충전 층 반응기의 단상 및 2상 흐름

Overview

출처: 케리 M. 둘리와 마이클 G. 벤턴, 화학 공학부, 루이지애나 주립 대학, 배턴 루지, LA

이 실험의 목적은 단일 상 및 2상(가스-액체) 흐름 모두에서 일반적인 포장된 침대 반응기에서 분포의 크기를 결정하고 압력 강하에 대한 이러한 분포의 영향을 평가하는 것입니다. 거주 시간 분포 및 분산의 개념은 추적자를 사용하여 도입되며 이러한 개념은 물리적 배포와 관련이 있습니다.

단상 흐름으로 채널링은 벽을 따라 또는 침대 단면의 큰 부분을 통해 우대 흐름에 의해 발생할 수 있습니다. 2상 흐름으로 채널링은 더욱 복잡한 원인으로 인해 발생할 수 있으며, 간단한 2상 흐름 이론은 포장된 침대에서 압력 강하를 예측하는 경우는 거의 없습니다. 설계 목표는 설계 유량에 대한 최적의 침대와 입자 직경을 찾고 침전을 최소화하는 방법으로 침대를 포장하여 채널링 의 정도를 최소화하는 것입니다. 배포가 발생할 수 있는 금액을 정량화하고 해당 발생을 설명하기 위해 장치를 과도하게 설계하는 것이 항상 중요합니다.

투과계 장치는 물, 공기 또는 2상 유동(그림 1 및 2)을 위해 장갑 유리의 수평 포장 된 침대를 빠져나가는 압력 강하, ΔP 및 추적기 (염료)의 농도를 측정합니다. 물은 제어 밸브를 통해 입력하고 다른 크기의 유리 비드 덤프 (무작위) 포장 다섯 침대 (48"긴, 3"I.D.) 중 어느 5 개의 침대 (48"길이, 3"I.D.)에 수동 밸브를 통해 라우팅 할 수 있습니다. 압력 강하는 압력 송신기를 사용하여 측정됩니다. 물 흐름은 건조 시험 미터(가정용 가스 미터와 유사)에 의해 차압(DP, orifice) 송신기 및 공기 흐름에 의해 측정됩니다. 염료 샘플은 자동화된 샘플링 밸브에 의해 상류에 주입됩니다. 침대에서 염료의 출구 농도는 UV-Vis 분광계를 사용하여 측정됩니다. 거주 시간 분포는 테스트에서 계산되며 포장 된 침대에서 분산에 대한 이론의 예측과 비교됩니다. 2상 유동은 가장 큰 입자를 포함하는 침대 5에서 공부될 것입니다.

Figure 1
그림 1: 장치의 공정 및 계측 다이어그램.

Figure 2
그림 2. 장치의 3-D 렌더링. 침대 #1 상단에, 침대 #5 하단에 있습니다. 물 제어 밸브는 왼쪽 (빨간색 보닛)에 있습니다. DP 송신기는 상단 중심(파란색)에 있습니다.

Procedure

1. 장치 시작

장치는 주로 분산 제어 시스템 인터페이스를 통해 작동됩니다. 파마 P&ID 회로도가 나타나고 자동 밸브를 열고 닫는 것이 포인트 앤 클릭입니다.

  1. #4 또는 #5 침대로 물 흐름을 설정하려면 시험 중인 침대로 입구및 출구 밸브를 열고 물 공급 솔레노이드를 설치합니다.
  2. 흐름 컨트롤러를 사용하여 침대를 통해 물이 흐르기 시작하여 점차적으로 들어 올릴 수 있습니다. 좋은 출발점은 침대 #4 400 mL / 분, 침대 #5 경우 500 mL / 분입니다. 침대 전체의 차동 압력을 모니터링합니다. DP 송신기의 전체 가능한 범위를 커버하기 위해 흐름을 다릅니다.
  3. 분광계 장비에 전력을 공급하고 제어 콘솔과의 통신을 설정합니다. 분광계 절차는 운영 매뉴얼(SpectraSuite)에 자세히 설명되어 있습니다. 형광염 표준에 대한 분광계의 보정이 제공됩니다.
  4. 각 침대의 단일 평균

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Results

분광계 신호에서 적절한 기준선(필요한 경우)을 빼낸 후 RTD(E-커브, 방정식 1-2 사용)를 가져옵니다. 베드 #3 대한 기준 수정의 예(여기서 사용되지 않음)는 그림 3에있습니다. 방정식 1-3을 사용하여 평균 다공성, 트레이서 질량, 평균 거주 시간, 분산 및 분산을 RTD에서 제곱된 평균으로 나눈 값입니다. 계산된 추적자 질량을 주입된 질량과 비교합니다. ?...

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Application and Summary

이 실험에서 수평 포장 된 침대의 실제 흐름 거동은 단일 및 2 상 흐름 모두에서 압력 강하 및 분산 (축 방향으로 확산되는 흐름, 플러그 흐름에서 벗어난)에 대한 간단한 이론 적 모델과 대조되었다. 이러한 침대에서 유통("채널링")을 조사하는 트레이서 테스트의 유용성은 입증되었으며, 추적기 테스트에서 계산된 특정 메트릭은 채널링의 원인에 대한 몇 가지 아이디어를 제공할 수 있는 것으로 ?...

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References
  1. Encyclopedia of Chemical Engineering Equipment." Distillation Columns. http://encyclopedia.che.engin.umich.edu/Pages/SeparationsChemical/DistillationColumns/DistillationColumns.html. Accessed 9/22/16.
  2. Encyclopedia of Chemical Engineering Equipment." Absorbers. http://encyclopedia.che.engin.umich.edu/Pages/SeparationsChemical/Absorbers/Absorbers.html. Accessed 9/22/16.
  3. Nevers, N., Fluid Mechanics for Chemical Engineers, 3rd Ed., McGraw-Hill, 2004, Ch. 11. A derivation can be found in: M.M. Denn, "Process Fluid Mechanics", Prentice-Hall, 1980, Ch. 4.
  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", 3rd 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.
  5. Levy, S., "Two Phase Flow in Complex Systems", John Wiley, 1999, Ch. 3.
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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

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