A transport-oriented approach to residence time distributions and two-phase chemical reactors

Authors


Abstract

This paper focuses on two-phase (e.g., fluid-solid catalyst) chemical reactors where one phase participates in the feed and effluent, first order chemical reactions proceed in the other phase and linear, species-dependent, interphase transport connects the phases. A class of reactors exists in which the Laplace transform of the dynamic reaction/interphase transport equations reduces to essentially that of an effective set of first order reactions amongst effluent phase species only, in an imaginary single phase reactor.

This result bears on scale-up: Since the imaginary reactor simply scales with the usual residence time distribution, so too do reactors of this class scale with its analog. This easily measurable analog turns out to be just the non-adsorbing tracer experiment. Significantly, certain reactors outside of this class do not scale likewise, even with first order chemistry; an example illustrates.

The class in question includes, but is not limited to, fixed bed and Berty (CSTR) reactors. The analysis allows design inferences for two-phase reactors, including fluidized beds.

Abstract

On s'intéresse dans cet article aux réacteurs chimiques biphasiques (p. ex. catalyseur fluide-solides), dans lesquels une phase participe à l'alimentation et à l'effluent, des réactions chimiques du premier ordre se produisent dans l'autre phase et dans lequel un transport linéaire dépendant des espèces assure la connexion entre les phases. Il existe une catégorie de réacteurs pour lesquels la transformée de Laplace des équations de transport dynamique réactions/interphases se réduit essentiellement à une transformée d'une série de réactions du premier ordre efficaces parmi les espèces de la phase effluent seulement, dans un réacteur monophasique imaginaire.

Ce résultat s'appui sur une mise à l'échelle: comme le réacteur imaginaire est simplement mis à l'échelle avec la distribution du temps de séjour habituelle, de měme les réacteurs de cette categorie sont mis à l'echelle avec leur analogue. Cet analogue facilement mesurable est apparu ětre justement l'expérience de traceurs non adsorbants. De façon identique, měme avec une chimie du premier ordre; nous en donnons un exemple.

Les réacteurs en question comprennent, sans toutefois s'y limiter, les réacteurs à lit fixe et les réacteurs Berty (réacteurs agités continus). L'analyse permet des inférences de conception pour les réacteurs biphasiques, dont les lits fluidisés.

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