Ламинарный проточный реактор - Laminar flow reactor - Wikipedia

А реактор с ламинарным потоком (LFR) является разновидностью химический реактор который использует ламинарный поток контролировать скорость реакции, и / или распределение реакции. LFR обычно представляет собой длинную трубку постоянного диаметра, которая поддерживается при постоянной температуре. Реагенты вводятся с одного конца, а продукты собираются и контролируются с другого.[1] Реакторы с ламинарным потоком часто используются для исследования изолированной элементарная реакция или многоступенчатый механизм реакции.

Обзор

Реакторы с ламинарным потоком обладают характеристиками ламинарный поток для достижения различных исследовательских целей. Например, LFR можно использовать для изучения динамика жидкостей в химические реакции, или их можно использовать для создания специальных химических структур, таких как углеродные нанотрубки. Одной из особенностей LFR является то, что Время жительства (Интервал времени, в течение которого химические вещества остаются в реакторе) химикатов в реакторе можно изменять, либо изменяя расстояние между точкой ввода реагента и точкой, в которой отбирается продукт / образец, либо регулируя скорость газ / жидкость. Следовательно, преимущество реактора с ламинарным потоком состоит в том, что различные факторы, которые могут влиять на реакцию, можно легко контролировать и регулировать на протяжении всего эксперимента.

Средства анализа реагентов в НФР

Способы анализа реакции включают использование зонда, который входит в реактор; или, точнее, иногда можно использовать ненавязчивые оптические методы (например, использование спектрометр для идентификации и анализа содержимого) для изучения реакций в реакторе. Более того, может быть полезным отбор всей пробы газа / жидкости в конце реактора и сбор данных.[1] Используя методы, упомянутые выше, различные данные, такие как концентрация, скорость потока и т. д. можно отслеживать и анализировать.

Скорость потока в LFR

Жидкости или газы с регулируемой скоростью проходят через реактор с ламинарным потоком в виде ламинарный поток. То есть потоки жидкости или газа скользят друг по другу, как карты. При анализе жидкостей с тем же вязкость («толщина» или «липкость»), но с разной скоростью, жидкости обычно разделяются на два типа потоков: ламинарный поток и турбулентный поток. По сравнению с турбулентным потоком ламинарный поток имеет более низкую скорость и, как правило, более низкую. Число Рейнольдса. С другой стороны, турбулентный поток нерегулярен и движется с более высокой скоростью. Следовательно скорость потока турбулентного потока на одном поперечном сечении часто считается постоянным или «плоским». «Неплоская» скорость ламинарного потока помогает объяснить механизм LFR. Для жидкости / газа, движущегося в LFR, скорость около центра трубы выше, чем скорость жидкости около стенки трубы. Таким образом, распределение скоростей реагентов имеет тенденцию уменьшаться от центра к стенке.

Распределение времени пребывания (RTD)

Скорость вблизи центра трубы выше, чем скорость жидкости у стенки трубы. Таким образом, распределение скорости реагентов имеет тенденцию быть выше в центре и ниже по бокам. Представьте, что жидкость прокачивается через LFR с постоянной скоростью от входа, а концентрация жидкости контролируется на выходе. График распределения времени пребывания должен иметь отрицательный наклон с положительной вогнутостью. График моделируется функцией: E (t) = 0, если t меньше τ / 2; E (t) = τ ^ 2 / 2t ^ 3, если t больше или равно τ / 2.[2] Обратите внимание, что изначально на графике значение E (t) равно нулю, это просто потому, что веществу требуется некоторое время, чтобы пройти через реактор. Когда материал начинает достигать выпускного отверстия, концентрация резко возрастает и постепенно уменьшается с течением времени.

Характеристики

Ламинарные потоки внутри LFR обладают уникальной характеристикой - они протекают параллельно, не мешая друг другу. Скорость жидкости или газа будет естественным образом уменьшаться по мере приближения к стене и отдаления от центра. Поэтому реагенты имеют увеличивающийся Время жительства в LFR от центра в сторону. Постепенно увеличивающееся время пребывания дает исследователям четкое представление о реакции в разное время. Кроме того, при изучении реакций в LFR радиальные градиенты скорости, состава и температуры значительны.[3] Другими словами, в других реакторах, где ламинарный поток не имеет значения, например, в реактор идеального вытеснения, скорость объекта предполагается одинаковой на одном поперечном сечении, поскольку течения в основном турбулентные. В реакторе с ламинарным потоком скорость значительно отличается в разных точках одного и того же поперечного сечения. Следовательно, при работе с LFR необходимо учитывать разницу скоростей в реакторе.

Исследование

Различные исследования, относящиеся к моделированию LFR и образования веществ в LFR, были выполнены за последние десятилетия. Например, образование однослойной углеродной нанотрубки было исследовано в LFR.[4] В качестве другого примера конверсия метана в высшие углеводороды изучалась в реакторе с ламинарным потоком.[5]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б LEE, J.C .; Р.А. ЕЩЕ; Ф. Л. ДРАЙЕР; A.G. TOMBOULIDES; S.A. ORSZAG (24 октября 2007 г.). «Моделирование и анализ реакторов с ламинарным потоком». Наука и технология горения. 159 (1): 199–212. Дои:10.1080/00102200008935783.
  2. ^ Фоглер, H.S. «Элементы инженерии химических реакций». Мичиганский университет, инженерный колледж. Архивировано из оригинал 29 февраля 2012 г.. Получено 5 февраля 2012.
  3. ^ Абогандер, Н.С. "Эксперимент в лаборатории разработки химических реакций: изотермический ламинарный реактор" (PDF). Кафедра химической инженерии Университет нефти и полезных ископаемых имени короля Фахда Дахран 31261, Саудовская Аравия. Получено 5 февраля 2012.
  4. ^ Мойсала, Анна; Насибулин, Альберт Г .; Браун, Дэвид П .; Цзян, Хуа; Хряччев, Леонид; Кауппинен, Эско И. (2006). «Синтез одностенных углеродных нанотрубок с использованием ферроцена и пентакарбонила железа в реакторе с ламинарным потоком». Химическая инженерия. 61 (13): 4393–4402. Дои:10.1016 / j.ces.2006.02.020. ISSN  0009-2509.
  5. ^ Skjøth-Rasmussen, M.S; П. Гларборг; M Østberg; Й. Т. Йоханнесен; H Livbjerg; А.Д. Дженсен; Т.С. Кристенсен (январь 2004 г.). «Образование полициклических ароматических углеводородов и сажи в обогащенном топливом окислении метана в реакторе с ламинарным потоком». Горение и пламя. 136 (1–2): 91–128. Дои:10.1016 / j.combustflame.2003.09.011.

внешняя ссылка