플러그 흐름은 이러한 반응기의 중요한 특성이므로 두 분자가 더 짧은 시간에 반응기로 들어가고 동시에 나갈 수 있습니다. 플러그 흐름 원자로 반응물 및 생성물의 분할을 최적화할 때 효율적인 제어 반응 시간을 제공합니다. 따라서 반응기의 우수한 성능을 위해서는 우수한 플러그 흐름이 필요합니다. 따라서 플러그 흐름 화학을 사용하는 반응기는 일반적으로 플러그 흐름 반응기 또는 PFR 반응기라고 합니다. 플러그 흐름 반응기(PFR)는 영양분이 반응기에 지속적으로 도입되고 '플러그'로서 반응기 전체로 이동하는 세 번째 일반 유형의 반응기입니다. 이 문서에서는 개요에 대해 설명합니다. 플러그 흐름 반응기 , 작업 및 응용 프로그램.
플러그 흐름 반응기란 무엇입니까?
플러그 흐름 반응기 또는 피스톤 흐름 반응기는 튜브 전체의 재료를 처리하기 위해 연속적인 유체 흐름을 사용하는 직사각형 유형의 이상화된 흐름 반응기입니다. 이 반응기는 모든 화학 반응 조합이 흐름 방향을 따라 비슷한 속도로 공급되도록 원통형 파이프 내의 화학 반응을 묘사하는 데 사용됩니다. 통합이나 역류가 없습니다.
이 반응기는 반응물과 반응물이 공급되는 생성물을 위한 구멍이 모든 끝에 있는 원통형 파이프를 포함합니다. 이 반응기에서는 균일한 반응을 유지하기 위해 반응기에 일정한 온도의 물이 공급됩니다. 플러그 흐름은 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 물질을 연속적으로 도입하여 이 반응기에서 생성되며, 물질을 연속적으로 제거합니다. PFR에서 자주 생산되는 재료는 다음과 같습니다. 석유화학, 폴리머, 의약품 등. 이 반응기는 액체 또는 기체상 시스템에서 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다.
플러그 흐름 반응기는 탁월한 체류 시간 제어 및 반응 조건을 제공합니다. 따라서 높은 수준의 전환율을 제공하고 높은 열 방출(또는) 반응물의 농도에 대한 민감도를 통해 반응과 호환됩니다. 그러나 방사형 혼합 및 단순한 축 혼합이 없으면 몇 가지 제한 사항이 있습니다.
주요 특징들
플러그 흐름 반응기의 주요 특징은 다음과 같습니다.
단방향 흐름
PFR에서는 반응물과 생성물이 역혼합 없이 반응기의 길이를 따라 단일 방향으로 이동합니다.
농도 구배
이 반응기의 반응물 농도 및 생성물은 흐름에 수직인 모든 섹션에서 일정하지만 반응기 길이에 따라 변경됩니다.
체류 시간
체류 시간 PFR 내에서 소비되는 별도의 반응물 부피를 체류 시간이라고 하며 모든 부피에 대해 안정적입니다.
플러그 흐름 반응기 작동 원리
플러그 흐름 반응기는 알코올 및 기타 유기 화합물을 산화하여 다음과 같은 정밀 화학 물질을 생성하는 방식으로 작동합니다. 안료 및 염료. 이 반응기의 유체는 파이프나 튜브 전체에서 연속적이고 균일한 방식으로 이동합니다. 반응물은 반응기의 한쪽 끝으로 들어가 반응기 전체를 흐르며 다른 쪽 끝에서 존재합니다.
이 반응기의 플러그 흐름 특성은 화학 반응물이 PFR을 통해 유사한 조건에 노출되고 모든 반응물 체류 시간이 동일하다는 것을 보장합니다. 따라서 플러그 흐름 반응기는 체류 시간, 온도 및 압력의 정확한 제어가 필요한 주요 반응에 탁월한 선택입니다.
플러그 흐름 반응기 다이어그램
플러그 흐름 반응기의 설계는 작은 튜브(또는) 플레이트에 고정된 채널인 일종의 모세관을 사용하여 수행할 수 있습니다. 이는 반응기 작동 전반에 걸쳐 연속적으로 수행되는 반응물의 입구와 반응기 내용물의 출구가 있는 연속 반응기 세트입니다.
플러그 흐름 반응기(PFR)에는 최소량의 역혼합으로 유체가 전개될 수 있는 원통형 모양의 교반기가 없습니다. 결과적으로 반응기로 들어가는 모든 유체 입자는 비슷한 체류 시간을 갖습니다. . 이 반응기는 확실히 작은 배치 반응기로 구성된 일련의 얇은 유체 슬라이스로 간주될 수 있으며, 슬라이스에서 완전히 교반되어 피스톤처럼 반응기 내에서 앞으로 이동합니다.
일반 물질 수지 방정식은 반응기 내의 유체 조각 중 하나에 대해 다음과 같이 표현될 수 있습니다.
입구 = 출구 + 소비 + 축적
위 식의 모든 구성 요소의 단위는 mol/sec와 같은 재료 실행 속도입니다.
플러그 흐름 반응기 방정식 도출
플러그 흐름 반응기는 특정 섹션의 모든 입자가 동일한 속도와 운동 방향을 갖는 이상적인 반응기입니다. 플러그 흐름 반응기(PFR)에서는 역류나 혼합이 없으므로 플러그와 같은 유체가 입구측에서 출구측으로 흐르는 모습이 아래 그림과 같습니다.
이 반응기는 다양한 양의 유체 내에서 질량 균형과 열 균형에 따라 생성됩니다. 절차가 등온이라고 가정하면 물질 수지만 고려됩니다.
정상 상태 조건을 상상해 보면 반응물 농도는 결국 변하지 않습니다. 이는 PFR의 일반적인 작동 방법입니다. PFR의 수학 방정식은 다음과 같이 간단하게 작성할 수 있습니다.
udCi/dx = 소스
Ci(0) = Ci(f)
0≤ x ≤ L
여기서 'Ci'는 반응물, 'i'는 농도, 'u'는 유체 속도, 'νi'는 화학량론 계수, 'r'은 반응 속도, 'x'는 반응기 내 위치입니다. 'Caf'는 반응기 입구의 반응물 A 농도이고 'L'은 반응기 길이입니다. 유체 'u'의 속도는 Fv(m3/s) 체적 유량 및 반응기 S(m^2)의 단면적에 따라 측정됩니다.
u=Fv/S
이상적인 PFR에서는 모든 액체 입자가 정확히 동일한 시간 동안 반응기에 있었으며 이를 평균 체류라고 하며 다음과 같이 측정됩니다.
T =L/u
체류 시간 데이터는 일반적으로 변화 및 출구 농도를 예측하기 위해 화학 반응기 엔지니어링 내에서 사용됩니다.
1차 비가역반응
간단한 분해 반응을 고려해 보겠습니다.
A–>B
반응이 되돌릴 수 없고 1차 반응일 때마다 우리는 다음을 얻습니다.
udCa/dx = -kCa
여기서 'k'는 운동 상수입니다. 일반적으로 운동상수는 주로 온도에 따라 달라집니다. 일반적으로 Arrhenius 방정식을 사용하여 이 관계를 설명할 수 있습니다. 여기서는 등온 조건을 가정하므로 이 종속성을 사용하지 않습니다.
1차 비가역 반응 모델은 논리적으로 풀 수 있습니다. 따라서 해결책은 다음과 같습니다.
Ca = Cafexp(-x*k/u)
2차 비가역반응
2차 비가역 반응 예에서는 아래 예를 활용해 보겠습니다.
2A –> 비
반응이 되돌릴 수 없고 2차 반응이 되면 다음과 같은 결과가 나옵니다.
udCa/dx = -2k*(Ca)^2
플러그 흐름 반응기 특성
플러그 흐름 반응기의 특징은 다음과 같습니다.
- 플러그 흐름 반응기의 반응물은 혼합이 거의 또는 전혀 없이 연속 흐름으로 반응기 전체에 흐릅니다.
- PFR의 반응은 반응물이 반응기 길이에 따라 이동할 때 발생합니다.
- 반응물의 농도는 반응기의 길이에 따라 변하며 반응 속도는 일반적으로 입구에서 더 높습니다.
- 이러한 반응기는 많은 양의 변화가 필요하고 반응 속도가 흡수 변화에 반응하지 않는 반응에 자주 사용됩니다.
- PFR 내의 체류 시간은 일반적으로 짧습니다.
- 생물막은 구강, 젖은 암석 표면, 샤워 커튼과 같은 환경을 시뮬레이션하는 공기-액체 경계면 가까이에서 형성됩니다.
- 이러한 유형의 반응기는 살균 효과를 확인하기 위해 정적 유리 쿠폰 반응기와 같이 활용될 수 있는 낮은 전단에서 일관된 생물막을 생성합니다.
- 이 반응기의 생물막은 생존 플레이트 수, 두께 측정 및 광학 현미경과 같은 다양한 방법으로 쉽게 분석됩니다.
- PFR의 반응물은 반응기 길이를 따라 흐르기 때문에 지속적으로 소비됩니다.
일반적인 PFR은 일부 고체 물질로 채워진 튜브일 수 있습니다.
장점과 단점
그만큼 플러그 흐름 반응기의 장점 다음을 포함합니다.
- CSTR에 비해 PFR의 장점은 이 반응기가 유사한 시공간 및 전환 수준에 비해 부피가 낮다는 것입니다.
- 반응기는 유사한 반응기 부피의 CSTR에 비해 PFR 내에서 더 적은 공간을 필요로 하며 변환량이 높습니다.
- 이 반응기는 기상 촉매 동역학 과정을 결정하는 데 자주 사용됩니다.
- 이러한 반응기는 반응을 처리하는 데 매우 효과적이며 CSTR(연속 교반 탱크 반응기)에 비해 각 반응기 부피에 대해 더 높은 전환율 내에서 '일반적인' 반응 효과의 대규모 그룹에 대해 효과가 있습니다.
- 반응기는 빠른 반응에 매우 적합합니다.
- PFR의 열 전달은 탱크 반응기에 비해 상당히 잘 관리될 수 있어 극도의 발열 시스템에 매우 적합합니다.
- 플러그 흐름 특성과 역혼합이 없기 때문에 모든 반응물에 대해 일관된 체류 시간이 있으며, 이는 특히 체류 시간이 길어 오염 형성 및 탄화 등이 발생하는 경우 신뢰할 수 있는 제품 품질로 이어집니다.
- 움직이는 요소가 없기 때문에 플러그 흐름 반응기 유지 관리가 쉽습니다.
- 이것은 기계적으로 간단합니다.
- 모든 반응기 부피에 대해 전환율이 높습니다.
- 제품 품질은 변경되지 않았습니다.
- 빠른 반응을 연구하는 데 탁월합니다.
- 반응기 부피는 매우 효율적으로 사용됩니다.
- 대용량 프로세스에 탁월합니다.
- 압력 강하가 적습니다.
- 역믹싱이 없습니다.
- 직접적인 확장성
- 효율적인 체류 시간 제어, 온도 제어, 효율적인 혼합, 배치 간 변형 제한 등
그만큼 플러그 흐름 반응기의 단점 다음을 포함합니다.
- PFR에서는 광범위한 온도 프로파일로 인해 발열 반응 성능을 제어하기가 어렵습니다.
- PFR의 경우 유지 관리 및 운영 비용은 CST에 비해 비용이 많이 듭니다.
- 반응기에서는 온도 조절이 어렵습니다.
- 발열 반응에 사용될 때마다 반응기에서 핫스팟이 발생합니다.
- 성분 및 온도 변화로 인해 제어가 어렵습니다.
- PFR은 복잡한 설계 및 조립으로 인해 설계 및 유지 관리 비용이 많이 듭니다.
- PFR은 일반적으로 정밀한 반응을 위해 설계되었으며 공급원료 또는 반응 조건 내 변화를 수용하지 못할 수도 있습니다.
- 좁고 긴 디자인으로 인해 유지 관리 및 청소가 어렵습니다.
- PFR의 반응물은 고르지 않게 흘러 핫스팟이나 불완전한 반응을 초래할 수 있습니다.
- 플러그 흐름 반응기가 모든 응용 분야에 적합할 수는 없다는 점을 명심하는 것이 매우 중요합니다. 따라서 어떤 유형의 반응기가 응용 분야에 적합한지 결정하려면 체류 시간, 동역학, 선택성 문제 등을 주의 깊게 분석해야 합니다.
응용
플러그 흐름 반응기의 응용 분야는 다음과 같습니다.
- PFR은 비료, 대규모 화학, 석유화학 및 제약 생산에 일반적으로 사용됩니다.
- 이 반응기는 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 생산과 같은 중합 공정에 사용됩니다.
- 플러그 흐름 반응기는 액체-고체 및 기체-고체 반응 시스템에 적합합니다.
- 이는 다음과 같은 이종 또는 동종 반응에 적합합니다. 유지 및 지방 수소화.
- PFR은 알코올 및 기타 유기 화합물을 산화하고 안료 및 염료와 같은 정밀 화학 물질을 생성하는 데 사용됩니다.
따라서 이는 플러그 흐름 반응기 개요 , 작업, 장점, 단점 및 응용 프로그램. 좋은 흐름 반응기의 설계 및 선택은 여전히 예술이며 수년간의 지식을 통해 선택 능력이 향상됩니다. 때때로 플러그 흐름 반응기는 CTR(연속 관형 반응기)로도 알려져 있습니다. 이상적인 형태에서는 반응 조합의 모양이 일부 플러그로 구성되어 있고 모든 플러그가 균일한 농도를 갖는 것으로 측정될 수 있습니다. 이 PFR은 축방향 혼합이 없으므로 반응기에서 역혼합이 없다는 가정을 가지고 있습니다. 여기에 질문이 있습니다. 원자로란 무엇입니까?
