υψηλή ταχύτητα από ένα στερεό κοκκώδες υλικό.
• Οι όροι της διαδικασίας ως ρευστοποίηση, γνωστοποιούν κυρίως σημαντική εύνοια στον αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης.
•  Σε διάφορες εφαρμογές βιομηχανικών πεδίων χρησιμοποιείται αντιδραστήρας ρευστοποιημένης κλίνης.
• Ο αντιδραστήρας ρευστοποιημένης κλίνης χρησιμοποιείται ευρέως στην εμπορική κλίμακα έως το εργαστήριο.
• Μέσα στον αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης όταν η ταχύτητα του ρευστού στην ουσία του στερεού αυξάνεται, ο αντιδραστήρας κλίνης ανεβαίνει σε μια περίοδο όπου η δύναμη του ρευστού είναι κατάλληλη για να ρυθμίσει εξισορροπώντας το βάρος της στερεάς ουσίας. Η περίοδος της διαδικασίας προσδιορίζεται ως αρχική ρευστοποίηση και συνέβη στη χαμηλότερη ταχύτητα της ρευστοποίησης.
• Στην αεριοποίηση άνθρακα χρησιμοποιείται πρώτα ο αντιδραστήρας ρευστοποιημένης κλίνης.

Παράμετροι σχεδιασμού αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης:

Οι παράμετροι που εξαρτώνται από τον αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης παρατίθενται παρακάτω:

• Ρυθμός αντίδρασης
• Ποσοστό μαζικής μεταφοράς
• Χρόνος παραμονής φούσκας

Μηχανικός σχεδιασμός αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης:

Με τη βοήθεια της εξίσωσης Navier – Stroke μπορεί να εξαχθεί η συμπεριφορά της ρευστοποίησης ενός στερεού σωματιδίου. Η ρευστοποίηση εμφανίζεται στην περίπτωση του ρευστού που ρέει προς τα πάνω και χρησιμοποιείται για την κινητοποίηση και την εξάλειψη στερεών σωματιδίων.

Τρεις βασικές εξισώσεις που χρησιμοποιούνται στη ρευστοποίηση πριν από την κατασκευή και το σχεδιασμό του έργου που περιλαμβάνεται στην τελική ταχύτητα του σφαιρικού σωματιδίου καθώς και στην ταχύτητα ρευστοποίησης με βάση τον αριθμό Reynolds του σωματιδίου.

Η τελική ταχύτητα ενός σφαιρικού σωματιδίου μπορεί να εκφραστεί με αυτή την εξίσωση,

v_max = (πρ²)* δ² x (ρ_στέρεο – ρ_υγρό) *g / 18*μ_υγρό

Η ταχύτητα ρευστοποίησης ενός σωματιδίου με αριθμό Reynolds μικρότερο από 20 μπορεί να εκφραστεί με αυτήν την εξίσωση,

V_{πρακτικά} = (πρ²)* δ² x (ρ_στέρεο – ρ_υγρό) *g*∈³*φ/150*μ_υγρό*(1-∈)

Η ταχύτητα ρευστοποίησης ενός σωματιδίου με αριθμό Reynolds μεγαλύτερο από 1000 μπορεί να εκφραστεί με αυτή την εξίσωση,

Που,

συμβολίζεται ο ρυθμός ροής του ρευστού

r = συμβολίζεται η ακτίνα του σωματιδίου που ρέει στο ρευστό και η τιμή είναι 10 χιλιοστά

d = συμβολίζεται η διάμετρος του σωματιδίου που ρέει στο ρευστό και η τιμή είναι 0.15 χιλιοστά

ρ_στέρεο = συμβολίζεται η πυκνότητα των σωματιδίων που ρέουν στο ρευστό και η τιμή είναι 1.5 κιλό ανά κυβικό μέτρο

ρ_υγρό συμβολίζεται η πυκνότητα του ρέοντος ρευστού και η τιμή είναι 1.2 κιλά ανά κυβικό μέτρο

g συμβολίζεται η Βαρύτητα και η τιμή είναι 9.81 μέτρα ανά τετραγωνικό δευτερόλεπτο.

μ συμβολίζεται το ιξώδες του ρέοντος ρευστού και η τιμή είναι 1.8 Pascal δευτερόλεπτο.

φ συμβολίζεται η σφαιρικότητα που ρέει στο ρευστό του σωματιδίου και η τιμή είναι 1.0.

Εφαρμογές αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης:

Στην παρασκευή λυμάτων, αντιδραστήρας ρευστοποιημένης κλίνης χρησιμοποιείται ευρέως.

Προετοιμασία λυμάτων: -

• Στην παρασκευή λυμάτων χρησιμοποιείται ο αντιδραστήρας ρευστοποιημένης κλίνης για αυτό το λόγο το κόστος μπορεί να ελαχιστοποιηθεί και να αντιπροσωπεύει ως οικονομική προετοιμασία για τα λύματα που περιέχουν ανυπόφορους ρύπους (Το μείγμα που είναι βιοδιασπώμενο ή μη βιοαποδομήσιμο σε αργή διεργασία που προσδιορίζεται ως , ανυπόφορο μείγμα και ομάδα από facile αλογονωμένους υδρογονάνθρακες σε πολύπλοκα πολυμερή.)
• Ο αντιδραστήρας ρευστοποιημένης κλίνης χρησιμοποιείται ευρέως στην παρασκευή λυμάτων, αν και στο βιομηχανικό πεδίο μεγάλης κλίμακας ο αντιδραστήρας ρευστοποιημένης κλίνης χρησιμοποιείται για την προηγμένη μέθοδο οξείδωσης και επίσης στο εργαστήριο.
• Στη ρευστοποιημένη καταλυτική πυρόλυση χρησιμοποιείται αντιδραστήρας ρευστοποιημένης κλίνης που εισήχθη τη δεκαετία του 1940.
• Αναερόβιος αντιδραστήρας ρευστοποιημένης κλίνης στη σύγχρονη γενιά που χρησιμοποιείται ως αναερόβια πλατφόρμα για την επίτευξη υψηλής αντοχής και επίσης για τις υψηλές ροές στερεών αποβλήτων όπως η λεπτή στάχυση αιθανόλης καλαμποκιού και η λάσπη των δήμων.

Πλεονεκτήματα του αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης:

Τα πλεονεκτήματα του αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης παρατίθενται παρακάτω:

• Η ανάμειξη των σωματιδίων γίνεται ομοιόμορφα
• Ομοιόμορφη κλίση θερμοκρασίας
• Δυνατότητα εκτέλεσης του αντιδραστήρα ακόμη και σε συνεχή κατάσταση

Η ανάμειξη των σωματιδίων γίνεται ομοιόμορφα:

Επειδή η ρευστοποιημένη κλίνη συμπεριφέρεται σαν εγγενές ρευστό στο στερεό υλικό δεν θα μπορούσε να έχει κακή εμπειρία για την ανάμειξη στις γεμάτες κλίνες. Η πλήρης και λεπτή ανάμειξη στη ρευστοποιημένη κλίνη επιτρέπει τη δημιουργία ενός ομοιόμορφου προϊόντος που δεν είναι εύκολο να επιτευχθεί τόσο εύκολα στα άλλα σχέδια του αντιδραστήρα. Η αφαίρεση των αξονικών και ακτινικών βαθμίδων συγκέντρωσης επιτρέπει ακόμη και καλύτερη επαφή υγρού στερεού, η οποία απαιτείται για την ποιότητα και την αποτελεσματικότητα της αντίδρασης.

Ομοιόμορφη κλίση θερμοκρασίας: -

Ένα μεγάλο εύρος χημικών αντιδράσεων απαιτούσε προσθήκη θερμότητας ή αφαίρεση θερμότητας. Τοπικό θερμό σημείο ή κρύο σημείο κάτω από την κλίνη αντίδρασης, σε κάθε στροφή μια δυσκολία συσσωρεύονται κλίνες, αποφεύγονται σε ρευστοποιημένη κλίνη όπως ο αντιδραστήρας ρευστοποιημένης κλίνης.

Σε μια άλλη ταξινόμηση του αντιδραστήρα, η διαφορά της τοπικής θερμοκρασίας κυρίως στο hotspot μπορεί να είναι αποτέλεσμα της υποβάθμισης του προϊόντος.

Για τον συγκεκριμένο λόγο ο αντιδραστήρας ρευστοποιημένης κλίνης είναι κατάλληλος για εξώθερμη αντίδραση. Παρατηρητές παρατηρούνται επίσης ότι το κρεβάτι στην επιφάνεια μεταφορά θερμότητας ο συντελεστής για τον αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης είναι υψηλότερος.

Δυνατότητα εκτέλεσης του αντιδραστήρα ακόμη και σε συνεχή κατάσταση:-

Ο χαρακτήρας ρευστοποιημένης κλίνης αυτών των αντιδραστήρων είναι να προσαρμόζεται στην αποτελεσματικότητα της συνεχούς παραλαβής του προϊόντος και της εγκατάστασης νέων αντιδραστηρίων στο δοχείο αντίδρασης.

Οι ενέργειες μιας κατάστασης συνεχούς μεθόδου δίνουν τη δυνατότητα στους κατασκευαστές να παράγουν αρκετά προϊόντα πιο αποτελεσματικά λόγω της εξάλειψης των καταστάσεων εκκίνησης σε μεθόδους παρτίδας.

Μειονεκτήματα του αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης:

Τα μειονεκτήματα του αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης παρατίθενται παρακάτω:

• Το μέγεθος του δοχείου του αντιδραστήρα αυξάνεται
• Απαιτείται πτώση πίεσης και άντληση
• Παρασυρμός σωματιδίων
• Σενάρια απώλειας πίεσης

Το μέγεθος του δοχείου του αντιδραστήρα αυξάνεται:

Στον αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης τα υλικά διαστέλλονται στον αντιδραστήρα γι' αυτό το λόγο χρειάζεται ένα δοχείο αντιδραστήρα μεγάλου μεγέθους απ' ό,τι για έναν αντιδραστήρα γεμισμένης κλίνης. Το μέγεθος του δοχείου αντιδραστήρα μεγάλο σημαίνει ότι πρέπει να δαπανήσει περισσότερο αρχικό κόστος. Ο αντιδραστήρας ρευστοποιημένης κλίνης έγινε πολύ ακριβός.

Απαιτείται πτώση πίεσης και άντληση:-

Η ανάγκη για το ρευστό να σπάσει το υλικό που παραμένει σε στερεή κατάσταση απαιτεί να υπάρχει υψηλότερη ταχύτητα ρευστού στον αντιδραστήρα του αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης.

Για τον συγκεκριμένο λόγο, απαιτείται μεγαλύτερη ισχύς άντλησης και επίσης υψηλότερο κόστος ενέργειας. Επιπλέον, το πτώση πίεσης συνδέεται με τις βαθιές κλίνες, επομένως απαιτεί επιπλέον ισχύ της άντλησης.

Παρασυρμός σωματιδίων: -

Οι υψηλές ταχύτητες αερίου που υπάρχουν σε αυτό το στυλ αντιδραστήρα συχνά έχουν ως αποτέλεσμα τη δημιουργία λεπτών σωματιδίων παρασυρμένος στο υγρό. Αυτά τα δεσμευμένα σωματίδια στη συνέχεια μεταφέρονται από τον αντιδραστήρα με το ρευστό, όπου πρέπει να διαχωριστούν.

Αυτό μπορεί να είναι ένα πολύ δύσκολο και δαπανηρό πρόβλημα να αντιμετωπιστεί ανάλογα με το σχεδιασμό και τη λειτουργία του αντιδραστήρα. Αυτό μπορεί συχνά να συνεχίσει να αποτελεί πρόβλημα ακόμη και με άλλες τεχνολογίες μείωσης του συμπαρασύρματος.

Σενάρια απώλειας πίεσης:

Εάν η πίεση ρευστοποίησης χαθεί ξαφνικά, επειδή η περιοχή της επιφάνειας της κλίνης μπορεί ξαφνικά να αρχίσει να μειώνεται. Αυτό μπορεί είτε να είναι μια ταλαιπωρία, όπως να δυσκολέψει την επανεκκίνηση του κρεβατιού, είτε μπορεί να έχει πιο σοβαρές συνέπειες, όπως απροσδόκητες αντιδράσεις.

Τα άλλα μειονεκτήματα του αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης είναι:

• Έλλειψη σημερινής κατανόησης
• Διάβρωση εσωτερικών εξαρτημάτων

Αρχή λειτουργίας αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης:

Ο σκοπός της ρευστοποίησης είναι να διατηρήσει τα στερεά σωματίδια να επιπλέουν με κατεύθυνση προς τα πάνω σε μια ροή υγρού ή αερίου. Στην κατάψυξη, η διαδικασία ρευστοποίησης συμβαίνει όταν το ίδιο μέγεθος και σχήμα σωματιδίων υποβάλλονται σε ένα ανοδικό ρεύμα αέρα χαμηλής θερμοκρασίας.

Η αρχή λειτουργίας του αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης περιγράφεται παρακάτω:

• Ο αντιδραστήρας ρευστοποιημένης κλίνης λειτουργεί κυρίως στη ροή συν-ρεύματος.
• Γενικά, ο αντιδραστήρας ρευστοποιημένης κλίνης χρησιμοποιούνται τρεις διαφορετικοί τύποι σωματιδίων,
• ένα. Αδρανής πυρήνας στον οποίο δημιουργείται η βιομάζα με τη βοήθεια της προσκόλλησης των κυττάρων.
• σι. Συσσωματώματα κυττάρων.
• ντο. Πορώδη σωματίδια, στα οποία γενικά είναι εμποτισμένος ο βιοκαταλύτης.
• Τα στερεά στρώματα αναφέρονται στο καταλυτικό υλικό στο οποίο αντιδρούν οι χημικοί αντιδραστήρες στον αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης που υιοθετείται από την πορώδη πλάκα, ο όρος που προσδιορίζεται ως διανομέας.
• Στο επόμενο βήμα το ρευστό πιέζεται από τον διανομέα και έτσι το στερεό καταλυτικό υλικό μπορεί να ανεβαίνει.
• Μέσα στον αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης όταν η ταχύτητα του ρευστού στην ουσία του στερεού αυξάνεται, ο αντιδραστήρας κλίνης ανεβαίνει σε μια περίοδο όπου η δύναμη του ρευστού είναι κατάλληλη για να ρυθμίσει εξισορροπώντας το βάρος της στερεάς ουσίας. Η περίοδος της διαδικασίας προσδιορίζεται ως αρχική ρευστοποίηση και συνέβη στη χαμηλότερη ταχύτητα της ρευστοποίησης.
• Όταν περάσει η χαμηλότερη ταχύτητα, ο όγκος της κλίνης του αντιδραστήρα απλώνεται και στρίβει περισσότερο από ό,τι σαν ένα βραστό μπολ με νερό ή μια αναδευόμενη δεξαμενή. Ο αντιδραστήρας τοποθετείται τώρα στη ρευστοποιημένη κλίνη.
• Μια κλίνη που είναι γεμάτη με τα ακινητοποιημένα ένζυμα ρευστοποιείται με τη γρήγορη ροή του δευτερεύοντος ατμού ρευστού ή την ανοδική κατεύθυνση ροής του στρώματος ή την ανάμιξη με ένα υγρό.
• Ανάλογα με την κατάσταση της λειτουργίας και τα χαρακτηριστικά της στερεάς φάσης, μπορεί να παρατηρηθεί ένα ευρύ φάσμα καθεστώτων ροής στον αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης.

Συμπέρασμα:

Ο αντιδραστήρας ρευστοποιημένης κλίνης χρησιμοποιείται σε ένα ευρύ φάσμα βιομηχανικών πεδίων επεξεργασίας υλικών όπου απαιτείται καλή ποσότητα θερμότητας και μεταφοράς μάζας μεταξύ των σωματιδίων και της μάζας. Η ενέργεια παρέχεται στον αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης από το θερμό αέριο το οποίο ρευστοποιεί επίσης την κλίνη.