Sign In

כור פאזה נוזלית: היפוך סוכרוז

Overview

מקור: קרי מ. דולי ומייקל בנטון, המחלקה להנדסה כימית, אוניברסיטת לואיזיאנה סטייט, באטון רוז', לוס אנג'לס

הן אצווה והן כורים זרימה רציפה משמשים בתגובות קטליטיות. מיטות ארוזות, המשתמשות בזרזים מוצקים ובזרימה רציפה, הן התצורה הנפוצה ביותר. בהיעדר זרם מיחזור נרחב, כורי מיטה ארוזים כאלה מעוצבים בדרך כלל כ"זרימת תקע ". הכור הרציף הנפוץ ביותר השני הוא טנק מעורבב, אשר מניח להיות מעורב לחלוטין. 1 אחת הסיבות לשכיחותם של כורי מיטה ארוזים היא שבניגוד לרוב תכני הטנקים המעורבים, שטח קיר גדול לנפח הכור מקדם העברת חום מהירה יותר. עבור כמעט כל הכורים, יש להוסיף חום או לסגת כדי לשלוט בטמפרטורה עבור התגובה הרצויה להתרחש.

הקינטיקה של תגובות קטליטיות הן לעתים קרובות מורכבות יותר מאשר סדררחוב 1 פשוט, סדר2, וכו 'קינטיקה שנמצאת בספרי לימוד. שיעורי התגובה יכולים להיות מושפעים גם משיעורי העברת ההמונים - התגובה אינה יכולה להתרחש מהר יותר מהקצב שבו המגיבים מסופקים אל פני השטח או מהקצב שבו מסירים מוצרים - והעברת חום. מסיבות אלה, ניסויים הוא כמעט תמיד הכרחי כדי לקבוע את קינטיקה התגובה לפני תכנון ציוד בקנה מידה גדול. בניסוי זה, אנו בוחנים כיצד לבצע ניסויים כאלה וכיצד לפרש אותם על ידי מציאת ביטוי שיעור תגובה וקבוע קצב לכאורה.

ניסוי זה בוחן את השימוש בכור מיטה ארוז כדי לקבוע את הקינטיקה של היפוך סוכרוז. תגובה זו אופיינית לאלה המאופיינים בזרז מוצק עם מגיבים ומוצרים בשלב נוזלי.

סוכרוז → גלוקוז (דקסטרוז) + פרוקטוז(1)

כור מיטה ארוז יופעל בקצבי זרימה שונים כדי לשלוט בזמן החלל, הקשור לזמן המגורים והוא מקביל לזמן שחלף בכור אצווה. הזרז, חומצה מוצקה, יהיה מוכן תחילה על ידי החלפת פרוטונים עבור כל cations אחרים הנוכחי. לאחר מכן, הכור יהיה מחומם לטמפרטורה הרצויה (פעולה איזותרמית) עם זרימת המגיבים. כאשר הטמפרטורה השתוותה, דגימת המוצר תתחיל. הדגימות ינותחו על ידי polarimeter, אשר מודד סיבוב אופטי. הסיבוב האופטי של התערובת יכול להיות קשור להמרה של סוכרוז, אשר לאחר מכן ניתן להשתמש בו ניתוחי קינטיקה סטנדרטיים כדי לקבוע את סדר התגובה, ביחס סוכרוז מגיב, ואת קבוע הקצב לכאורה. ההשפעות של מכניקת נוזלים - אין ערבוב צירי (זרימת תקע) לעומת כמה ערבוב צירי (טנקים מעורבבים בסדרה) - על הקינטיקה ינותחו גם כן.

Procedure

מאפייני זרז הם: גודל = 20 - 40 רשת שינוי; משקל = 223 גרם; תכולת מים = 30 wt. %; צפיפות לכאורה (בתפזורת) = 1.01 גרם/מ"ל; ריכוז אתר חומצה = 4.6 mmol חומצה אתרים / g משקל יבש; שטח פנים = 50 מ'2/g; macroporosity (נפח מקרופור/נפח כולל של חתול.) = 0.34; גודל מקרופור ממוצע = 80 ננומטר. דיאגרמת P&ID של היחידה מוצגת באיור 2. לניסוי זה, רק #1 המיטה, מיכל האורגני, המשאבה והרוטמטר משמשים. דגימות נאספות בניקוז העליון. T505 הוא בקר הטמפרטורה.

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Results

הקוטב קובע את ההמרות החלקיות של סוכרוז לאחר תגובה בכור מיטה ארוז. כיול פולארימטר קודם לשלוש הזנות סוכרוז שונות מוצג באיור 3.

Figure 3
איור 3. קשר בין מידת הסיבוב והמ?...

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Application and Summary

התגובה אינה מתנהגת בדיוק כצפוי מכיוון שההזמנה הנראית לעין n היא > 1. מכל התופעות שיכולות לגרום לחריגות כאלה בכורים אמיתיים, סטיות מהתנהגות PFR אידיאלית הנגרמת על ידי ערבוב צירי מוצעות על ידי העובדה כי התאמה לדגם טנקים בסדרה נותן רק מספר קטן של טנקים - עבור PFR מושלם, N צריך להיות לפחות 6. סטיות כא?...

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

References
  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," 4th Ed., Prentice-Hall, Upper Saddle River, NJ, 2006, Ch. 2-4; O. Levenspiel, "Chemical Reaction Engineering," 3rd 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," 2nd 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.
  6. E. Lotero, Y. Liu, D.E. Lopez, K. Suwannakarn, D.A. Bruce and J.G. Goodwin, Jr., Ind. Eng. Chem. Res.,44, 5353-5363 (2005); A. Buasri, N. Chaiyut, V. Loryuenyong, C. Rodklum, T. Chaikwan, and N. Kumphan, Appl. Sci.2, 641-653 (2012); doi:10.3390/app2030641.
Tags

Skip to...

0:07

Overview

1:04

Principles of Reaction Kinetics in Packed Bed Reactors

3:26

Packed Bed Reactor Start-up

4:21

Catalyst Regeneration and Sucrose Feed

5:27

Sample Collection and Polarimeter Analysis

7:07

Results

9:29

Applications

10:37

Summary

Videos from this collection:

article

Now Playing

כור פאזה נוזלית: היפוך סוכרוז

Chemical Engineering

9.6K Views

article

בדיקת יעילות העברת החום של מחליף חום פין-צינור

Chemical Engineering

17.8K Views

article

שימוש במייבש מגשים לחקר העברת חום קונבקטיבית ומוליכת

Chemical Engineering

43.8K Views

article

צמיגות של פרופילן גליקול פתרונות

Chemical Engineering

32.3K Views

article

פורוסימיטריה של אבקת סיליקה אלומינה

Chemical Engineering

9.6K Views

article

הדגמת מודל חוק הכוח באמצעות שחול

Chemical Engineering

10.0K Views

article

בולם גז

Chemical Engineering

36.4K Views

article

שיווי משקל נוזלי אדים

Chemical Engineering

87.9K Views

article

ההשפעה של יחס ריפלוקס על יעילות זיקוק מגש

Chemical Engineering

77.4K Views

article

יעילות של מיצוי נוזלי נוזלי

Chemical Engineering

48.3K Views

article

התגבשות חומצה סליצילית באמצעות שינוי כימי

Chemical Engineering

24.1K Views

article

זרימה חד-פאזית ותלת-פאזית בכור מיטה ארוז

Chemical Engineering

18.8K Views

article

קינטיקה של תוספת פילמור לפולידימתילסילוקסן

Chemical Engineering

16.0K Views

article

כור קטליטי: הידרוגנציה של אתילן

Chemical Engineering

30.1K Views

article

הערכת העברת החום של ספין וצינה

Chemical Engineering

7.3K Views

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved