Упакованная кровать
В химической обработке насадочный слой представляет собой полую трубку , трубку или другой сосуд, заполненный упаковочным материалом. Набивной слой может быть произвольно заполнен небольшими предметами, такими как кольца Рашига , или же это может быть специально разработанная структурированная насадка . Насадочные слои также могут содержать частицы катализатора или адсорбенты, такие как гранулы цеолита, гранулированный активированный уголь и т. д.
Целью насадочного слоя обычно является улучшение контакта между двумя фазами в химическом или аналогичном процессе. Насадочные слои можно использовать в химическом реакторе , процессе дистилляции или скруббере , но насадочные слои также используются для хранения тепла на химических заводах. В этом случае горячим газам позволяют выйти через сосуд, набитый огнеупорным материалом, пока насадка не станет горячей. Затем воздух или другой холодный газ подается обратно в установку через горячий слой, тем самым предварительно нагревая подаваемый воздух или газ.
Приложения
[ редактировать ]Насадочный слой, используемый для проведения процессов разделения , таких как абсорбция , отгонка и дистилляция , известен как насадочная колонна. [1] Колонки, используемые в некоторых видах хроматографии и состоящие из трубки, заполненной насадочным материалом, также могут называться насадочными колонками, и их структура имеет сходство с насадочными слоями.
Слой колонны может быть заполнен случайно сброшенным насадочным материалом (создание случайного насадочного слоя) или структурированными секциями насадки , которые расположены таким образом, что заставляют жидкости проходить сложные пути через слой (создавая структурированный насадочный слой). В колонне жидкости стремятся смачивать поверхность насадочного материала, а пары проходят через эту смоченную поверхность, где и массоперенос происходит . Вместо тарелок можно использовать насадочные материалы для улучшения разделения в ректификационных колоннах. Преимущество насадки заключается в более низком перепаде давления в колонне (по сравнению с тарелками или тарелками ), что полезно при работе в вакууме. Упаковочные материалы разной формы имеют разную площадь поверхности и пустое пространство между набивкой. Оба эти фактора влияют на производительность упаковки.
Другим фактором производительности, помимо формы и площади поверхности насадки, является распределение жидкости и пара, попадающих в слой насадки. Количество теоретических стадий, необходимых для данного разделения, рассчитывается с использованием определенного соотношения пара и жидкости. Если жидкость и пар неравномерно распределены по поверхностной площади башни при входе в насадочный слой, соотношение жидкости и пара будет неправильным и требуемое разделение не будет достигнуто. Кажется, что упаковка работает неправильно. Высота, эквивалентная теоретической пластине (HETP), будет больше ожидаемой. Проблема не в самой насадке, а в неправильном распределении жидкостей, попадающих в насадочный слой. Эти колонны могут содержать распределители и перераспределители жидкости, которые помогают равномерно распределить жидкость по сечению насадки, повышая эффективность массообмена. [1] Конструкция распределителей жидкости, используемых для подачи сырья и орошения в слой насадки, имеет решающее значение для обеспечения максимальной эффективности работы насадки.
Насадочные колонны имеют непрерывную кривую равновесия пар-жидкость, в отличие от обычной тарельчатой дистилляции, в которой каждая тарелка представляет собой отдельную точку равновесия пар-жидкость. Однако при моделировании насадочных колонн полезно рассчитать количество теоретических тарелок, чтобы определить эффективность разделения насадочной колонны по сравнению с более традиционными тарелками. При проектировании сначала определяется количество необходимых стадий теоретического равновесия, а затем высота упаковки, эквивалентная стадии теоретического равновесия , известная как высота, эквивалентная теоретической тарелке также определяется (HETP). Общая требуемая высота упаковки равна теоретическому числу ступеней, умноженному на HETP.
Реакторы с насадочным слоем (PBR)
[ редактировать ]Реакторы с насадочным слоем представляют собой реакторные сосуды, содержащие неподвижный слой каталитического материала. Они широко используются в химической промышленности и находят основное применение в гетерогенных газофазных каталитических реакциях. К преимуществам использования реактора с насадочным слоем относятся высокая конверсия реагентов на единицу массы катализатора, относительно низкие эксплуатационные затраты и непрерывная работа. К недостаткам относятся наличие температурных градиентов по всему слою, плохой контроль температуры и сложное обслуживание реактора. [2]
Теория
[ редактировать ]Уравнение Эргуна можно использовать для прогнозирования падения давления по длине насадочного слоя с учетом скорости жидкости , размера насадки, а также вязкости и плотности жидкости.
Уравнение Эргуна, хотя и надежно для систем на поверхности Земли, ненадежно для предсказания поведения систем в условиях микрогравитации. проводятся эксперименты В настоящее время на борту Международной космической станции по сбору данных и разработке надежных моделей орбитальных реакторов с уплотненным слоем. [3]
Мониторинг
[ редактировать ]Производительность насадочного слоя во многом зависит от потока материала через него, который, в свою очередь, зависит от насадки и способа управления потоком. Томографические методы, такие как ближний инфракрасный , рентгеновский , гамма-лучи, электроемкостная томография , томография электрического сопротивления , используются для количественной оценки закономерностей распределения жидкости в насадочных колонках; Выбор томографического метода зависит от основного интересующего измерения, случайности упаковки, требований безопасности, желаемой скорости сбора данных и бюджета. [4] [5] [6] [7] [8] [9]
См. также
[ редактировать ]- Непрерывная дистилляция - Форма дистилляции
- Уравнение Козени-Кармана - соотношение, используемое в области гидродинамики.
- Кипящий слой - Физическое явление
- Industrial Tomography Systems - компания в Манчестере, Великобритания.
- Кольца Диксона
- Случайная упаковка столбцов
Библиография
[ редактировать ]- Перри, Роберт Х. и Грин, Дон В. (1984). Справочник инженеров-химиков Перри (6-е изд.). МакГроу-Хилл. ISBN 0-07-049479-7 .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Сидер, Дж. Д. и Хенли, Эрнест Дж. (2006). Принципы процесса разделения (2-е изд.). Джон Уайли и Зонстам. ISBN 0-471-46480-5 .
- ^ Фоглер, Х. Скотт (2006). Элементы технологии химических реакций (4-е изд.). Прентис Холл. ISBN 0-13-047394-4 .
- ^ Сент-Онж, Том. «ПБРЭ» . Космические летательные системы . Исследовательский центр Гленна. Архивировано из оригинала 5 сентября 2015 года . Проверено 13 декабря 2015 г.
- ^ Салем, Карийм; Цоцас, Евангелос; Мьюз, Дитер (1 января 2005 г.). «Томографическое измерение прорыва в адсорбере с насадочным слоем» . Химико-техническая наука . 60 (2): 517–522. дои : 10.1016/j.ces.2004.08.013 . ISSN 0009-2509 .
- ^ Той, Д; Маршо, П; Крин, М; L'Homme, G (1 марта 1996 г.). «Моделирование многофазного течения в насадочных пластах методом компьютерной рентгеновской томографии» . Измерительная наука и технология . 7 (3): 436–443. дои : 10.1088/0957-0233/7/3/027 . ISSN 0957-0233 .
- ^ Йохансен, Джорджия (2015), «Гамма-томография» , Промышленная томография , Elsevier, стр. 197–222, doi : 10.1016/b978-1-78242-118-4.00007-1 , ISBN 978-1-78242-118-4 , получено 22 октября 2023 г.
- ^ Шуберт, Маркус; Хессель, Гюнтер; Зиппе, Корнелиус; Ланге, Рюдигер; Хампель, Уве (01 июля 2008 г.). «Анализ текстуры потока жидкости в реакторах с капельным слоем с использованием гамма-томографии высокого разрешения» . Химико-технологический журнал . 140 (1): 332–340. дои : 10.1016/j.cej.2007.10.006 . ISSN 1385-8947 .
- ^ Ву, Хао; Бушл, Билл; Ян, Юнджи; Тан, Чао; Донг, Фэн; Цзя, Цзябин; Люкко, Матье (01 декабря 2018 г.). «Измерение распределения и удержания жидкости в противоточной насадочной колонне методом электроемкостной томографии» . Химико-технологический журнал . 353 : 519–532. дои : 10.1016/j.cej.2018.07.016 . hdl : 20.500.11820/ac4eaca9-e1ee-4908-bbf9-970328f64eb8 . ISSN 1385-8947 .
- ^ Эда, Такеши; Сапкота, Ачют; Харута, Джун; Нисио, Масаюки; Такей, Масахиро (2013). «Экспериментальное исследование распространения и неравномерного распределения жидкости в реакторе с капельным слоем с использованием томографии электрического сопротивления» . Журнал энергетики и энергетических систем . 7 (2): 94–105. дои : 10.1299/jpes.7.94 .