Video: Single and Two-phase Flow in a Packed Bed Reactor

זרימה חד-פאזית ותלת-פאזית בכור מיטה ארוז

Overview

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

מטרת הניסוי היא לקבוע את גודל ה-maldistribution בכורי מיטה ארוזים טיפוסיים הן בזרימה חד פאזית והן דו-פאזית (נוזל גז) ולהעריך את ההשפעות של פירוק זה על ירידת לחץ. המושגים של חלוקת זמן מגורים ופיזור מוצגים באמצעות מעקבים, ומושגים אלה קשורים לפגיעה פיזית.

תקשור בזרימה חד פאזית יכול להתרחש לאורך קירות או על ידי זרימה מועדפת דרך חלק גדול יותר של חתך המיטה. תקשור בזרימה דו-פאזית יכול לנבוע מסיבות מורכבות עוד יותר, ותיאוריות זרימה דו-פאזיות פשוטות מנבאות רק לעתים רחוקות ירידות לחץ במיטות ארוזות. מטרת העיצוב היא תמיד למזער את היקף התקשור על ידי מציאת קטרי המיטה והחלקיקים האופטימליים לקצבי זרימת העיצוב ועל ידי אריזת מיטה באופן שימזער את ההתיישבות. חשוב תמיד לכמת כמה ייחוס לא-עביר עלול להתרחש ולעצב יתר על המידה את היחידה כדי להסביר את התרחשותה.

מנגנון החלחלחל מודד את ירידת הלחץ, ΔP, ואת ריכוז המעקב (צבע) היוצא ממיטות ארוזות אופקיות של זכוכית משוריינת עבור מים, אוויר או זרימה דו-פאזית (איורים 1 ו-2). מים נכנסים דרך שסתום בקרה וניתן לנתב אותם דרך שסתומים ידניים לכל אחת מחמש המיטות (באורך 48 אינץ', 3" זהות) עם חרוז זכוכית בגודל שונה שנזרק (אקראי). ירידה בלחץ נמדדת באמצעות משדר לחץ. זרימת המים נמדדת על ידי משדר לחץ דיפרנציאלי (DP, פתח) וזרימת האוויר על ידי מד בדיקה יבש (בדומה למד גז ביתי). דגימת הצבע מוזרקת במעלה הזרם על ידי שסתום דגימה אוטומטי. ריכוז היציאה של הצבע ממיטה נמדד באמצעות ספקטרומטר UV-Vis. חלוקת זמן המגורים מחושבת מהבדיקות ובהשוואה לתחזיות התיאוריות על פיזור במיטות ארוזות. זרימה דו-פאזית תיחקר במיטה 5, המכילה את החלקיקים הגדולים ביותר.

איור 1: דיאגרמת תהליך ומכשור של המנגנון.

איור 2. עיבוד תלת מימדי של המנגנון. המיטה #1 נמצאת בחלק העליון, #5 המיטה בתחתית. שסתום בקרת המים נמצא בצד שמאל (מצנפת אדומה). משדר DP נמצא במרכז העליון (כחול).

Procedure

1. הפעלת המנגנון

המנגנון מופעל בעיקר באמצעות ממשק מערכת הבקרה המבוזרת. סכמטי P&ID של פרם מופיע ופתיחה/ סגירה של שסתומים אוטומטיים היא נקודה ולחץ.

כדי להקים זרימת מים למיטה #4 או #5, פתח את שסתומי הכניסה והיציאה למיטה הנבדקת ואת סולנואיד אספקת המים.
השתמש בבקר הזרימה כדי להתחיל מים זורמים דרך המיטה, מרים אותו בהדרגה. נקודות התחלה טובות הן 400 מ"ל לדקה עבור #4 מיטה ו-500 מ"ל לדקה עבור #5 מיטה. פקח על הלחץ הדיפרנציאלי על פני המיטות. שנה את הזרימה כדי לכסות את

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

Results

השג את RTDs (עקומות E, באמצעות משוואות 1-2) לאחר חיסור בסיסי מתאים (במידת הצורך) מאותות הספקטרומטר. דוגמה לתיקון בסיסי עבור Bed #3 (לא נעשה כאן שימוש) נמצאת באיור 3. באמצעות משוואות 1-3, לחשב את הנקבוביות הממוצעת, מסת המעקב, זמן מגורים ממוצע, שונות ושונות מחולקים בממו?...

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

Application and Summary

בניסוי זה התנהגות הזרימה האמיתית של מיטות ארוזות אופקיות, הן בזרימה חד-פאזית והן דו-פאזית, הייתה מנוגדת למודלים התיאורטיים הפשוטים יותר לירידה ופיזור לחץ (זרימה מתפשטת בכיוון צירי, חריגה מזרימת התקע). השירות של בדיקות מעקב חיזור עבור maldistribution ("תקשור") במיטות כאלה הוכח, ואף הוכח כי מדדים מסו?...

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

References

Encyclopedia of Chemical Engineering Equipment." Distillation Columns. http://encyclopedia.che.engin.umich.edu/Pages/SeparationsChemical/DistillationColumns/DistillationColumns.html. Accessed 9/22/16.
Encyclopedia of Chemical Engineering Equipment." Absorbers. http://encyclopedia.che.engin.umich.edu/Pages/SeparationsChemical/Absorbers/Absorbers.html. Accessed 9/22/16.
Nevers, N., Fluid Mechanics for Chemical Engineers, 3^rd Ed., McGraw-Hill, 2004, Ch. 11. A derivation can be found in: M.M. Denn, "Process Fluid Mechanics", Prentice-Hall, 1980, Ch. 4.
Fogler, H.S., "Elements of Chemical Reaction Engineering", Prentice-Hall, 2006, Ch. 13.1-13.3 and 14.3-14.4 (dispersion models); Levenspiel, O., "Chemical Reaction Engineering", 3^rd Ed., John Wiley, 1999, Ch. 11 and 13 (dispersion models); Missen, R.W., Mims, C.A., and Saville, B.A., "Introduction to Chemical Reaction Engineering and Kinetics", John Wiley, 1999, Ch. 19 and 20.1.
Levy, S., "Two Phase Flow in Complex Systems", John Wiley, 1999, Ch. 3.

Tags

1. הפעלת המנגנון

המנגנון מופעל בעיקר באמצעות ממשק מערכת הבקרה המבוזרת. סכמטי P&ID של פרם מופיע ופתיחה/ סגירה של שסתומים אוטומטיים היא נקודה ולחץ.

כדי להקים זרימת מים למיטה #4 או #5, פתח את שסתומי הכניסה והיציאה למיטה הנבדקת ואת סולנואיד אספקת המים.
השתמש בבקר הזרימה כדי להתחיל מים זורמים דרך המיטה, מרים אותו בהדרגה. נקודות התחלה טובות הן 400 מ"ל לדקה עבור #4 מיטה ו-500 מ"ל לדקה עבור #5 מיטה. פקח על הלחץ הדיפרנציאלי על פני המיטות. שנה את הזרימה כדי לכסות את כל הטווח האפשרי של משדר DP.
תפעיל את ציוד הספקטרומטר ויצר תקשורת עם מסוף הבקרה. הליכי ספקטרומטר מפורטים במדריך ההפעלה (SpectraSuite). הכיול של הספקטרומטר לתקני הצבע הפלואורסצנטי יסופק.
בצע בדיקת מעקב אחת כל אחת על מיטות #4 ו -5 באמצעות צבע 50 ppm במי DI כמעקב, בקצב זרימה ממוצע יחיד עבור כל מיטה.
הכנס את גשושית הספקטרומטר לנקודת הדגימה של הגשושית (איור 1). בממשק PERM, שנה את מצב שסתום ההזרקה מ"ריצה" ל"טעינה".
הזרק את המעקב באמצעות המזרק שסופק לתוך שסתום המדגם. שנה את המצב ל"פועל".
לנקות את תא ההזרקה של שסתום המדגם על ידי שינוי מצבו בחזרה "טעינה", ניתוק וטעינה המזרק עם מים, ולאחר מכן הזרקת לפחות 100 מ"ל של מים לתוך השסתום. כאשר המדגם המוזרק יצא לחלוטין מהמיטה (ספיגת ספקטרומטר חוזרת לקו הבסיס), לשנות את מצב השסתום בחזרה "פועל" ולתת למים לזרום דרך השסתום במשך 10 - 15 דקות בקצב זרימה גבוה לפני השימוש בו שוב.

2. עריכת ניסויים דו-פאזיים בלחץ זרימה

ודא כי שסתומי המים למיטות סגורים, שסתומי הכניסה והיציאה למיטה #5 פתוחים, שסתום הניקוז פתוח, וכי השסתום הידני לאוויר למיטות סגור.

פתחו לאט לאט את רגולטור האוויר כדי ליצור זרימת אוויר (< 5 פסיג בהתחלה). פתח את השסתום הידני לאוויר למיטות.
הגדר בקר זרימת מים בנקודת הפתיחה הרצויה (700 מ"ל / דקה) ושסתום ידני פתוח. נתיב זרימת מים/אוויר למפריד נוזלי גז (ראה הערכה בתאנה 1).
תאשר שהמים יוצאים לניקוז. סגור את השסתום לניקוז לפרק זמן כדי לבנות ראש נוזלי במפריד נוזל הגז. התוצאה תהיה הפרדה טובה יותר של האוויר והמים.
כוונן את זרימת האוויר (בדרך כלל < 2 SCFM) לפי הרצון באמצעות מוט הלחץ ומד הבדיקה היבש בקו יציאת הגז. סגור את שסתום הניקוז לפרקי זמן קצרים כדי לקבל קריאת זרימת גז נכונה על מד הבדיקה הרטוב.
ערוך ניסויים בירידה דו-פאזית בלחץ הזרימה (השתמש במשדר DP) באמצעות #5 מיטה, בתעריפי אוויר מרובים. נסה לכסות את הטווח של משדר DP. נתק את מד הבדיקה היבש אם אתה רואה מים יוצאים מקו יציאת הגז.

Skip to...

0:07

Overview

1:08

Principles of Flow in a Packed Bed

4:14

Reactor Start-up

5:15

Tracer Test

6:09

Two-phase Flow Experiment

7:26

Data Processing and Results

8:50

Applications

10:20

Summary

Videos from this collection:

article

Now Playing

זרימה חד-פאזית ותלת-פאזית בכור מיטה ארוז

Chemical Engineering

18.8K 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

קינטיקה של תוספת פילמור לפולידימתילסילוקסן

Chemical Engineering

15.9K Views

article

כור קטליטי: הידרוגנציה של אתילן

Chemical Engineering

29.7K Views

article

הערכת העברת החום של ספין וצינה

Chemical Engineering

7.3K Views

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved