Quelle: Kerry M. Dooley und Michael G. Benton, Department of Chemical Engineering, Louisiana Landesuniversität, Baton Rouge, LA

Batch- und kontinuierliche Reaktoren werden in katalytischen Reaktionen verwendet. Gepackte Betten, die festen Katalysatoren und ein kontinuierlicher Strom verwenden, sind die häufigste Konfiguration. In Ermangelung einer umfangreichen Recycling-Stream werden solche verpackten Bett Reaktoren in der Regel modelliert, wie "plug-Flow". Am häufigsten kontinuierlichen Reaktors ist eine Rührbehälters, die angenommen wird, perfekt gemischt werden. ¹ ein Grund für die Verbreitung von verpackten Bett Reaktoren ist, dass im Gegensatz zu den meisten Rührbehälters Designs eine große Wandfläche Reaktor-Volumen-Verhältnis mehr schnelle Wärmeübertragung fördert. Für fast alle Reaktoren muss Wärme entweder hinzugefügt oder zurückgezogen, um die Kontrolle der Temperatur für die gewünschte Reaktion stattfinden.

Die Kinetik der katalytischen Reaktionen sind oft komplexer als die einfache Bestellung 1^St , 2^Nd Ordnung, etc.-Kinetik in Lehrbüchern gefunden. Die Reaktionsgeschwindigkeiten können auch Preise der Stoffaustausch betroffen sein - Reaktion kann nicht schneller als die Rate, mit der Reaktanden geliefert werden, an die Oberfläche oder die mit der Produkte entfernt sind- und Wärmeübertragung stattfinden. Aus diesen Gründen ist fast immer Experimente Reaktionskinetik vor Gestaltung von Großgeräten festzulegen. In diesem Experiment erforschen wir, wie solche Experimente durchzuführen und wie sie zu interpretieren, indem du eine Reaktion Rate Ausdruck und eine scheinbare Geschwindigkeitskonstante.

Dieses Experiment untersucht die Verwendung eines verpackten Bett Reaktors die Kinetik der Saccharose-Inversion zu bestimmen. Diese Reaktion ist typisch für jene zeichnet sich durch eine solide Katalysator mit Flüssigphase Edukten und Produkten.

Saccharose → Glukose (Traubenzucker) + fructose(1)

Ein verpackte Bett Reaktor wird bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten, die Raum-Zeit zu kontrollieren, die Verweilzeit ist und ist analog zur verstrichenen Zeit in einem Batch-Reaktor betrieben werden. Der Katalysator, eine feste Säure wird zuerst vorbereitet werden, durch den Austausch von Protonen für alle anderen Kationen vorhanden. Der Reaktor wird dann auf die gewünschte Temperatur (Isotherme Betrieb) mit dem Fluss der Reaktanden beheizt werden. Wenn die Temperatur equilibriert hat, beginnt Produkt-Sampling. Durch ein Polarimeter, die optische Drehung misst, werden die Proben analysiert. Die Mischung optische Drehung kann zur Umwandlung von Saccharose, die dann im standard Kinetik Analysen verwendet werden kann, um die Reihenfolge der Reaktion in Bezug auf die Reaktanten Saccharose und die scheinbare Geschwindigkeitskonstante zusammenhängen. Die Auswirkungen der Strömungsmechanik - keine axiale Vermischung (Pfropfenströmung) vs. einige axiale mischen (gerührten Behälter in Serie) - auf die Kinetik werden auch analysiert werden.

Katalysator-Eigenschaften sind: Größe = 20-40 Maschen; Gewicht = 223 g; Wassergehalt = 30 wt. %; scheinbare (Schüttdichte) = 1,01 g/mL; Konzentration der Säure Website = 4,6 Mmol Säure Websites/g Trockengewicht; Fläche = 50 m2/g; Macroporosity (Makroporen-Volumen/Gesamt-Volumen von Kat.) = 0,34; durchschnittliche Makroporen-Größe = 80 nm. Eine P & ID-Abbildung des Gerätes ist in Abbildung 2dargestellt. Für dieses Experiment nur Bett #1, die Organics Tank, Pumpe und Ro

Das Polarimeter bestimmt die gebrochenen Konvertierungen von Saccharose nach der Reaktion in einem verpackten Bett-Reaktor. Eine vorherige Polarimeter-Kalibrierung für eine drei verschiedene Saccharose-Feeds ist in Abbildung 3dargestellt.

Abbildung 3 . Beziehung zwischen den Gra.

Die Reaktion verhält nicht sich genau wie erwartet, da die scheinbare Ordnung n > 1 ist. Alle Phänomene, die solche Abweichungen verursachen können, in reale Reaktoren, werden Abweichungen vom idealen PFR Verhalten verursacht durch axiale mischen vorgeschlagen durch die Tatsache, dass passend zum Panzer im Serienmodell gibt nur eine kleine Anzahl von Panzer - für eine perfekte PFR N sollte mindestens 6 . Solche Abweichungen sind oft in relativ kurzen Betten gefunden, vor allem, wenn die Strömung mehrphasig (etwas Wa...

1. J. Sauer, N. Dahmen and E. Henrich. "Chemical Reactor Types." Ullman's Encycylopedia of Industrial Chemistry (2015). Web. 15 Oct. 2016.
2. H.S. Fogler, "Elements of Chemical Reaction Engineering," 4^th Ed., Prentice-Hall, Upper Saddle River, NJ, 2006, Ch. 2-4; O. Levenspiel, "Chemical Reaction Engineering," 3^rd Ed., John Wiley, New York, 1999, Ch. 4-6; C.G. Hill, Jr. and T.W. Root, "Introduction to Chemical Engineering Kinetics and Reactor Design," 2^nd Ed., John Wiley, New York, 2014, Ch. 8.
3. N. Lifshutz and J. S. Dranoff, Ind. Eng. Chem. Proc. Des. Dev., 7, 266-269 (1968).
4. E.R. Gilliland, H. J. Bixler, and J. E. O'Connell, Ind. Eng. Chem. Fundam., 10, 185-191 (1971).
5. "Sulfuric Acid." The Essential Chemical Industry. Univ. of York, 2016. http://www.essentialchemicalindustry.org/chemicals/sulfuric-acid.html. Accessed 10/20/16.
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