튜블 렉터 는 무엇 인가? 원칙, 종류 및 응용 방법

핵심 질문에 답합니다.튜브형 원자로란 무엇이며, 왜 플러그-플로우 동작이 많은 산업 화학 공정에 유리합니까?튜브형 원자로 (tubular reactor) 는 튜브 또는 파이프 형태로 화학 원자로로, 그 안에서 반응 물질은 최소한의 역 혼합과 함께 입구에서 출구로 연속적으로 흐른다.그래서 액체는 대략 이상적인 플러그 흐름 원자로 (PFR) 처럼 행동합니다.튜브형 원자로에서, 농도와 온도는 튜브 길이를 따라 변화합니다. 반응 물질이 신선한 입구에서 가장 높습니다.소모되면서 출구 쪽으로 감소하지만 어떤 정면에서도 거의 균일합니다.이 공간 경사점은 모든 유체 원소가 같은 거주 시간과 온도 역사를 경험한다는 것을 의미합니다.균일한 제품 품질을 생산하고 긍정적인 순위 반응에 대한 용량 단위당 가능한 최고 변환을 달성합니다..

1튜버 렉터의 기본 작동 원칙

·** 플러그-플로우 행동 및 연구개발**이상적인 PFR에서 모든 유체 원소는 동일한 체류 시간을 가지고 있습니다 (RTD는 델타 함수입니다).실제 튜브형 원자로는 길이와 지름의 비율 (L/D) 이 50을 초과하고 레이놀즈 수 (Re) 이 10을 초과할 때 이 이상에 접근한다.,000 (기난성 흐름). 축적 분산 (반 혼합) 은 Peclet 숫자 (Pe = u × L / Dax) 로 특징입니다: Pe > 100은 거의 이상적인 플러그 흐름을 나타냅니다. 플러그 흐름을 벗어나는 경우 (단회로,죽은 지역) 는 전환 및 제품 균일성을 감소시킵니다., 그리고 적절한 입구 설계와 흐름 직렬기로 최소화됩니다.

·**아디아바틱 대 동열 작업**아디아바틱 튜브형 원자로에서는 튜브를 따라 열이 추가되거나 제거되지 않으므로 변환과 함께 온도가 변합니다.외열 반응으로 인해 온도가 상승합니다 (아디아바틱 온도 상승 = ΔT = (-ΔHr × X × CA0) / (ρ × Cp)), 잠재적으로 속도를 개선하지만 탈출 위험을 초래합니다. 내열 반응은 온도를 떨어뜨리고 반응을 느리게합니다. 동열 (열 교환) 튜버 원자로에서,파이프 벽을 통해 열 전달은 일정한 온도를 유지, 큰 열 전달 영역을 가진 다관형 설계가 필요합니다.

·압력 하락 및 흐름 분포튜브를 통한 유체 흐름은 마찰 압력 하락 (ΔP = f × (L/D) × (ρ × u2/2)) 을 생성하며, 길이, 속도 및 거부러움에 따라 증가합니다.에르곤 방정식은 입자 크기에 따라 ΔP를 예측합니다.과도한 압력 하락은 튜브 길이와 처리량을 제한하고, 변환 (더 긴 튜브를 선호하는) 과 압력 하락 (더 짧은 튜브를 선호하는) 사이의 타협이 필요합니다.더 넓은 튜브)수천 개의 평행 튜브를 가진 다중 튜버 디자인은 높은 총 처리량을 유지하면서 흐름을 균등하게 분배합니다.

2튜버 원자로의 주요 유형

·아디아바틱 튜블리 원자로열이 전달되지 않는 단일 튜브 또는 용기, 아디아바틱 조건에서 작동합니다. 온도는 변환과 함께 길이를 따라 상승 (외열) 또는 하락 (내열) 합니다.온도효과가 온건한 가스화 반응에 사용됩니다.: 암모니아 합성 (단계 간 냉각과 아디아바틱 베드), 황산 변환 (SO2 → SO3) 및 메탄올 합성. 고정 베드 촉매 아디아바틱 원자로의 전형적인 L / D 비율은 5 ∼ 20입니다.

·** 다관형 열 교환 원자로 **작은 지름 (20~50mm) 인 수천 개의 튜브가 촉매로 포장되어 있으며, 열 전달 유체 ( 끓는 물, 녹은 소금 또는 열유) 가 순환하는 껍질에 둘러싸여 있습니다.작은 튜브 지름은 높은 표면 면적과 부피 비율을 제공합니다 (500 ′′2,000 m2/m3), 고외열 반응의 동열 작동을 가능하게합니다: 에틸렌 산화물 합성 (ΔH = -105 kJ/mol), phthalic anhydride, maleic anhydride.전체 열 전달 면적 110,000m2입니다.

·**장갑형 튜브리렉터 (파이프라인 리렉터) **외부 난방/냉각 자켓을 가진 단일 튜브 또는 튜브 시리즈. 중소 열 효과의 액체 단계 반응에 사용됩니다: 연속 폴리메리제이션 (LDPE 튜브 렉터 2,000 ∼ 3,500 바), 에스테리화, 수분화 및 중화. 직선 정적 믹서기는 방사성 혼합 및 열 전달을 향상시킵니다. 전형적인 지름 50~300 mm, 길이가 10~1,000 m (일반적으로 롤 또는 스펜틴),그리고 1~60분 동안 체류할 수 있습니다..

튜버리 원자로 유형 비교 행렬

자주 묻는 질문 (FAQ)

튜브형 원자로와 CSTR의 차이점은 무엇일까요?

튜브형 원자로 (PFR) 는 최소한의 역 혼합을 가지고 있습니다. 유체는 공간 농도 경사선 (입구에서 가장 높고 출구에서 가장 낮습니다.) 로 입구에서 출구로 흐릅니다.CSTR (continuous stirred-tank reactor) 는 완전히 뒤섞여 있습니다.: 전체 용액은 출구 흐름과 같은 균일한 농도를 가지고 있습니다.PFR는 평균 반응 속도가 더 높기 때문에 단위 부피당 더 높은 변환을 달성합니다 (더 높은 평균 농도에 의해 주도됩니다)강렬한 혼합이 필요할 때 CSTR가 선호됩니다 (가스 액체 반응, суспен지); 높은 변환 또는 좁은 체류 시간 분포에 PFR가 선호됩니다.

단일 대형 튜브에 비해 다관리 원자로의 장점은 무엇입니까?

다관성 원자로는 하나의 큰 튜브 대신 수천 개의 작은 지름의 튜브 (20~50mm) 를 사용합니다. 이것은 훨씬 더 높은 표면면적과 부피 비율을 제공합니다 (500~2,000 m2/m3 대 20~100 m2/m3),튜브 벽을 통해 효율적인 열 제거로 고외열 반응의 동열 작동을 가능하게 하는그 타협은 더 높은 자본 비용 (천만 개의 튜브, 복잡한 튜브 시트) 과 단위 처리량 당 더 높은 압력 감소입니다.

튜브형 원자로에서 체류시간은 어떻게 계산되는가?

비어있는 튜브형 원자로의 경우, 거주 시간 τ = V / Q, 여기서 V는 원자로 부피이며 Q는 부피 흐름 속도입니다. 포장 된 침대의 촉매 원자로의 경우, τ = V_empty / Q (무공 부피).밀도가 현저하게 변하는 기체상태에서 (온도/압의 변화 또는 기체의 몰의 변화로 인해), 지역 속도는 튜브를 따라 변하고 설계 방정식의 통합은 변화하는 부피 흐름 속도를 설명합니다.

아디아바틱 온도 상승은 무엇이며 왜 중요한가?

아디아바틱 온도 상승 ΔT = (-ΔHr × X × CA0) / (ρ × Cp)초기 농도 CA0의 반응 물질의 X 분자가 밀도 ρ와 열 용량 Cp의 액체에서 반응 열 ΔHr과 반응할 때 온도 변화를 나타냅니다에틸렌 산화물 합성 (ΔH = -105 kJ/mol, CA0 = 2 mol/L, ρ = 1.5 kg/m3, Cp = 1.0 kJ/kg·K) 에 대해 10% 변환은 ΔT = 700 °C를 얻습니다.그래서 이 반응에 필요한 것은 다관형 열 교환 원자로입니다..