Třífázové trubkové reaktory se zkrápěným ložem katalyzátoru. Předmět: Vícefázové reaktory Jméno: Veronika Sedláková

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Třífázové trubkové reaktory se zkrápěným ložem katalyzátoru. Předmět: Vícefázové reaktory Jméno: Veronika Sedláková"

Kristina Dvořáková
před 5 lety
Počet zobrazení:

1 Třífázové trubkové reaktory se zkrápěným ložem katalyzátoru Předmět: Vícefázové reaktory Jméno: Veronika Sedláková

2 3-fázové reakce Autoklávy (diskontinuální) Trubkové reaktory (kontinuální) Probublávané reaktory Zkrápěné reaktory Zkrápěné reaktory Organické a palivářské technologie Odsiřování ropných frakcí Odstranění acetylénických sloučenin ze směsí Rafinační hydrogenace alkoholů

3 Výhody a nevýhody oproti promíchávaným reaktorům Jednoduchá konstrukce Nižší provozní náklady Snadnější kontinualizace Separace katalyzátoru z reakční směsi Nároky na katalyzátor

povrchu katalyzátoru a v meniscích kapaliny Difúzní

4 Přenosové jevy Přenos H 2 z g do l Přenos H 2 a substrátu v tekoucím filmu kapaliny po vnějším povrchu katalyzátoru a v meniscích kapaliny Difúzní přenos komponent a produktů vnitřním povrchem katalyzátoru

5 Přenosové jevy (1) Přenos H 2 v g Přenos H 2 z g k fázovému rozhranní l - g Turbulence Přítomnost inertu, páry látek kapalné fáze Bez přítomnosti turbulence: D g» D l (přenos H 2 molekulární difúzí)

6 Přenosové jevy (2) Přenos H 2 ve filmu l tekoucí po vnějším povrchu katalyzátoru Částice katalyzátoru obklopena filmem kapalné reakční směsi, který stéká po jejím povrchu H 2 difunduje k povrchu katalyzátoru H 2 překonává odpor přenosu hmoty

Přenosové jevy (3) Přenos hmoty v meniscích kapaliny Meniskus kapaliny v oblastech styku dvou sousedních částic katalyzátoru Objem menisků závisí na

7 Přenosové jevy (3) Přenos hmoty v meniscích kapaliny Meniskus kapaliny v oblastech styku dvou sousedních částic katalyzátoru Objem menisků závisí na Bondově kritériu: N Bo =ρgr 2 /σ ρ hustota kapaliny [kg/m 3 ] g gravitační zrychlení [m/s 2 ] R poloměr částice kat. [m] σ povrchové napětí [kg/s 2 ]

vlivu vnější difúze reakčních komponent) Stanovení závislosti reakční rychlosti na rozměru

8 Přenosové jevy (5) Určení celkového odporu přenosu hmoty v loži zkrápěného reaktoru Experimentálně Reakční rychlost naměřená ve zkrápěném reaktoru se porovná s promíchávaným (bez vlivu vnější difúze reakčních komponent) Stanovení závislosti reakční rychlosti na rozměru zrna katalyzátoru R stupeň využití vnitřního povrchu katalyzátoru účinnost systému vzhledem k vnější difúzi

9 Parametry ovlivňující režim zkrápěného reaktoru (1) Konstrukce reaktoru Průměr a délka trubek Počáteční distributor kapaliny Umístění redistributorů kapaliny Možnost a účinnost výměny tepla s okolím Vlastnosti katalyzátoru Průměr tablety katalyzátoru Aktivita a mechanická pevnost katalyzátoru Distribuce aktivní složky v tabletě katalyzátoru

10 Parametry ovlivňující režim zkrápěného reaktoru (2) Řídící parametry reaktoru Vstupní teplota g a l fáze Pracovní tlak v reaktoru Rychlost nástřiku kapalného substrátu Koncentrace substrátu v rozpouštědle Průtok H 2 Množství katalyzátoru v reaktoru Intenzita výměny tepla

11 Parametry ovlivňující režim zkrápěného reaktoru (3) Vlastnosti chemické reakce Reakční rychlost Řád reakce Reakční teplo Aktivační energie Fyz.-chem. vlastnosti reakční směsi Molární tepla Difúzní koeficienty Tepelné vodivosti

12 Vlastnosti katalyzátoru Mechanická pevnost a odolnost vůči erozi kapalinou Tabletový nebo granulovaný katalyzátor nízký stupeň využití vnitřního povrchu nosičové katalyzátory s povrchově nanesenou aktivní složkou Nosiče: silikagel, křemelina, Al 2 O 3

Tok l a g neuspořádaným ložem katalyzátoru Účinnost a výkon reaktoru ovlivňuje: Distribuce l (nerovnoměrná distribuce, stěnový tok, tok ve stěnové oblasti) konstrukce distributoru polohy

13 Tok l a g neuspořádaným ložem katalyzátoru Účinnost a výkon reaktoru ovlivňuje: Distribuce l (nerovnoměrná distribuce, stěnový tok, tok ve stěnové oblasti) konstrukce distributoru polohy redistributorů Množství l ve stěnové oblasti závisí na: d p /d T, L, počáteční distr. l, smáčivosti stěny reaktoru, pórovitosti katalyzátoru, hustotě, viskozitě reakční směsi, Závislost stěnového toku l na délce lože reaktoru 1 centrální zdroj 2 rovnoměrný zdroj 3 stěnový zdroj

14 Teplota nástřiku reakční směsi T výkon reaktoru Vypaření l je provázeno hysterézním chováním systému (většinou nežádoucí) Závislost reakční rychlosti hydrogenace cyklohexenu v roztoku cyklohexanu na teplotě I vypaření reakční směsi ll zpětná kondenzace reakční směsi Vypaření zabráním: p celk, c substr., účinným chlazením Vypaření usnadním: průtoku H 2, rychl.nástřiku l

Koncentrace substrátu v nástřiku Hydrogenace v l vzhledem k substrátu 0.řád výkon reaktoru nezávisí na c substr. V loži se tvoří teplotní gradienty c substr.

15 Koncentrace substrátu v nástřiku Hydrogenace v l vzhledem k substrátu 0.řád výkon reaktoru nezávisí na c substr. V loži se tvoří teplotní gradienty c substr. T ad výkon reaktoru Závislost konverze výchozí látky na kinetické souřadnici W/F při konstantní rychlosti průtoku l ---- promíchávaný reaktor za stejných podmínek 1 L = 3cm, 2 L = 5cm, 3 L = 10cm Rovnoměrnější distribuce l v loži katalyzátoru odpor přenosu hmoty vně zrna katalyzátoru výkon reaktoru

16 Tlak a průtok H 2 Obecně p r výkon (ale i nároky na odvod tepla) p rychlost reakce ale i rychlost difúze látek k aktivnímu povrchu katalyzátoru zhoršení selektivity procesu průtok g turbulence tekoucí l výkon průtok g náklady na cirkulaci g vlivem tlakové ztráty lože katalyzátoru volíme optimální řešení

17 Průtok kapalné fáze průtok l síla tekoucího filmu l difúzní odpor výkon reaktoru průtok l turbulence l výkon reaktoru výkon reaktoru je na průtoku l nepatrně závislý Vysoký průtok l dále způsobuje: Vyšší eroze lože katalyzátoru Nižší konverze a tím vyšší nároky na separace a cirkulace

18 Shrnutí Chování reaktoru je ve většině případů silně ovlivněno difúzním přenosem látek Výkon Vyšší turbulence Menší rozměry katalyzátoru Vyšší tlak vodíku Teplota nástřiku a koncentrace substrátu (jejich vysoké hodnoty jsou nepříznivé dezaktivace katalyzátoru) Nerovnoměrný tok kapalné fáze ložem katalyzátoru Existence stěnového toku Vytváření mrtvých prostor v loži katalyzátoru

Podobné dokumenty

Třífázové trubkové reaktory se zkrápěným ložem katalyzátoru. Roman Snop

Třífázové trubkové reaktory se zkrápěným ložem katalyzátoru Roman Snop Charakteristika Zkrápěné reaktory jsou nejvhodněji aplikovatelné na provoz heterogenně katalyzovaných reakcí. Nacházejí uplatnění