Slide 1

Prepis

1 ÚCHP AV ČR, v.v.i. Dizertačná práa názov: Návrh a optimalizáia reaktora pre katalytikú oxidáiu glukózy autor: Zuzana Gogová školiteľ: Prof. Jiří Hanika

2 Modelová reakia R C Pd/C + H + 1/2 2 R C + H 2 H Proesy výroby kyseliny glukónovej: - katalytiká oxidáia, - fermentačné tehnológie, - enzymatiká oxidáia. Problém katalytikej oxidáie: rýhla vratná deaktiváia katalyzátora optimalizáia katalyzátora optimalizáia proesu / reaktora

3 Aparatúra na meranie kinetiky Experimentálny SSTR 2 N 2 PI PI FIC FIC TI PR odplyn LI SI vzorky M QR ( 2 ) ph QIC TIC

4 aktiváia reaktiváia Kinetika modelovej reakie kamžitá reakčná rýhlosť počas oxidáie Gl v SSTR reakia reakia Podmienky: SSTR; 0 (Gl) = mol/m 3 ; 0 (Gla) = 0 mol/m 3 ; r =1kg/m 3 ; D p = 45 mm; p( 2 ) = 0.1 MPa; T = 303 K; ph = 8.1

5 Kinetika modelovej reakie Úplná obnova aktivity katalyzátora po reaktiváii dáta prepočítané na počiatočné konentráie experiment v SSTR

6 Kinetika modelovej reakie Popis oxidáie Gl v SSTR pomoou kinetikého modelu

7 Kinetika modelovej reakie Popis oxidáie Gl v SSTR pomoou kinetikého modelu... s rozsahom deaktiváie katalyzátora aktivita katalyzátora: a ( 1so) 2

8 ptimalizáia reaktora Modelovanie CSTR v periodikom on-off móde: (Gl), (Gla) = konšt. V f L konšt. V f L r V w R f Gl X Gl Y out Y in V ; f L f Gl f Gla V R X w Gl r V V L Gl ; f L Gla 2 (vzduh)

9 ptimalizáia CSTR Simuláie CSTR v periodikom on-off móde Pre každú dĺžku periódy existuje taká hodnota splitu, kde sa dosiahne maximálna rýhlosť reakie. perióda P= t R +t A split S=t R /(t R +t A )

10 Reaktor pre modelovú reakiu Gas-lift reaktor Výhody GLR: prirodzený periodiký režim ekonomiky výhodný prauje v difúznom režime: reakia aj aktiváia katalyzátora prebieha v rámi GLR (multifunkčný reaktor) reakčné a aktivačné časy sú dané geometriou GLR

11 ptimalizáia GLR Gas-lift reaktor ptimalizáia geometrie a výkonu GLR

12 ptimalizáia GLR Výsledky modelovania GLR vplyv Y f G w Podmienky: f Gl =100mol/m3 ; f Gla =0; X Gl =2%.

13 ptimalizáia GLR Výsledky modelovania GLR vplyv f Gl w Podmienky: Y f G =0.21; f Gla =0; X Gl =2%

14 ptimalizáia GLR Výsledky modelovania GLR profily reakčnej rýhlosti, aktivity, Gl, a Y G pozdĺž GLR Podmienky: f Gla =0; f Gl =100mol/m3 ; Y f G =0.21; X Gl =2%; U GR =0.04 m/s.

15 Závery Výber typu reaktora pre modelovú reakiu, jeho návrh a optimalizáia Matematiký model GLR: 1. elimináia problému nestálej aktivity katalyzátora pomoou návrhu optimálnej geometrie GLR pre daný vstup, 2. výpočet maximálneho výkonu ieľového GLR, 3. výpočet harakteristík ieľového GLR v ustálenom stave, 4. profily sledovanýh parametrov v navrhovanom GLR.

16 Kinetika modelovej reakie Kinetiký model v prítomnosti kyslíka: w (1 K Gl k Gl w Gl K Gla (1 Gla so ) 2 )(1 K ) 2 d dt so r V L k D (1 K (1 so ) ) 2 k A so(1 so) (1 K ) Kinetiký model v podmienkah, keď 0: w k w d dt so Aktivita katalyzátora: Gl r V L 1 so ( so k A ) 1 so ( so ) w( t) a( t) onst 0 w 2 a 1 ) ( so T,.

17 Kinetika modelovej reakie Počiatočná rýhlosť reakie ako funkia a) 0 (Gl), b) L (). Exp. podmienky: SSTR; 0 (Gla) = 0 mol/m 3 ; r =1 kg/m 3 ; T = 303 K; ph = 8.1; b) 0 (Gl) = 20 mol/m 3.

18 3. Dynamiké modelovanie CSTR Simuláie CSTR v periodikom 2 /N 2 móde pri rôznyh (Gl) Podmienky: t R = 3600s; t A = 1800s; (Gl) = onst.; X Gl = 2%; Y f = 0.21; f (Gla) = 0.

19

20

21 Immediate (red) and yle-time-averaged (blak) reation rate development as a funtion of reation - ativation time share in the reator (expressed by split value). Case a) represents optimum onditions found by the GLR model; b) the optimum split value was 30% inreased; ) the optimum split value was 30% redued.

22 Time ourse of yle-time-averaged frational overage by inative oxygen for the ases a- of Figure 4: ase a) is represented by solid line, ase b) by short dashed line, ase ) by long dashed line.