تصميم مفاعل الطبقة المميعة: رسم بياني ، معلمات ، تطبيقات ، مزايا وعيوب


في هذه المقالة ، سيتم تلخيص الموضوع المسمى "تصميم مفاعل الطبقة المميعة" والحقائق المتعلقة بتصميم مفاعل الطبقة المميعة مثل التصميم والرسم التخطيطي والمعلمات والتطبيقات.

مفاعل الطبقة المميعة هو تصنيف لجهاز المفاعل الذي يقوم بشكل أساسي بمجموعة واسعة من التفاعلات الكيميائية متعددة الأطوار. في مفاعل الطبقة المميعة ، تمر مادة سائلة يمكن أن تبقى في حالة سائلة أو غازية بسرعة عالية بواسطة مادة حبيبية صلبة. شروط الإجراء مثل التميع.

في التطبيقات المختلفة للمجالات الصناعية ، يتم استخدام مفاعل الطبقة المميعة.

مخطط مفاعل الطبقة المميعة:

مفاعلات الطبقة المميعة هي أكثر تكوينات المفاعلات شيوعًا المستخدمة للتفاعلات التي تشتمل على المواد المتفاعلة الصلبة. في FBR ، يتم تمرير وسيط التميع (غاز أو سائل) عبر طبقة المتفاعلات الصلبة بسرعات عالية كافية لتعليق المادة الصلبة وجعلها تتصرف مثل السوائل.

الرسم التخطيطي لمفاعل الطبقة المميعة موضح أدناه ،

  • مفاعل الطبقة المميعة هو تصنيف لجهاز المفاعل الذي يقوم بشكل أساسي بمجموعة واسعة من التفاعلات الكيميائية متعددة الأطوار.
  • في مفاعل الطبقة المميعة ، تمر مادة سائلة يمكن أن تبقى في حالة سائلة أو غازية بسرعة عالية بواسطة مادة حبيبية صلبة.
  • يتم الإبلاغ عن شروط الإجراء مثل التميع ، لصالح مفاعل الطبقة المميعة بشكل أساسي.
  •  في تطبيقات مختلفة من المجالات الصناعية ، يتم استخدام مفاعل الطبقة المميعة.
  • مفاعل الطبقة المميعة يستخدم على نطاق واسع في النطاق التجاري للمختبر.
  • داخل مفاعل الطبقة المميعة عندما تزداد سرعة المائع على المادة الصلبة ، يرتفع مفاعل الطبقة إلى فترة تكون فيها قوة المائع مناسبة لضبط موازنة وزن المادة الصلبة. يتم تحديد فترة العملية على أنها تميع أولي وحدث عند أدنى سرعة للتميع.
  • في تغويز الفحم ، يتم استخدام مفاعل الطبقة المميعة أولاً.
تصميم مفاعل الطبقة المميعة
صورة - مخطط أساسي لمفاعل الطبقة المميعة ؛
حقوق الصورة - ويكيبيديا

معلمات تصميم مفاعل الطبقة المميعة:

المعلمات التي تعتمد على مفاعل الطبقة المميعة مذكورة أدناه ،

التصميم الميكانيكي لمفاعل الطبقة المميعة:

بمساعدة معادلة Navier-Stroke ، يمكن اشتقاق سلوك تمييع الجسيم الصلب. يظهر التميع في حالة تدفق السائل في اتجاه تصاعدي ويستخدم لتعبئة وإزالة الجسيمات الصلبة.

ثلاث معادلات رئيسية مستخدمة في التميع قبل بناء وتصميم المشروع الذي تم تضمينه في السرعة النهائية للجسيم الكروي وكذلك سرعة التميع بناءً على رقم رينولدز للجسيم.

يمكن التعبير عن السرعة النهائية لجسيم كروي بهذه المعادلة ،

vماكس = (πr2)* د2 س (ρالصلبة - ρمائع) * جم / 18 * ميكرولترمائع

يمكن التعبير عن سرعة تمييع جسيم برقم رينولدز أقل من 20 بواسطة هذه المعادلة ،

Vدقيقة = (πr2)* د2 س (ρالصلبة - ρمائع) * ز * ∈3* / 150 * ميكرومترمائع* (1-∈)

يمكن التعبير عن سرعة تمييع جسيم برقم رينولدز أكثر من 1000 بواسطة هذه المعادلة ،

أين،

تدل على معدل تدفق السائل

r = يشير إلى نصف قطر الجسيم الذي يتدفق في السائل والقيمة 10 ملليمتر

d = يُرمز إلى قطر الجسيم الذي يتدفق في السائل وتبلغ قيمته 0.15 ملليمتر

ρالصلبة = تدل على كثافة الجسيمات التي تتدفق في السائل وتبلغ قيمتها 1.5 كيلوجرام لكل متر مكعب

ρمائع تدل على كثافة السائل المتدفق والقيمة 1.2 كيلوجرام لكل متر مكعب

يرمز g إلى الجاذبية والقيمة 9.81 متر لكل ثانية مربعة.

μ تدل على لزوجة السائل المتدفق والقيمة 1.8 باسكال ثانية.

φ تدل على الكروية التي تتدفق في مائع الجسيم والقيمة هي 1.0.

تطبيقات مفاعل الطبقة المميعة:

في مفاعل الطبقة المميعة إعداد مياه الصرف المستخدمة على نطاق واسع.

تحضير مياه الصرف الصحي: -

  • في تحضير مياه الصرف ، يتم استخدام مفاعل الطبقة المميعة لهذا السبب يمكن تقليل التكلفة وتمثل كإعداد فعال من حيث التكلفة لمياه الصرف التي تحتوي على ملوثات معارضة (الخليط القابل للتدرج الحيوي أو غير القابل للتحلل البيولوجي في عملية بطيئة تم تحديدها على أنها ، خليط معقد ومجموعة من الهيدروكربونات المهلجنة السهلة إلى البوليمرات المعقدة.)
  • يستخدم مفاعل الطبقة المميعة على نطاق واسع في تحضير مياه الصرف على الرغم من أنه في المجال الصناعي واسع النطاق ، يتم استخدام مفاعل الطبقة المميعة لطريقة الأكسدة المتقدمة وأيضًا في المختبر.
  • في التكسير التحفيزي المميع ، يتم استخدام مفاعل الطبقة المميعة الذي تم تقديمه في الأربعينيات.
  • يستخدم مفاعل الطبقة المميعة اللاهوائية في الجيل الحديث كمنصة لا هوائية لتحقيق قوة عالية وأيضًا لتدفقات النفايات الصلبة العالية مثل الإيثانول والذرة الرقيقة والحمأة في البلديات.
صورة - تصريف سائل صفري مخطط العملية يسلط الضوء على كيفية تحويل المياه العادمة الناتجة عن عملية صناعية عبر مصنع ZLD إلى مواد صلبة ومياه فاعلة لإعادة استخدامها ؛
حقوق الصورة - ويكيبيديا

مزايا مفاعل الطبقة المميعة:

مزايا مفاعل الطبقة المميعة مذكورة أدناه ،

  • يتم خلط الجسيمات بشكل موحد
  • درجة حرارة متدرجة موحدة
  • القدرة على أداء المفاعل حتى في الحالة المستمرة

يتم خلط الجسيمات بشكل موحد: -

من أجل التصرف مثل السوائل الجوهرية في المادة الصلبة ، لا يمكن أن تحصل الطبقة المميعة على تجربة سيئة للخلط في الأسِرَّة المعبأة. يسمح الخلط الكامل والدقيق في الطبقة المميعة بصنع منتج موحد ليس من السهل تحقيقه بسهولة في التصميمات الأخرى للمفاعل. حتى أن خصم تدرجات التركيز المحورية والشعاعية يلائم تلامسًا أفضل للسائل الصلبة ، وهو أمر ضروري للجودة وكفاءة التفاعل.

درجة حرارة متدرجة موحدة: -

احتاج الكثير من التفاعلات الكيميائية إلى إضافة الحرارة أو إزالة الحرارة. بقعة ساخنة محلية أو بقعة باردة أسفل طبقة التفاعل ، عند كل منعطف توجد صعوبة في أسرة معبأة ، يتم تجنبها في طبقة مميعة مثل مفاعل الطبقة المميعة.

في تصنيف آخر للمفاعل ، يمكن أن يحدث اختلاف درجة الحرارة المحلية بشكل رئيسي في النقطة الساخنة نتيجة تدهور المنتج.

لهذا السبب بالذات يكون مفاعل الطبقة المميعة مناسبًا للتفاعل الطارد للحرارة. لوحظ المراقبون أيضا أن السرير إلى السطح نقل الحرارة معامل الطبقة المميعة أعلى.

القدرة على أداء المفاعل حتى في الحالة المستمرة: -

تتمثل خاصية الطبقة المميعة لهذه المفاعلات في استيعاب الكفاءة في انتقاء المنتج باستمرار وإنشاء مواد متفاعلة جديدة في وعاء التفاعل.

تؤدي إجراءات حالة الطريقة المستمرة إلى التخلي عن الشركات المصنعة لإنتاج العديد من المنتجات بكفاءة أكبر بسبب التخلص من حالات بدء التشغيل في طرق الدُفعات.

عيوب مفاعل الطبقة المميعة:

يتم سرد عيوب مفاعل الطبقة المميعة أدناه ،

  • يزداد حجم وعاء المفاعل
  • هناك حاجة إلى انخفاض الضغط والضخ
  • انتفاخ الجسيمات
  • سيناريوهات فقدان الضغط

يزداد حجم وعاء المفاعل: -

في مفاعل الطبقة المميعة ، يتم توسيع المواد في المفاعل لهذا السبب هناك حاجة إلى وعاء مفاعل كبير الحجم بدلاً من مفاعل الطبقة المميعة. يعني حجم وعاء المفاعل الكبير الحاجة إلى إنفاق المزيد من التكلفة الأولية. أصبح مفاعل الطبقة المميعة مكلفًا للغاية.

مطلوب هبوط الضغط وضخ: -

تتطلب ضرورة أن يكسر المائع المادة التي تظل في الحالة الصلبة وجود سرعة مائع أعلى في مفاعل مفاعل الطبقة المميعة.

لهذا السبب بالذات ، هناك حاجة إلى مزيد من قوة الضخ وكذلك ارتفاع تكاليف الطاقة المطلوبة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن هبوط الضغط متصلة بالأسرة العميقة وبالتالي تتطلب أيضًا طاقة إضافية للضخ.

تراين الجسيمات: -

غالبًا ما تؤدي السرعات العالية للغاز الموجودة في هذا النمط من المفاعل إلى تكوّن جزيئات دقيقة محجوز في السائل. يتم بعد ذلك إخراج هذه الجسيمات الملتقطة من المفاعل بالسائل ، حيث يجب فصلها.

يمكن أن تكون هذه مشكلة صعبة ومكلفة للغاية لمعالجتها اعتمادًا على تصميم ووظيفة المفاعل. قد يستمر هذا في كثير من الأحيان في أن يكون مشكلة حتى مع تقنيات تقليل الانجراف الأخرى.

سيناريوهات فقدان الضغط: -

إذا فقد ضغط التميع فجأة ، فقد تبدأ مساحة سطح السرير في الانخفاض فجأة. يمكن أن يكون هذا مصدر إزعاج مثل جعل إعادة تشغيل السرير أمرًا صعبًا ، أو قد يكون له تداعيات أكثر خطورة ، مثل ردود الفعل الجامحة.

العيوب الأخرى لمفاعل الطبقة المميعة هي ،

  • عدم الفهم الحالي
  • تآكل المكونات الداخلية

مبدأ عمل مفاعل الطبقة المميعة:

الغرض من التميع هو إبقاء الجسيمات الصلبة تطفو في اتجاه تصاعدي في تدفق سائل أو غاز. في حالة التجميد ، تحدث عملية التميع عندما يتعرض نفس حجم الجزيئات وشكلها لتيار تصاعدي من الهواء ذي درجة الحرارة المنخفضة.

يتم وصف مبدأ عمل مفاعل الطبقة المميعة أدناه ،

  • يعمل مفاعل الطبقة المميعة بشكل أساسي في تدفق التيار المشترك.
  • بشكل عام ، يتم استخدام مفاعل الطبقة المميعة ثلاثة أنواع مختلفة من الجسيمات ،
  • أ. قلب خامل يتم فيه إنشاء الكتلة الحيوية بمساعدة مرفق الخلية.
  • ب. مجاميع الخلايا.
  • ج. الجسيمات المسامية ، حيث يتم نقع المحفز الحيوي بشكل عام.
  • تشير الطبقات الصلبة إلى المادة المحفزة التي تتفاعل فيها المفاعلات الكيميائية في مفاعل الطبقة المميعة المعتمد بواسطة الصفيحة المسامية التي تم تحديد المصطلحها على أنها موزع.
  • في الخطوة التالية ، يتم دفع السائل بواسطة الموزع وبالتالي يمكن أن ترتفع المادة الحفازة الصلبة.
  • داخل مفاعل الطبقة المميعة عندما تزداد سرعة المائع على المادة الصلبة ، يرتفع مفاعل الطبقة إلى فترة تكون فيها قوة المائع مناسبة لضبط موازنة وزن المادة الصلبة. يتم تحديد فترة العملية على أنها تميع أولي وحدث عند أدنى سرعة للتميع.
  • عندما تتلاشى أدنى سرعة ، ينتشر حجم طبقة المفاعل ويلتوي أكثر من وعاء غليان الماء أو خزان مهتاج. يتم وضع المفاعل الآن في الطبقة المميعة.
  • يتم تمييع الطبقة المملوءة بالأنزيمات المجمدة بالتدفق السريع للبخار المائع الثانوي أو تدفق الاتجاه التصاعدي للطبقة أو بالاختلاط مع سائل.
  • اعتمادًا على حالة العملية وخصائص المرحلة الصلبة ، يمكن ملاحظة مجموعة واسعة من أنظمة التدفق في مفاعل الطبقة المميعة.

الخلاصة:

يستخدم مفاعل الطبقة المميعة في مجموعة واسعة من المجالات الصناعية لمعالجة المواد حيث هناك حاجة إلى كمية جيدة من الحرارة ونقل الكتلة بين الجسيمات والكتلة. يتم توفير الطاقة في مفاعل الطبقة المميعة من الغاز الدافئ الذي يعمل أيضًا على تمييع الطبقة.

إندراني بانيرجي

مرحباً .. أنا إندراني بانيرجي. أكملت درجة البكالوريوس في الهندسة الميكانيكية. أنا شخص متحمس وأنا شخص إيجابي حول كل جانب من جوانب الحياة. أحب قراءة الكتب والاستماع إلى الموسيقى. دعنا نتواصل من خلال LinkedIn-https: //www.linkedin.com/in/indrani-banerjee-2487b4214

آخر المقالات