3 Exemple de réacteur à écoulement piston : application, fonctionnement, formule, conception, diagramme

Le réacteur tubulaire continu est un autre terme pour le modèle de réacteur à écoulement piston, ou PFR. Prenons quelques exemples de la théorie, de la forme et de la disposition d'un réacteur à écoulement piston en cours d'utilisation.

3 Des exemples de réacteurs à écoulement piston sont donnés ci-dessous :

• Un rideau de douche
• Les murs d'une baignoire
• Un mur de canyon s'infiltre

Un rideau de douche

Les meilleurs rideaux de douche pour empêcher l'eau de jaillir à l'extérieur de la douche sont ceux en toile de coton non traitée, en chanvre ou en nylon. Semblables aux mèches, les rideaux de douche dirigent l'eau dans la baignoire en la canalisant à travers le tissu et vers le bas. Aucune doublure n'est nécessaire. Après avoir pris une douche, ouvrez le rideau et suspendez-le à l'extérieur de la baignoire pour le faire sécher.

Les murs d'une baignoire

Les parois de la baignoire ou de la douche sont protégées de l'eau et de l'humidité par une finition élégante, qui confère à la salle de bain une touche artistique et de la couleur. L'acrylique a gagné en popularité ces dernières années en tant que meilleur matériau pour les murs de la baignoire. Pour recouvrir une vieille baignoire, des feuilles de PVC le plastique ou l'acrylique sont moulés à la taille d'une baignoire, placés dessus, puis collés.

Un mur de canyon s'infiltre

L'érosion est la principale cause des canyons. L'eau courante d'une rivière érode ou use le sol et les roches pendant des milliers ou des millions d'années pour créer une vallée. Des cours d'eau rapides alimentés par la pluie ou la fonte des neiges provenant de zones plus humides ont creusé certains des canyons les plus grands et les plus connus sur un terrain sec.

Application réacteur à écoulement piston

Un tuyau cylindrique avec des ouvertures pour les réactifs et les produits à traverser constitue des réacteurs à écoulement piston. Discutons de l'application du réacteur à écoulement piston.

• Dans les milieux industriels, les réacteurs à écoulement piston sont utilisés lorsqu'une réaction chimique nécessite une quantité importante de exothermique ou d'énergie explosive.
• Pour s'assurer que les composants sont mélangés statiquement, des réacteurs à écoulement piston sont utilisés.
• Le transfert de chaleur entre l'instrument et son environnement était sûr dans les réacteurs à écoulement piston.
• À l’heure actuelle, biodiesel et d'autres biocarburants avec un mécanisme de recyclage sont produits à l'aide de réacteurs à écoulement piston. En raison de son fonctionnement en régime permanent, le réacteur à écoulement piston est principalement préféré pour la production de bioénergie. De plus, aucune agitation ou chicane n'est nécessaire dans le réacteur bouchon.  

En règle générale, les réacteurs à écoulement piston fonctionnent en régime permanent. Au fur et à mesure que les réactifs se déplacent le long du réacteur, ils sont continuellement consommés.

Fonctionnement du réacteur à écoulement piston

En écoulement mixte, la vitesse de réaction diminue rapidement à une valeur faible tandis qu'en écoulement piston, la vitesse de réaction diminue progressivement dans tout le système. Regardons le réacteur à écoulement piston en action.

• Le fluide s'écoulant à travers un réacteur à écoulement piston est modélisé comme une collection de bouchons cohérents qui sont infiniment minces et ont des compositions uniformes.
• Chaque bouchon a une composition unique par rapport à ceux qui le précèdent et le suivent lorsqu'ils se déplacent dans la direction axiale du réacteur.
• La prémisse fondamentale est que, lorsqu'un bouchon traverse un PFR, le fluide est parfaitement mélangé dans le sens radial mais pas du tout mélangé dans le sens axial (pas avec l'élément en amont ou en aval).
• En conséquence, chaque bouchon est traité comme une entité distincte et fonctionne comme un réacteur discontinu indéfiniment petit avec un mélange qui se rapproche du volume zéro.
• Le temps de séjour de l'élément bouchon est calculé à partir de sa position dans le réacteur lorsqu'il s'écoule dans le réacteur à écoulement piston.
• La distribution du temps de séjour est par conséquent une impulsion dans cette formulation du réacteur à écoulement piston idéal (une petite fonction de pointe étroite).

Pour estimer les variables importantes du réacteur, y compris la taille du réacteur, le modèle de réacteur à écoulement piston est utilisé pour prévoir le comportement des réacteurs chimiques de conception tubulaire.

Conception de réacteur à écoulement piston

Le temps de séjour exact pour la masse traversant le réacteur varie du temps de séjour moyen dans un CSTR dans un réacteur à écoulement piston idéal. Voyons la disposition du réacteur à écoulement piston.

• Les réacteurs à écoulement piston sont également connus sous le nom de réacteurs à écoulement à piston, réacteurs à écoulement par bouchons, réacteurs à écoulement tubulaire parfait et réacteurs à écoulement non mélangé.
• Le modèle d'écoulement du réacteur à écoulement piston est un écoulement piston.
• L'écoulement ordonné de fluide à travers un réacteur à écoulement piston est défini comme aucun élément fluide ne passant au-dessus ou ne se mélangeant avec un autre élément devant ou derrière lui.
• Dans un réacteur à bouchon, le fluide peut vraiment être mélangé latéralement, mais il doit également y avoir un mélange ou une diffusion tout au long de la voie d'écoulement.
• Le temps de séjour égal pour chaque élément fluide dans le réacteur sert de condition requise et suffisante pour l'écoulement piston.

Schéma du réacteur à écoulement piston

La technique de réaction rapide dans les systèmes à écoulement piston est basée sur un système cinétique rapide à écoulement continu. Voici un schéma d'un réacteur à écoulement piston.

L'intervalle de temps peut être déterminé à partir du débit si la distance entre le point de départ de la réaction et le détecteur de produit est connue. Le temps nécessaire pour atteindre le rendement le plus élevé peut alors être calculé en ajustant la distance.

Formule de réacteur à écoulement piston

Le fait que la matière s'écoule à travers un réacteur à écoulement piston est sa caractéristique la plus importante. Regardons la formule d'un réacteur à écoulement piston.

• Etant donné que la composition du fluide varie le long du canal d'écoulement dans un réacteur à écoulement piston, le bilan matière d'un composant de réaction doit tenir compte d'un élément différentiel de volume dV.
• (Taux d'écoulement de réactif dans l'élément de volume) = (Taux d'écoulement de réactif hors de l'élément de volume) + (Taux de perte de réactif due à réaction chimique dans l'élément de volume) + (Taux d'accumulation du réactif dans l'élément de volume)
• En conséquence, l'équation du bilan massique du réactif A est résolue pour zéro.
• Entrée = Sortie + Réaction + Accumulation + Disparition.
• Maintenant, F_A = (F_A + dF_A)+(-r_A)dV, Rien que, dF_A = d[F_A0 (1 FOIS_A)] = -F_A0dX_A, On obtient au remplacement, -F_A0dX_A = (-r_A)dV.
• L'équation pour A dans la section différentielle du réacteur avec le volume dV est donc celle-ci.
• La phrase doit être intégrée pour l'ensemble du réacteur.
• F_A0, la vitesse d'avance, est maintenant constante, mais il est clair que r_A dépend de la concentration ou de la conversion du matériau.
• Lorsque nous regroupons les termes de manière appropriée, nous obtenons,

• Pour un débit d'alimentation spécifique et une conversion nécessaire, l'équation susmentionnée permet d'estimer la taille du réacteur.
• Si la charge sur laquelle est basée la conversion, indice 0, entre dans le réacteur partiellement converti, indice, et repart à une conversion notée indice f, on obtient, comme expression plus générique pour les réacteurs à écoulement piston,

• Pour le cas particulier du système à densité constante, X_A= 1 – C_A/C_A0 et, dX_A = dC_A/C_A0.
• Dans ce cas, l'équation de performance peut être représentée en fonction de la concentration ou

Modèle de réacteur à écoulement piston

Les températures dans les réacteurs à écoulement piston peuvent être difficiles à gérer et peuvent produire des gradients de température défavorables. Voyons d'abord le modèle de réacteur à écoulement piston.

• Les processus chimiques se produisant à l'intérieur d'un tube sont modélisés à l'aide d'un réacteur à écoulement piston.
• Un exemple idéalisé qui peut être utilisé dans le processus de conception de réacteur est le réacteur à écoulement piston.
• Ce blog suppose que le modèle de réacteur à écoulement piston est adiabatique et fonctionne à pression constante.
• La seule réaction considérée comme se produisant est une phase gazeuse décomposition processus, qui suit la formule A -> 2B + C.

De plus, la maintenance du réacteur à écoulement piston est plus coûteuse que la maintenance du CSTR. Une boucle de recyclage permet à un réacteur à écoulement piston de fonctionner de la même manière qu'un CSTR.

Conclusion

Avec cette étude, nous pouvons tirer la conclusion que puisque les réacteurs à écoulement piston sont des outils essentiels pour la prédiction, des précautions doivent être prises car les systèmes à écoulement réel montrent une variation significative des temps de séjour. Lors de la mise à l'échelle des réacteurs à flux, la répartition des temps de séjour est l'un des éléments à prendre en compte.