Progettazione del reattore a letto fluido: diagramma, parametri, applicazioni, vantaggi e svantaggi


In questo articolo, verranno riepilogati l'argomento denominato "Progettazione di reattori a letto fluido" e fatti relativi alla progettazione di reattori a letto fluidizzato come Design, Diagramma, Parametri e Applicazioni.

Il reattore a letto fluido è una classificazione del dispositivo reattore che esegue principalmente un'ampia gamma di reazioni chimiche multifase. Nel reattore a letto fluido una sostanza fluida che può rimanere allo stato liquido o gassoso viene attraversata ad alta velocità da un materiale granulare solido. I termini di procedura come fluidizzazione.

In varie applicazioni dei settori industriali viene utilizzato il reattore a letto fluido.

Schema del reattore a letto fluido:

I reattori a letto fluido sono le configurazioni di reattori più popolari impiegate per reazioni che coinvolgono reagenti solidi. Nell'FBR, un mezzo di fluidificazione (gas o liquido) viene fatto passare attraverso il letto di reagenti solidi a velocità sufficientemente elevate da sospendere il solido e farlo comportare come un fluido.

Lo schema del reattore a letto fluido è riportato di seguito,

  • Il reattore a letto fluido è una classificazione del dispositivo reattore che esegue principalmente un'ampia gamma di reazioni chimiche multifase.
  • Nel reattore a letto fluido una sostanza fluida che può rimanere allo stato liquido o gassoso viene attraversata ad alta velocità da un materiale granulare solido.
  • I termini di procedura come fluidizzazione, notificano un favore principalmente importante al reattore a letto fluido.
  •  In varie applicazioni dei settori industriali viene utilizzato il reattore a letto fluido.
  • Il reattore a letto fluido è ampiamente utilizzato dalla scala commerciale al laboratorio.
  • All'interno del reattore a letto fluido quando aumenta la velocità del fluido sulla sostanza del solido il reattore a letto sale fino ad un periodo in cui la forza del fluido è idonea a regolare bilanciando il peso della sostanza solida. Il periodo del processo è identificato come fluidificazione incipiente ed è avvenuto alla velocità più bassa della fluidizzazione.
  • Nella gassificazione del carbone viene utilizzato per primo il reattore a letto fluido.
progetto di un reattore a letto fluido
Immagine – Schema di base di un reattore a letto fluido;
Credito immagine - wikipedia

Parametri di progettazione del reattore a letto fluido:

I parametri che dipendono dal reattore a letto fluido sono elencati di seguito,

Progettazione meccanica del reattore a letto fluido:

Con l'aiuto dell'equazione di Navier – Stroke si può ricavare il comportamento della fluidizzazione di una particella solida. La fluidificazione viene visualizzata nel caso in cui il fluido scorre verso l'alto e viene utilizzato per mobilitare ed eliminare le particelle solide.

Tre equazioni chiave utilizzate nella fluidizzazione prima della costruzione e della progettazione del progetto che è inclusa nella velocità terminale della particella sferica e nella velocità di fluidizzazione basata sul numero di Reynolds della particella.

La velocità terminale di una particella sferica può essere espressa da questa equazione,

vmax = (πr2)* d2 x (ρsolido – ρfluido) *g / 18*μfluido

La velocità di fluidizzazione di una particella con un numero di Reynolds inferiore a 20 può essere espressa da questa equazione,

Vverbale = (πr2)* d2 x (ρsolido – ρfluido) *g*∈3*φ/150*μfluido*(1-∈)

La velocità di fluidizzazione di una particella con un numero di Reynolds maggiore di 1000 può essere espressa da questa equazione,

Dove,

è indicata come Portata del fluido

r = è indicato con il raggio della particella che scorre nel fluido e il valore è 10 millimetri

d = è indicato il diametro della particella che scorre nel fluido e il valore è 0.15 millimetri

ρsolido = è indicata la densità delle particelle che scorrono nel fluido e il valore è 1.5 chilogrammo per metro cubo

ρfluido è indicata la densità del fluido che scorre e il valore è 1.2 chilogrammo per metro cubo

g è indicato con la Gravità e il valore è 9.81 metri per secondo quadrato.

μ è la viscosità del fluido che scorre e il valore è 1.8 Pascal secondo.

Con φ si indica la sfericità che scorre nel fluido della particella e il valore è 1.0.

Applicazioni del reattore a letto fluido:

Nella preparazione delle acque reflue Reattore a letto fluido ampiamente utilizzato.

Preparazione delle acque reflue:-

  • Nella preparazione delle acque reflue viene utilizzato il reattore a letto fluido per questo motivo il costo può essere minimizzato e rappresentare una preparazione economicamente vantaggiosa per le acque reflue che contengono inquinanti recalcitranti (La miscela che è biogradabile o non biodegradabile in un processo lento che ha identificato come , miscela e gruppo recalcitranti da idrocarburi alogenati facili a polimeri complicati.)
  • Il reattore a letto fluido è ampiamente utilizzato nella preparazione delle acque reflue sebbene nel campo industriale su larga scala il reattore a letto fluido sia utilizzato per il metodo di ossidazione avanzato e anche in laboratorio.
  • Nel cracking catalitico fluidizzato viene utilizzato il reattore a letto fluido introdotto negli anni '1940.
  • Reattore anaerobico a letto fluido di generazione moderna utilizzato come piattaforma anaerobica per ottenere un'elevata resistenza e anche per gli alti flussi di rifiuti solidi come le alghe sottili di etanolo di mais e i fanghi dei comuni.
Immagine – Una scarica di liquido pari a zero diagramma di processo che evidenzia come le acque reflue di un processo industriale vengono convertite tramite un impianto ZLD in acque solide e comportate per il riutilizzo;
Credito immagine - wikipedia

Vantaggi del reattore a letto fluido:

I vantaggi del reattore a letto fluido sono elencati di seguito,

  • La miscelazione delle particelle è uniforme
  • Gradiente di temperatura uniforme
  • Capacità di eseguire il reattore anche nello stato continuo

La miscelazione delle particelle è uniforme: -

Per comportarsi come fluido intrinseco nel materiale solido il letto fluidizzato non potrebbe subire brutte esperienze per la miscelazione nei letti impaccati. La completa e fine miscelazione nel letto fluido permette di ottenere un prodotto uniforme che non è facile ottenere così facilmente negli altri modelli del reattore. La deduzione dei gradienti di concentrazione assiale e radiale consente anche un migliore contatto fluido solido, necessario per la qualità e l'efficienza di reazione.

Gradiente di temperatura uniforme:-

Una vasta gamma di reazioni chimiche richiedeva l'aggiunta di calore o la rimozione di calore. Il punto caldo locale o il punto freddo al di sotto del letto di reazione, ad ogni turno una difficoltà è costituita da letti impaccati, vengono evitati in un letto fluido come un reattore a letto fluido.

In un'altra classificazione del reattore, la differenza della temperatura locale principalmente nell'hotspot può essere dovuta alla degradazione del prodotto.

Per questo motivo particolare il reattore a letto fluido è adatto per la reazione esotermica. Gli osservatori osservano anche che il letto emerga trasferimento di calore coefficiente per il reattore a letto fluido è maggiore.

Possibilità di eseguire il reattore anche allo stato continuo:-

Il carattere del letto fluido di questi reattori è quello di adattarsi all'efficienza di prelevare continuamente il prodotto e stabilire nuovi reagenti nel recipiente di reazione.

Le azioni di una situazione di metodo continuo consentono ai produttori di produrre diversi prodotti in modo più efficiente grazie all'eliminazione delle situazioni di avvio nei metodi batch.

Svantaggi del reattore a letto fluido:

Gli svantaggi del reattore a letto fluido sono elencati di seguito,

  • La dimensione del recipiente del reattore è aumentata
  • Sono necessari caduta di pressione e pompaggio
  • Trascinamento di particelle
  • Scenari di perdita di pressione

La dimensione del recipiente del reattore è aumenta:-

Nel reattore a letto fluido i materiali vengono espansi nel reattore per questo motivo è necessario un reattore di grandi dimensioni rispetto a un reattore a letto impaccato. Le dimensioni del recipiente del reattore di grandi dimensioni significano che è necessario spendere più costi iniziali. Il reattore a letto fluido è diventato molto costoso.

Sono necessari caduta di pressione e pompaggio:-

La necessità che il fluido rompa il materiale che rimane allo stato solido richiede che nel reattore del reattore a letto fluidizzato sia presente una velocità del fluido maggiore.

Per questo particolare motivo è necessaria una maggiore potenza di pompaggio e anche maggiori costi energetici. Inoltre, il calo di pressione è attaccato con i letti profondi quindi richiede anche potenza aggiuntiva del pompaggio.

Trascinamento di particelle:-

Le elevate velocità del gas presenti in questo tipo di reattore spesso provocano la formazione di particelle fini trascinato nel fluido. Queste particelle catturate vengono quindi portate fuori dal reattore con il fluido, dove devono essere separate.

Questo può essere un problema molto difficile e costoso da affrontare a seconda del design e della funzione del reattore. Questo può spesso continuare a essere un problema anche con altre tecnologie di riduzione del trascinamento.

Scenari di perdita di pressione:-

Se la pressione di fluidificazione viene improvvisamente persa, perché l'area della superficie del letto potrebbe iniziare improvvisamente a ridursi. Questo può essere un inconveniente come rendere difficile il riavvio del letto o può avere implicazioni più gravi, come reazioni incontrollate.

Gli altri svantaggi del reattore a letto fluido sono,

  • Mancanza di comprensione attuale
  • Erosione dei componenti interni

Principio di funzionamento del reattore a letto fluido:

Lo scopo della fluidificazione è di mantenere le particelle solide galleggianti in una direzione verso l'alto in un flusso di liquido o gas. Nel congelamento, il processo di fluidizzazione si verifica quando particelle della stessa dimensione e forma sono sottoposte a un flusso ascendente di aria a bassa temperatura.

Il principio di funzionamento del reattore a letto fluido è descritto di seguito,

  • Il reattore a letto fluido funziona principalmente nel flusso di co-corrente.
  • In generale nel reattore a letto fluido vengono utilizzati tre diversi tipi di particelle,
  • un. Nucleo inerte in cui la biomassa viene creata con l'aiuto dell'attaccamento cellulare.
  • b. Aggregati cellulari.
  • c. Particelle porose, in cui generalmente è imbevuto il biocatalizzatore.
  • Gli strati solidi si riferiscono al materiale catalitico in cui vengono fatti reagire i reattori chimici nel reattore a letto fluido adottato dalla piastra porosa il cui termine viene identificato come distributore.
  • Nella fase successiva il fluido viene forzato dal distributore in modo che il materiale catalitico solido possa salire.
  • All'interno del reattore a letto fluido quando aumenta la velocità del fluido sulla sostanza del solido il reattore a letto sale fino ad un periodo in cui la forza del fluido è idonea a regolare bilanciando il peso della sostanza solida. Il periodo del processo è identificato come fluidificazione incipiente ed è avvenuto alla velocità più bassa della fluidizzazione.
  • Quando la velocità più bassa viene superata, il volume del letto del reattore viene distribuito e attorcigliato più che come una ciotola d'acqua bollente o un serbatoio agitato. Il reattore è ora posto nel letto fluidizzato.
  • Un letto che viene riempito con gli enzimi immobilizzati viene fluidizzato con il flusso rapido del vapore fluido secondario o il flusso di uno strato verso l'alto o mescolandosi con un liquido.
  • A seconda delle condizioni di funzionamento e delle caratteristiche della fase solida è possibile notare un'ampia gamma di regimi di flusso nel reattore a letto fluido.

Conclusione:

Il reattore a letto fluido è utilizzato in un'ampia gamma di settori industriali di lavorazione dei materiali in cui è necessaria una buona quantità di calore e trasferimento di massa tra le particelle e la massa. L'energia è fornita nel reattore a letto fluido dal gas caldo che fluidifica anche il letto.

Indrani Banerjee

Ciao..sono Indrani Banerjee. Ho completato la mia laurea in ingegneria meccanica. Sono una persona entusiasta e sono una persona positiva in ogni aspetto della vita. Mi piace leggere libri e ascoltare musica. Connettiamoci tramite LinkedIn-https://www.linkedin.com/in/indrani-banerjee-2487b4214

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