Plug flow reactor model
பிளக் ஃப்லோ உலை மாதிரி (பி. எஃப். ஆர், சில நேரங்களில் தொடர்ச்சியான குழாய் உலை, சி. டி. ஆர் அல்லது பிஸ்டன் ஃப்லோ உலைகள் என்று அழைக்கப்படுகிறது) என்பது உருளை வடிவவியலின் தொடர்ச்சியான, பாயும் அமைப்புகளில் இரசாயன எதிர்வினைகளை விவரிக்கப் பயன்படுத்தப்படும் ஒரு மாதிரியாகும். அத்தகைய வடிவமைப்பின் இரசாயன உலைகளின் நடத்தையை கணிக்க பி. எஃப். ஆர் மாதிரி பயன்படுத்தப்படுகிறது, இதனால் உலை பரிமாணங்கள் போன்ற முக்கிய உலை மாறிகள் மதிப்பிடப்படலாம். ஒரு பி. எஃப். ஆர் வழியாகச் செல்லும் திரவம் அணு உலை வழியாக எல்லையற்ற மெல்லிய ஒத்திசைவான "பிளக்குகளின்" தொடராக பாய்கிறது, ஒவ்வொன்றும் ஒரு சீரான கலவையுடன், அணு உலையின் அச்சு திசையில் பயணிக்கிறது, ஒவ்வொரு பிளக்கும் அதற்கு முன்னும் பின்னும் உள்ளவற்றிலிருந்து வேறுபட்ட கலவையைக் கொண்டுள்ளது. முக்கிய அனுமானம் என்னவென்றால், ஒரு பி. எஃப். ஆர் வழியாக ஒரு பிளக் பாயும் போது, திரவம் ரேடியல் திசையில் சரியாக கலக்கப்படுகிறது, ஆனால் அச்சு திசையில் (முன்னோக்கி அல்லது பின்னோக்கி) இல்லை. வேறுபட்ட அளவின் ஒவ்வொரு பிளக்கும் ஒரு தனி நிறுவனமாகக் கருதப்படுகிறது, திறம்பட ஒரு மிகச்சிறிய சிறிய தொடர்ச்சியான தூண்டப்பட்ட தொட்டி உலை, பூஜ்ஜிய தொகுதிக்கு மட்டுப்படுத்தப்படுகிறது. இது குழாய் பி. எஃப். ஆரில் கீழே பாயும் போது, பிளக்கின் குடியிருப்பு நேரம் () அணு உலையில் அதன் நிலையின் செயல்பாடாகும். சிறந்த பி. எஃப். ஆரில், குடியிருப்பு நேர விநியோகம் எனவே சமமான மதிப்புடன் ஒரு டைராக் டெல்டா செயல்பாடாகும். பி. எஃப். ஆர் மாடலிங் நிலையான பி. எஃப். ஆர் சாதாரண வேறுபட்ட சமன்பாடுகளால் நிர்வகிக்கப்படுகிறது, அதற்கான தீர்வை பொருத்தமான எல்லை நிபந்தனைகள் தெரிந்தால் கணக்கிட முடியும். பி. எஃப். ஆர் மாதிரி பல திரவங்களுக்கு நன்றாக வேலை செய்கிறதுஃ திரவங்கள், வாயுக்கள் மற்றும் குழம்புகள். கொந்தளிப்பான ஓட்டம் மற்றும் அச்சு பரவல் ஆகியவை உண்மையான உலைகளில் அச்சு திசையில் ஓரளவு கலவை ஏற்படுத்துகின்றன என்றாலும், இந்த விளைவுகள் புறக்கணிக்கப்படக்கூடிய அளவுக்கு சிறியதாக இருக்கும்போது பி. எஃப். ஆர் மாதிரி பொருத்தமானது. ஒரு பி. எஃப். ஆர் மாதிரியின் எளிய விஷயத்தில், சிக்கலை எளிமைப்படுத்த பல முக்கிய அனுமானங்கள் செய்யப்பட வேண்டும், அவற்றில் சில கீழே கோடிட்டுக் காட்டப்பட்டுள்ளன. இந்த அனுமானங்கள் அனைத்தும் தேவையில்லை என்பதை நினைவில் கொள்க, இருப்பினும் இந்த அனுமானங்களை அகற்றுவது சிக்கலின் சிக்கலை அதிகரிக்கும். பி. எஃப். ஆர் மாதிரியை பல எதிர்வினைகள் மற்றும் மாறிவரும் வெப்பநிலை, அழுத்தங்கள் மற்றும் ஓட்டத்தின் அடர்த்தி ஆகியவற்றை உள்ளடக்கிய எதிர்வினைகளை மாதிரியாகப் பயன்படுத்தலாம். இந்த சிக்கல்கள் பின்வருவனவற்றில் புறக்கணிக்கப்பட்டாலும், அவை பெரும்பாலும் தொழில்துறை செயல்முறைகளுக்கு பொருத்தமானவை. அனுமானங்கள்ஃ பிளக் ஓட்டம் நிலையான நிலை நிலையான அடர்த்தி (சில திரவங்களுக்கு நியாயமானது, ஆனால் பாலிமரைசேஷன்களுக்கு 20 சதவீதம் பிழை; அழுத்தம் வீழ்ச்சி இல்லை என்றால் மட்டுமே வாயுக்களுக்கு செல்லுபடியாகும், மோல்களின் எண்ணிக்கையில் நிகர மாற்றம் இல்லை, அல்லது பெரிய வெப்பநிலை மாற்றம் இல்லை) திரவத்தின் பெரும்பகுதியில் (ஒரே மாதிரியாக) நிகழும் ஒற்றை எதிர்வினை. x மற்றும் x + dx க்கு இடையில் உள்ள அச்சு நீளம் dx கொண்ட ஒரு திரவ உறுப்பு அல்லது பிளக்கின் வேறுபட்ட அளவின் மீது ஒரு பொருள் சமநிலை பின்வருமாறு கொடுக்கிறதுஃ [குவிப்பு] = [இன்]-[அவுட்] + [தலைமுறை]-[நுகர்வு] திரட்டல் நிலையான நிலையில் 0 ஆகும், எனவே, மேலே உள்ள வெகுஜன சமநிலையை பின்வருமாறு மீண்டும் எழுதலாம்ஃ 1. இங்குஃ x என்பது அணு உலை குழாய் அச்சு நிலை, m dx என்பது திரவ பிளக்கின் வேறுபட்ட தடிமன் குறியீடு i என்பது இனங்களைக் குறிக்கிறது i Fi (x) என்பது x நிலையில் உள்ள இனங்களின் மோலார் ஓட்ட விகிதம், mol/s D என்பது குழாய் விட்டம், m At என்பது குழாய் குறுக்கு குறுக்குவெட்டு பகுதி, m2 ν என்பது ஸ்டோச்சியோமெட்ரிக் குணகம், பரிமாணமற்ற r என்பது அளவீட்டு மூல/மூழ்கி சொல் (எதிர்வினை விகிதம்), mol/m3s. ஓட்ட நேரியல் திசைவேகம், u (m/s) மற்றும் இனங்களின் செறிவு i, Ci (mol/m3) ஆகியவற்றை பின்வருமாறு அறிமுகப்படுத்தலாம்ஃ மற்றும் அளவீட்டு ஓட்ட விகிதம் எங்கே. மேற்கூறியவற்றை சமன்பாடு 1 இல் பயன்படுத்தும்போது, i இல் உள்ள நிறை சமநிலை பின்வருமாறு ஆகிறதுஃ 2. போன்ற சொற்கள் ரத்து செய்யப்பட்டு, சமன்பாடு 2 க்கு வரம்பு dx → 0 பயன்படுத்தப்படும்போது, இனங்கள் i இன் வெகுஜன சமநிலை 3 ஆக மாறும், எதிர்வினை விகிதத்தின் வெப்பநிலை சார்பு, r, அர்ரேனியஸ் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி மதிப்பிடப்படலாம். பொதுவாக, வெப்பநிலை அதிகரிக்கும் போது எதிர்வினை ஏற்படும் விகிதமும் அதிகரிக்கிறது. குடியிருப்பு நேரம், என்பது ஒரு தனித்துவமான அளவு உலை தொட்டிக்குள் செலவழிக்கும் சராசரி நேரமாகும். ஐசோதெர்மல் நிலைமைகள் அல்லது நிலையான வெப்பநிலை (k என்பது நிலையானது) ஒற்றை, மீளமுடியாத எதிர்வினை (νA =-1) முதல் வரிசை எதிர்வினை (r = k CA) மேலே உள்ள அனுமானங்களைப் பயன்படுத்தி சமன்பாடு 3 ஐ ஒருங்கிணைத்த பிறகு, CA (x) க்குத் தீர்ப்பது நிலை செயல்பாடாக இனங்கள் A இன் செறிவுக்கான ஒரு வெளிப்படையான சமன்பாட்டைப் பெறுகிறதுஃ 4. இதில் CA0 என்பது அணு உலையின் நுழைவாயிலில் இனங்கள் A இன் செறிவு, ஒருங்கிணைப்பு எல்லை நிலையில் இருந்து தோன்றும். செயல்பாடு மற்றும் பயன்பாடுகள் பி. எஃப். ஆர்கள் சேர்மங்களின் இரசாயன மாற்றத்தை மாதிரியாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, ஏனெனில் அவை "குழாய்களை" ஒத்த அமைப்புகளில் கொண்டு செல்லப்படுகின்றன. "குழாய்" என்பது திரவங்கள் அல்லது வாயுக்கள் பாயும் பல்வேறு வகையான பொறியியல் அல்லது இயற்கை வழித்தடங்களைக் குறிக்கலாம். (எ. கா. ஆறுகள், குழாய்கள், இரண்டு மலைகளுக்கு இடையிலான பகுதிகள் போன்றவை) ஒரு சிறந்த பிளக் ஃப்லோ உலை ஒரு நிலையான குடியிருப்பு நேரத்தைக் கொண்டுள்ளதுஃ அந்த நேரத்தில் உலைக்குள் நுழையும் எந்த திரவமும் (பிளக்) அந்த நேரத்தில் உலைகளிலிருந்து வெளியேறும், அங்கு உலை இருக்கும் நேரம். எனவே ரெசிடென்ஸ் டைம் டிஸ்ட்ரிபியூஷன் செயல்பாடு ஒரு டைராக் டெல்டா செயல்பாடாகும். ஒரு உண்மையான பிளக் ஃப்லோ உலை ஒரு குடியிருப்பு நேர விநியோகத்தைக் கொண்டுள்ளது, இது சராசரி குடியிருப்பு நேர விநியோகத்தைச் சுற்றி ஒரு குறுகிய துடிப்பாகும். ஒரு வழக்கமான பிளக் ஃப்லோ உலை சில திடமான பொருட்களால் (அடிக்கடி ஒரு வினையூக்கி) நிரம்பிய குழாயாக இருக்கலாம். பொதுவாக இந்த வகையான உலைகள் நிரம்பிய படுக்கை உலைகள் அல்லது பிபிஆர்கள் என்று அழைக்கப்படுகின்றன. சில நேரங்களில் குழாய் ஒரு ஷெல் மற்றும் குழாய் வெப்பப் பரிமாற்றியில் ஒரு குழாயாக இருக்கும். ஒரு பிளக் ஃப்லோ மாதிரியைப் பயன்படுத்த முடியாதபோது, சிதறல் மாதிரி பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. குடியிருப்பு-நேர விநியோகம் ஒரு அணு உலையின் குடியிருப்பு-நேர விநியோகம் (ஆர். டி. டி) என்பது இரசாயன உலைகளில் ஏற்படும் கலவையின் ஒரு பண்பு ஆகும். ஒரு பிளக்-ஃப்ளோ உலைகளில் அச்சு கலவை இல்லை, மேலும் இந்த விலக்கு ஆர்டிடியில் பிரதிபலிக்கிறது, இது இந்த வகை உலைகளால் வெளிப்படுத்தப்படுகிறது. உண்மையான பிளக் ஓட்டம் உலைகள் இலட்சியப்படுத்தப்பட்ட ஓட்ட முறைகளை திருப்திப்படுத்தாது, பின் கலவை ஓட்டம் அல்லது இலட்சிய நடத்தையிலிருந்து பிளக் ஓட்டம் விலகல் என்பது கப்பலின் வழியாக திரவத்தை செலுத்துதல், கப்பலுக்குள் திரவத்தை மறுசுழற்சி செய்தல் அல்லது தேங்கி நிற்கும் பகுதி அல்லது இறந்த மண்டலம் காரணமாக இருக்கலாம். இலட்சியமற்ற நடத்தை கொண்ட உண்மையான பிளக் ப்ளோவ் உலைகளும் மாதிரியாக உருவாக்கப்பட்டுள்ளன. இரசாயன உலைகளாக ஒரு கப்பலின் சரியான நடத்தையை கணிக்க, ஆர்டிடி அல்லது தூண்டுதல் மறுமொழி நுட்பம் பயன்படுத்தப்படுகிறது. ட்ரைசர் நுட்பம், அச்சு சிதறல் பற்றிய ஆய்வுக்கு மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் முறை, பொதுவாக பின்வரும் வடிவத்தில் பயன்படுத்தப்படுகிறதுஃ துடிப்பு உள்ளீடு படி உள்ளீடு சுழற்சி உள்ளீடு சீரற்ற உள்ளீடு ஆர்டிடி சோதனை ரீதியாக ஒரு மந்த இரசாயன, மூலக்கூறு அல்லது அணுவை ஊசி மூலம் தீர்மானிக்கப்படுகிறது, இது ஒரு ட்ரேசர் என்று அழைக்கப்படுகிறது, சில நேரத்தில் t = 0 இல் உலைக்குள் செலுத்தப்படுகிறது, பின்னர் கசிவு நீரோட்டத்தில் உள்ள ட்ரேசர் செறிவு, சி, நேரத்தின் செயல்பாடாக அளவிடப்படுகிறது. ஒரு பாத்திரத்தை விட்டு வெளியேறும் திரவத்தின் ஆர்டிடி வளைவு ஈ-வளைவு என்று அழைக்கப்படுகிறது. இந்த வளைவு அதன் கீழ் உள்ள பகுதி ஒற்றுமையாக இருக்கும் வகையில் இயல்பாக்கப்படுகிறதுஃ (1) வெளியேறும் நீரோட்டத்தின் சராசரி வயது அல்லது சராசரி குடியிருப்பு நேரம்ஃ (2) நுழைவாயிலிலிருந்து கீழ்நோக்கி இரண்டு அல்லது மூன்று துகள் விட்டம் கொண்ட ஒரு இடத்தில் ஒரு உலைக்குள் ஒரு ட்ரேசர் செலுத்தப்பட்டு, வெளியேறும் இடத்திலிருந்து மேல்நோக்கி சிறிது தூரத்தை அளவிடும்போது, அமைப்பை திறந்த அல்லது நெருக்கமான எல்லை நிலைமைகளின் கலவையுடன் சிதறல் மாதிரியால் விவரிக்க முடியும். ட்ரேசர் ஊசி போடும் புள்ளியிலோ அல்லது ட்ரேசர் அளவீட்டு புள்ளியிலோ ஓட்ட வகைகளில் இடைநிறுத்தம் இல்லாத அத்தகைய அமைப்புக்கு, திறந்த-திறந்த அமைப்பிற்கான மாறுபாடு பின்வருமாறுஃ (3) எங்கே, (4) இது வெப்பச்சலனத்தின் மூலம் போக்குவரத்து விகிதத்தின் விகிதத்தையும் பரவல் அல்லது சிதறல் மூலம் போக்குவரத்து விகிதத்தையும் குறிக்கிறது. = சிறப்பியல்பு நீளம் (m) = பயனுள்ள சிதறல் குணகம் (m2/s) = வெற்று குறுக்குவெட்டு அடிப்படையிலான மேலோட்டமான திசைவேகம் (m/s) கப்பல் சிதறல் எண் பின்வருமாறு வரையறுக்கப்படுகிறதுஃ (5) ஒரு வரையறுக்கப்பட்ட எண்ணிக்கையிலான சமமான இடங்களில் அளவிடப்படும் தொடர்ச்சியான விநியோகத்தின் மாறுபாடு பின்வருமாறு வழங்கப்படுகிறதுஃ (6) (7) எனவே (σθ) 2 ஐ C மற்றும் t இல் உள்ள சோதனைத் தரவுகளிலிருந்து மதிப்பீடு செய்யலாம் மற்றும் அறியப்பட்ட மதிப்புகளுக்கு, சிதறல் எண்ணை eq இலிருந்து பெறலாம். (3) இவ்வாறுஃ (8) இவ்வாறு அச்சு சிதறல் குணகம் டி. எல். ஐ மதிப்பிடலாம் (எல் = நிரம்பிய உயரம்) முன்பு குறிப்பிட்டபடி, சிதறல் எண்ணுக்கு வெவ்வேறு உறவுகளைக் கொடுக்கும் சிதறல் மாதிரிக்கு பயன்படுத்தக்கூடிய பிற எல்லை நிபந்தனைகளும் உள்ளன. நன்மைகள் பாதுகாப்பு தொழில்நுட்பக் கண்ணோட்டத்தில் பி. எஃப். டி. ஆர் நிலையான நிலையில் செயல்படும் நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளது இது நன்கு கட்டுப்படுத்தக்கூடியது பெரிய வெப்பப் பரிமாற்றப் பகுதிகளை நிறுவலாம் கவலைகள் முக்கிய சிக்கல்கள் கடினமான மற்றும் சில நேரங்களில் முக்கியமான தொடக்க மற்றும் மூடுதல் செயல்பாடுகளில் உள்ளன. பயன்பாடுகள் பிளக் ஃப்லோ உலைகள் பின்வரும் சில பயன்பாடுகளுக்கு பயன்படுத்தப்படுகின்றனஃ பெரிய அளவிலான உற்பத்தி விரைவான எதிர்வினைகள் ஒரே மாதிரியான அல்லது பன்முக எதிர்வினைகள் தொடர்ச்சியான உற்பத்தி உயர் வெப்பநிலை எதிர்வினைகள் மேலும் காண்க ஃப்ளோ வேதியியல் தொடர்ச்சியான கிளறி-தொட்டி உலை லேமினார் ஃப்லோ உலை மைக்ரோ ரியாக்டர் ஊசலாட்ட குழப்பம் உலை குறிப்பு மற்றும் மூலங்கள் இரசாயன உலைகள்