대량, 혼합 흐름, 플러그 흐름 원자로 사이의 차이

화학 반응 공학에서 올바른 원자로를 선택하는 것은 프로세스 설계에서 가장 중요한 결정입니다. 선택은 공장 규모, 생산 용량, 열 안전,그리고 전체 경제.

수십 개의 전문 원자로 변형이 있지만 거의 모든 산업 화학 프로세스는 세 가지 기본 이상화를 사용하여 모델링 할 수 있습니다.팩 렉터,혼합 흐름 원자로 (MFR / CSTR), 그리고플러그 흐름 원자로 (PFR).

그 두 가지의 근본적인 차이점은 두 가지 변수에 있습니다.시간그리고공간(흐름)

대량 원자로는 폐쇄적인 시스템입니다. 원자로를 반응물질로 채우고, 반응이 일정 시간 동안 진행되도록 하고,

• 물리학:반응 중에 연속적인 흐름이 없습니다. 조동기는 혼합물이 완벽하게 균일하도록 보장합니다. 반응 물질은 시간이 지남에 따라 소비되기 때문에,탱크 안의 농도는 처음부터 끝까지 지속적으로 떨어집니다..

• 농도 프로파일:다른 나라와시간, 하지만공간(탱크 전체)

• 설계 방정식:일정한 부피 시스템에서 목표 변환 (XA) 을 달성하는 데 필요한 시간 (t) 을 구하기 위해:

• 가장 잘 쓰이는 경우:의약품, 특수 화학물질, 발효 및 유연성과 추적성이 가장 중요한 긴 반응 시간을 필요로하는 프로세스

또한 보편적으로연속 믹스 탱크 원자로 (CSTR), 혼합 흐름 원자로는 평형 상태에서 작동하는 개방 시스템입니다. 반응 물질은 지속적으로 들어오고 제품은 지속적으로 빠져 나갑니다.

• 물리학:결정적인 가정은완벽한 혼합반응물의 한 방울이 탱크에 들어가면 즉시 분산됩니다. 따라서 원자로 내부의 어느 곳의 농도는 출구 흐름의 농도와 동일합니다.

• 농도 프로파일:일정한시간(안정 상태) 와공간반응은 항상 가능한 최저 농도 (출출 농도) 에서 발생합니다.

• 설계 방정식:필요한 부피 (V) 를 찾기 위해:

• 가장 잘 쓰이는 경우:매우 외열성 액체상 반응 (액의 큰 부피가 열을 흡수) 및 지속적인 대량 화학 생산.

플러그 흐름 원자로는 일반적으로 긴 파이프 또는 튜브입니다. MFR와 마찬가지로 연속적이고 안정적인 개방 시스템이지만 기계적 혼합이 전혀 없습니다.

• 물리학:유체는 병렬 "플러그"로 튜브를 통해 이동합니다.0 축적 혼합유체가 파이프를 따라 이동함에 따라 반응 물질은 지속적으로 소비됩니다.

• 농도 프로파일:일정한시간(정형 상태) 는 있지만공간농도는 입구에서 가장 높고 출구에서 가장 낮은 지점으로 부드럽게 떨어집니다.

• 설계 방정식:필요한 부피 (V) 를 찾기 위해:

• 가장 잘 쓰이는 경우:빠른 가스화 반응, 고온 석유화학 크래킹, 촉매 반응 (튜브가 고체 촉매로 가득 차 있는 경우).

이 원자로들 사이의 차이를 제대로 이해하기 위해서는 화학 변환을 얼마나 효율적으로 하는지 살펴봐야 합니다.항상 PFR보다 더 큰 부피가 필요합니다. 정확히 같은 변환을 달성하기 위해 (정상적인 반응 운동학).

아래 시뮬레이터를 사용하여 목표 변환과 반응 속도를 조정하여 수학적 모델이 원자로의 크기를 어떻게 다르게하는지 확인하십시오.

1. 다음의 경우 팩을 선택합니다.여러분은 소량의 고부가가치 제품을 생산하고 있습니다. (약품 같은 것) 같은 장비를 사용하여 다른 레시피를 만들 필요가 있거나, 반응이 완료되는 데 12시간 이상이 걸린 경우입니다.

2. 혼합 흐름 (MFR/CSTR) 을 선택합니다.많은 양의 액체를 처리하고, 생물학적 과정을 진행하고 (폐기물 처리와 같이) 또는 엄청난 양의 열을 방출하는 반응을 안전하게 제어해야 합니다.

3. 플러그 흐름 (PFR) 을 선택하면:당신은 대규모 가스 공정을 운영하고, 가능한 절대적으로 작은 원자로 발자국이 필요하거나, 고체 촉매 침대를 통해 반응을 실행하고 있습니다 (예를 들어, 석유 정제).