Chuong 6 dong chay thuc

8/24/2017 Chương - Dòng chảy thực Những sai lệch so với mô hình lý tưởng là:  Dòng chảy tắt lưu chất  Sự tuần hòan lưu chất  Các vùng tù đọng thiết bị  Trong tất lọai thiết bị thực trình truyền nhiệt, truyền khối, phản ứng… có tượng làm giảm khả họat động (hiệu suất) thiết bị  Mục đích chương đánh giá định lượng ảnh hưởng sai số lên độ chuyển hóa 8/24/2017 Chương - Dịng chảy thực Những sai lệch so với mô hình lý tưởng 8/24/2017 Chương - Dịng chảy thực KHÁI NIỆM VỀ KHUẤY TRỘN VÀ MÔ HÌNH phương pháp ước tính sai số so với lý tưởng: 1) Xác định phân phối thời gian lưu thực tế từ số liệu thí nghiệm đáp ứng tính độ chuyển hóa cách xem dịng chảy hồn tồn khơng khuấy trộn thích hợp cho thiết bị phản ưng dạng ống, chảy dòng phản ứng bậc 8/24/2017 Chương - Dịng chảy thực KHÁI NIỆM VỀ KHUẤY TRỘN VÀ MÔ HÌNH 2) Mơ hình phân tán theo phương trục xem thiết bị phản ứng dạng ống có khuếch tán theo phương trục, phân phối thời gian lưu thực tế thiết bị dùng để tính hệ số khuếch tán theo phương trục sau dùng giá trị để tiên đốn độ chuyển hóa, thích hợp cho thiết bị phản ứng có chế độ chảy rối 8/24/2017 Chương - Dịng chảy thực KHÁI NIỆM VỀ KHUẤY TRỘN VÀ MÔ HÌNH 3) Mơ hình hệ nhiều bình khuấy lý tưởng mắc nối tiếp Số liệu thí nghiệm đáp ứng dùng để xác định số bình khuấy hệ từ tính độ chuyển hóa * Một mô hình khác thiết bị phản ứng dạng ống có dòng hòan lưu 8/24/2017 Chương - Dịng chảy thực Thiết bị phản ứng dạng ống có dòng hòan lưu 8/24/2017 Chương - Dịng chảy thực SỰ PHÂN BỐ THỜI GIAN LƯU CỦA LƯU CHẤT TRONG BÌNH Xét dịng chảy ổn định, khơng có phản ứng biến đổi khối lượng riêng phân tố lưu chất qua thiết bị Thời gian thu gọn biến số không thứ nguyên định nghĩa sau: t t vt    t  V với : t - thời gian phân tố lưu chất qua thiết bị t - thời gian lưu trung bình τ - thời gian thể tích 8/24/2017 Chương - Dịng chảy thực a) Hàm phân bố thời gian lưu lưu chất bình (đường cong I) Ký hiệu I dùng để độ đo phân bố thời gian lưu lưu chất bình: phần lưu chất có thời gian lưu bình từ θ đến θ+dθ Vì tổng tất phần lưu chất nên tổng tổng diện tích bên đường cong I theo θ    I d 8/24/2017  1;   I d   Chương - Dòng chảy thực 1 1  I d b) hàm phân bố thời gian lưu bình lưu chất dòng (đường cong E) E độ đo phân bố thời gian lưu bình tất phân tố dịng lưu chất rời khỏi bình: phần lưu chất dịng có thời gian lưu bình từ θ đến θ+dθ   E d 8/24/2017   1;   E d   2 Chương - Dòng chảy thực 2  E d 10 Kết thực nghiệm phân tán lưu chất dòng chảy qua tháp chêm với vận tốc trung bình theo phương trục u 8/24/2017 Chương - Dịng chảy thực 34 Phản ứng hóa học phân tán Ảnh hưởng số phân tán D/uL lên độ chuyển hóa thiết bị phản ứng Xét thiết bị phản ứng ổn định có chiều dài L qua lưu chất chuyển động với vận tốc không đổi u vật liệu bị khuấy trộn theo phương trục với hệ số phân tán D, phản ứng bậc n Hình 6.20 Các biến số cho bình kín xảy phân tán phản ứng 8/24/2017 Chương - Dịng chảy thực 35 Phản ứng hóa học phân tán cân vật chất cho tác chất  Vaoâ  Ra donâg   Vaâo  Ra phên taná + Tiêu thụ phản ứng + Tích tụ = theo trc Vâo theo dông = (mol A/ thïí tđch) (lûu lûúång) = (mol A/thïí tđch) (vêån tưëc lûu chêët) (tiïët diïån) = CA , l u S Ra theo dông Vâo phên theo trc = CA.ll u S dNA dC  =    DS A dt dl    l dN A dC      DS A  dt dl l l  Ra phên taán theo truåc = Tiïu thuå phaãn ûáng =  rA  V   rA  S l 8/24/2017 Chương - Dòng chảy thực 36 Phản ứng hóa học phân tán  dCA / dt   dCA / dt l  CAl l  CA,l    l l  u D  l l  rA   dCA d 2C A Giới hạn l  0, ta u D  kCnA  dl dl2 Dạng khôngthûá thứnguyïn nguyên Z = l/L vaâ   t  L / u  V / v D d2CA dCA   kCnA  uL dZ2 dZ Theo độ chuyển hóa D d2 X A dX A n   kCnA1 1  X A   o uL dZ2 dZ 8/24/2017 Chương - Dòng chảy thực 37 (i) Phản ứng bậc  uL  4a exp   CA D     XA  CA o 2  a uL   a uL   a exp   a exp         2 D   D  D/uL nhỏ, đường cong E đạt đến dạng Gauss CA  D   exp   k   k  =  CA o uL    k 2  exp   k     So sánh tỉ số kích thước để đạt độ chuyển hóa cho bình phản ứng tương tự bình ống L V D    (k) Lö Vö uL ; với CA,ra tỉ số nồng độ dịng cho cỡ bình: CA D    k  CA ö uL 8/24/2017 Chương - Dòng chảy thực ; với V 38 (i) Phản ứng bậc Hình 6.21 So sánh bình phản ứng thực bình ống cho phản ứng bậc 8/24/2017 Chương - Dòng chảy thực 39 (ii) Phản ứng bậc hai Hình 6.22 So sánh bình phản ứng thực bình ống cho phản ứng bậc hai 8/24/2017 Chương - Dòng chảy thực 40 (iii) Phản ứng bậc không Sự khuấy trộn khơng ảnh hưởng lên khả hoạt động bình với phản ứng bậc khơng 8/24/2017 Chương - Dịng chảy thực 41 Ví dụ 6.4 Sử dụng mơ hình phân tán cho dịng chảy hình phản ứng So sánh độ chuyển hóa tính hai phương pháp bàn luận Giải Từ ví dụ 6.3 phương sai xác định theo thực nghiệm D  0,12 uL Àưå chuín hốa bịnh phẫn ûáng thûåc àûúåc xấc àõnh tûâ H.6.21 Di chuín dổc theo àûúâng k = (0,307) (15) = 4,6 tûâ C/C0 = 0,01 àïën D/uL = 0,12, ta xấc àõnh àûúåc tó lïå tấc chêët chûa chuín hốa C  0, 035 hay 3,5% Co Tûâ H.6.23 cho thêëy:  C   C   , %   3, 5%      Co  thûåc  Co mö hịnh phên 8/24/2017 Chương - Dịng chảy thực 42 Ví dụ 6.4 Sử dụng mơ hình phân tán cho dịng chảy hình phản ứng So sánh độ chuyển hóa tính hai phương pháp bàn luận 8/24/2017 Chương - Dịng chảy thực 43 Mơ hình bình khuấy mắc nối tiếp Là mơ hình thông số sử dụng rộng rãi để biểu diễn dòng chảy thực -Lưu chất chảy qua loạt bình khuấy lý tưởng mắc nối tiếp; - Một thơng số mơ hình số bình khuấy có hệ N bình mắc nối tiếp :  t t i E     ti  N1 e t / t i (N  1)! (6.34a) 1 N i Ei  ti E  ei (N  1)! N1 E  Nti E    8/24/2017 N  N  Chương - Dòng chảy thực (6.34b) N1 (N  1)! e N (6.34c) 44 Mơ hình bình khuấy mắc nối tiếp Hình 6.24 Đường cong phân bố thời gian lưu theo mơ hình nhiều bình khuấy mắc nối tiếp, phương trình (6.34) 8/24/2017 Chương - Dịng chảy thực 45 Đánh giá họat động bình phản ứng ống bằøng đường cong C: Một số dạng sai số bình ống: (a) không sai lệch; (b) có dòng chảy tắt vùng tù; (c) có tượng tuần hòan; (d) lưu lượng đo sai, thể tích chất lỏng, tín hiệu không thực sư trơ; (e) hai dòng chảy song song thiết bị 8/24/2017 Chương - Dịng chảy thực 46 Đánh giá họat động bình phản ứng khuấy trộn bàng đường cong C: Một số dạng sai số bình khuấy 8/24/2017 Chương - Dịng chảy thực 47 Một số phương pháp để tạo dòng chảy gần đạt đến dịng chảy ống thiết bị Hình 6.31 Các phương pháp cải thiện dòng chảy để đạt đến dạng ống 8/24/2017 Chương - Dòng chảy thực 48