Video: Heterogeneous Catalytic Reactor and Hydrogenation of Ethylene

כור קטליטי: הידרוגנציה של אתילן

Overview

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

הידרוגנציה של אתילן (C₂H₄) לאתאן (C₂H₆) נחקרה לעתים קרובות כתגובת הפחתת מודל באפיון זרזים מתכת חדשים. ^1-2 בעוד ניקל נתמך אינו זרז המתכת הפעיל ביותר עבור תגובה זו, הוא פעיל מספיק כי התגובה יכולה להתרחש ב < 200 מעלות צלזיוס.

התגובה בדרך כלל כרוכה ספיחות, מימן מנותק (H₂₎מגיב עם אתילן ספיח. במילים אחרות, הן אטומי מימן והן מולקולות אתילן יוצרים קשרים עם אתר מתכת (כאן מסומן "S"). הקשר החזק של אתילן עם S מחליש את הקשר הכפול מספיק כדי לאפשר אטומי מימן להוסיף אתילן, יצירת אתאן, אשר אינו סופג.

מטרת הניסוי הזה היא, ראשית, להמיר מדידות הרכב גולמיות להגבלת המרות שבר מגיבות. ^לאחר מכן ניתן להשתמש בהמרות אלה בכור תוסף (PFR) כדי להתאים את הנתונים למודל קינטיקה סטנדרטי של חוק החשמל על ידי "שיטת האינטגרל". ^{3 השוואה} בין סדרי התגובה הניסיוניים הן לאתילן והן למימן עם הפקודות התיאורטיות מגלה במקרה זה כי התגובה נשלטת קינטית ולא בפיקוח על העברת מסה.

Procedure

המערכת נשלטת באמצעות מערכת בקרה מבוזרת מסחרית; קיים ממשק מפעיל אחד בלבד.

1. הפעלת הכור

כדי להפעיל את תצוגת היסטוריית התהליכים בזמן אמת, נווט אל התחל > של מפעיל > DeltaV > תצוגת היסטוריית תהליכים ולאחר מכן פתח את CATUnitOverview. ניתן לדחוס או להרחיב קשקשי תרשים על-ידי לחיצה על לחצנים אלה בשורת התפריטים. הליכים להורדת נתונים ממערכת הבקרה לגיליון אלקטרוני של Excel זמינים במחשב.
להיות בטוח שהאוויר למרחץ החול הוא על. הרוטמטר צריך לקרוא ≈5 ומעלה ולהיות מוחזק קבוע מריצה לריצה כדי

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

Results

רגרסיה לא ליניארית כדי להשיג את ההערכות הטובות ביותר (באמצעות Eqs. 8 - 9) של הזמנות התגובה m ו- n, ואת הקצב קבוע k, יכול להיות מייגע. אלגוריתם פתרון כזה דורש שילוב מספרי אחד לכל נקודת נתונים לכל איטרציה של m ו- n, מה שמוביל לאלפי אינטגרציות מספריות. טכניקה חלופית שהיא כמעט טובה, אבל ?...

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

Application and Summary

השיטה המתוארת כאן נקראת "שיטת האינטגרל" ברוב הספרים על קינטיקה ועיצוב כור. ^{3 אמנם} מבחינה מתמטית הרבה יותר קשה ליישם מאשר שיטות דיפרנציאליות, זה גם מותאם טוב יותר לנתח את סוגי הנתונים כי הם קל להשיג ברוב מערכות כור בקנה מידה פיילוט, שבו מגיבים ומוצר לחצים חלקיים המרות שבר יכול לה...

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

References

O. Beeck, Discuss. Faraday Soc.8, 118 (1950).
J.B. Butt, AIChE J22, 1 (1976).
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.
B. Peri, Discuss. Faraday Soc., 41, 121 (1966).
Basic chemical kinetics - Fogler, Ch. 3, Levenspiel, Ch. 2, Hill and Root, Ch. 3.
N. Bartknecht, "Explosions: Course, Prevention, Protection", Springer-Verlag, 1981.
G.F. Froment, K.B. Bischoff and J. De Wilde, "Chemical Reactor Analysis and Design," 3^rd Ed., John Wiley, Hoboken, Ch. 11.
J.R.H. Ross, "Heterogeneous Catalysis: Fundamentals and Applications," Elsevier, Amsterdam, 2012, Ch. 8.

Tags

Catalytic Reactor Hydrogenation Catalysts Reaction Rate Activation Energy Homogeneous Catalytic Reactions Heterogeneous Catalytic Reactions Solid Catalysts Nano scale Entities Support Material Adsorption Active Site Desorption Gas phase Reactions Transition Metal Nanocrystals Langmuir Hinshelwood Mechanism

המערכת נשלטת באמצעות מערכת בקרה מבוזרת מסחרית; קיים ממשק מפעיל אחד בלבד.

1. הפעלת הכור

כדי להפעיל את תצוגת היסטוריית התהליכים בזמן אמת, נווט אל התחל > של מפעיל > DeltaV > תצוגת היסטוריית תהליכים ולאחר מכן פתח את CATUnitOverview. ניתן לדחוס או להרחיב קשקשי תרשים על-ידי לחיצה על לחצנים אלה בשורת התפריטים. הליכים להורדת נתונים ממערכת הבקרה לגיליון אלקטרוני של Excel זמינים במחשב.
להיות בטוח שהאוויר למרחץ החול הוא על. הרוטמטר צריך לקרוא ≈5 ומעלה ולהיות מוחזק קבוע מריצה לריצה כדי לספק חימום עקבי.
אפשר הפעלה ראשית לתנור מרחץ החול על-ידי לחיצה על לחצן START בצבע שחור בלוח הלוח של יחידת CAT.
הגדר בקר טמפרטורה (TIC-10, עבור מרחץ החול) לנקודת הסט ההתחלתית הרצויה, למצב AUTO. כדי להשתמש בחימום מהיר בתחילת הניסוי, עיין בנספח א'.
ניתן לעקוב אחר הטמפרטורות בתרשים. יש לבדוק את קצב זרימת שפכי הכור מעת לעת. אם מתפתחות בעיות, כגון אובדן זרימה או טמפרטורת בורחת, כבה את שתי זרמי המגיב באמצעות שסתומי כיבוי מתאימים וכבה את כל תנורי החימום. תשאיר את אוויר מרחץ החול דלוק.

2. קבעו תעריפי זרימה

קבעו את תעריפי הזרימה לפני החימום. כיולים עבור שני בקרי הזרימה - FIC-301 לתערובת מימן-חנקן ו- FIC-302 לאתילן - יסופקו.

הגדר את הערך הדיגיטלי בממשק המציין אם המחשב או לוח החלונית ישמשו ל- 1 כדי לציין שימוש במחשב.
חסום את קו הדגימה של ג'י-סי.
קבע את קצב הזרימה הנפחי על-ידי תזמון קצב העלייה של בועה בודדת בין שני כרכים במד בועה. מד בועה הוא בורה זכוכית עם כרכים מדורגים. ודא שקו הדגימה של GC חסום כאשר מד הבועה משמש באופן פעיל למדידת זרימה (כיול, בדיקת קצב זרימת היציאה).
קח לפחות מדגם אחד של ההזנה דרך המעקף (מדגם ריק) כדי לבדוק את הרכבו. זה בסדר לשנות את קצב הזרימה תוך כדי תנועה מבלי לעקוף את הכור. שינוי קצבי הזרימה משנה גם את הריכוזים היחסיים של ההזנה (הלחץ קבוע), כך שקצבי הזרימה יצטרכו להשתנות לעתים קרובות.
בטלו את חסימת קו המדגם של GC והזרמו את המגיבים דרך מעקף הכור לתוך יציאת הכניסה של GC.
השתמש כרומטוגרפיה גז כדי לנתח את הרכב מוצר הגז. הוראות נוספות נכללות בנספח ב' כיצד להפעיל את ה- GC ולקבוע הרכב.

3. כיבוי הכור

כיבוי החשמל הראשי לתנור sandbath על ידי דחיפת EMERG האדום. לחצן STOP בלוח הלוח של יחידת החתול.
מקם את TIC-10 במצב MAN והגדר את הפלט ל- 0%. הגדר את כוח העזר (אם מופעל) ל- 0%.
הגדר את זרימת האתילן ל- 0% על-ידי הצבת הבקר ב- MAN והגדרת הפלט ל- 0%.
כבה את שני שסתומי בלוק אתילן לפני טי ערבוב ולסגור את שסתום צילינדר הגז הראשי.
תן למימן/חנקן לזרום במשך ~ 2 דקות לפני כיבוי; זה יאריך את חיי הזרז.
לחסום את שני השסתומים לפני טי ערבוב. לאחר מכן לכבות את השסתום הראשי לתערובת מימן / חנקן.
תשאיר את האוויר על המיטה הנוזלית.

Skip to...

0:07

Overview

1:30

Principles of Heterogeneous Catalysis

2:38

Principles of Catalytic Reactor Design

3:57

Reactor Start-up

5:04

Reactor Operation and Shut Down

6:22

Results

7:12

Applications

8:32

Summary

Videos from this collection:

article

Now Playing

כור קטליטי: הידרוגנציה של אתילן

Chemical Engineering

29.7K Views

article

בדיקת יעילות העברת החום של מחליף חום פין-צינור

Chemical Engineering

17.7K Views

article

שימוש במייבש מגשים לחקר העברת חום קונבקטיבית ומוליכת

Chemical Engineering

43.6K Views

article

צמיגות של פרופילן גליקול פתרונות

Chemical Engineering

31.9K Views

article

פורוסימיטריה של אבקת סיליקה אלומינה

Chemical Engineering

9.5K Views

article

הדגמת מודל חוק הכוח באמצעות שחול

Chemical Engineering

9.9K Views

article

בולם גז

Chemical Engineering

36.3K Views

article

שיווי משקל נוזלי אדים

Chemical Engineering

86.6K Views

article

ההשפעה של יחס ריפלוקס על יעילות זיקוק מגש

Chemical Engineering

76.9K Views

article

יעילות של מיצוי נוזלי נוזלי

Chemical Engineering

48.0K Views

article

כור פאזה נוזלית: היפוך סוכרוז

Chemical Engineering

9.6K Views

article

התגבשות חומצה סליצילית באמצעות שינוי כימי

Chemical Engineering

23.9K Views

article

זרימה חד-פאזית ותלת-פאזית בכור מיטה ארוז

Chemical Engineering

18.8K Views

article

קינטיקה של תוספת פילמור לפולידימתילסילוקסן

Chemical Engineering

15.9K Views

article

הערכת העברת החום של ספין וצינה

Chemical Engineering

7.3K Views

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved