Bài giảng - Kỹ thuật phản ứng - chương 3 docx

08/05/14 Chuong 3 - Phuong trinh th iet ke 1 Chöông 3: Phöông trình thieát keá 08/05/14 Chuong 3 - Phuong trinh th iet ke 2 3.1. Cân bằng vật chất & năng lượng tổng quát 1. Cân bằng vật chất cho một phân tố thể tích (Lượng tác chất nhập vào) - (Lượng tác chất ra khỏi) - (Lượng tác chất phản ứng) = (Lượng tác chất tích tu (biến đổi)ï) 08/05/14 Chuong 3 - Phuong trinh th iet ke 3 PHÂN TỐ THỂ TÍCH (TÍCH TỤ) VÀO RA PHẢN ỨNG 08/05/14 Chuong 3 - Phuong trinh th iet ke 4 2. Cân bằng năng lượng (Năng lượng các dòng nhập vào) - (Năng lượng các dòng ra khỏi) + (Năng lượng trao đổi với môi trường ngòai) = (Năng lượng tích tu (biến đổi)ï) 08/05/14 Chuong 3 - Phuong trinh th iet ke 5 PHÂN TỐ THỂ TÍCH (TÍCH TỤ) VÀO RA TRAO ĐỔI 08/05/14 Chuong 3 - Phuong trinh th iet ke 6 Các dạng bình phản ứng khuấy trộn 08/05/14 Chuong 3 - Phuong trinh th iet ke 7 3.2. Thiết bò phản ứng khuấy trộn lý tưởng 1. Hoạt động ổn đònh • Với: X A0 , X Af là độ chuyển hóa của dòng nhập liệu và dòng sản phẩm • v là lưu lượng của dòng nhập liệu, m 3 /s ( ) )r ( X X C v. V F V hay 0 t V. r t )X 1 ( F t )X 1 ( F Af A0Af A0A0 AfAfAA0A 00 − − == =∆Χ−−∆−−∆− 08/05/14 Chuong 3 - Phuong trinh th iet ke 8 Xác đònh nhiệt độ của dòng sản phẩm để tính vận tốc phản ứng – cân bằng nhiệt lượng • m t : suất lượng dòng nhập liệu, kg/s • C p : nhiệt dung riêng dòng nhập liệu (sản phẩm), J/kg. 0 C ΔH r : nhiệt phản ứng, J/mol K : hệ số truyền nhiệt, W/m 2 . 0 C S : diện tích bề mặt truyền nhiệt, m 2 0 )T K.S.(T H V. ).r ( C ).T (T mhay 0 )T KS(T F H)X (X C )T (T m fnrApf0t fnA0rA0Afpf0t =−+∆−−− =−+∆−−− 08/05/14 Chuong 3 - Phuong trinh th iet ke 9 Thí dụ 3.1: Xác đònh lưu lượng mỗi dòng nhập liệu Phản ứng thuận nghòch pha lỏng sơ đẳng A + B = R + S với k 1 = 7 l/mol.ph , k 2 = 3 l/mol.ph V = 120 lít Hai dòng nhập liệu riêng biệt có lưu lượng bằng nhau:  Dòng có nồng độ 2,8 mol A/ lít  Dòng có nồng độ 1,6 mol B/ lít Độ chuyển hóa của tác chất giới hạn đạt 75% 08/05/14 Chuong 3 - Phuong trinh th iet ke 10 Thí dụ 3.2: Xác đònh phương trình vận tốc cho phản ứng phân hủy pha khí A → R + S xảy ra đẳng nhiệt trong bình khuấy trộn họat động ổn đònh Số TN 1 2 3 4 5 τ =V/v ph 0,423 5,10 13,5 44,0 192 X A (với C A0 =0,002 mol/l 0,22 0,63 0,75 0,88 0,96 [...]...Bảng 3. 1 Thí nghiệm số V τ = ,ph v XA 1 0,4 23 0,22 0, 639 0, 002.0, 22 = 104.10−5 0.4 23 2 5,10 0, 63 0,227 0, 002.0, 63 = 24, 7.10−5 5,10 3 13, 5 0,75 0,1 43 0, 002.0, 75 = 111.10−5 , 13, 5 4 44,0 0,88 0,064 0, 002.0, 88 = 4.10−5 44 5 192 0,96 0,021 08/05/14 1- X A 1+ X A Chuong 3 - Phuong trinh th iet ke CA o X A τ = (-rA ) 0, 002.0, 96 = 1.10−5 192 11 3. 2 Thiết bò phản ứng khuấy trộn lý... Af ∫ 0 dX A (−rA ) Chuong 3 - Phuong trinh th iet ke 15 Thí dụ 3. 4: Tính thể tích bình phản ứng ống 4PH3(k) → P4(k) + 6H2(k)     (-rPH3) = (10 h-1) CPH3 Họat động ở nhiệt độ 6500C, áp suất 4,6 atm Xaf = 80% Nhập liệu có suất lượng 2 kmol/h phosphin nguyên chất 08/05/14 Chuong 3 - Phuong trinh th iet ke 16 Thí dụ 3. 5: CH4 + 2S2 → CS2 + 2H2S   Bình phản ứng ống có V = 35 ,2ml Thí nghiệm ở 6000C,... 08/05/14 Chuong 3 - Phuong trinh th iet ke 19 Bài tập 3. 1 Phản ứng pha khí đồng thể A theo bậc 2   3R xảy ra Với lưu lượng nhập liệu là 1.000 l/h A nguyên chất ở 5 atm và 35 00C thiết bò phản ứng thí nghiệm là ống có đường kính 25mm, dài 1.800mm cho độ chuyển hóa đạt 60% Thiết bò phản ứng dùng trong sản xuất để phản ứng 80m3/h hỗn hợp nhập liệu gồm 50%A và 50% khí trơ ở 25 atm và 35 00C đạt độ chuyển... ổn đònh của S2 là 0, 238 mol/h, mêtan là 0,119 mol/h a) Xác đònh rCS2 b) Tìm k với (-rA)=kpCH4.pS2 bằng 2 phương pháp 08/05/14 Chuong 3 - Phuong trinh th iet ke 17 Bài tập 3. 5 Cho phản ứng tạo thành etilen glycol như sau: CH2OH-CH2Cl + NaHCO3 (CH2OH)2 + NaCl + CO2  Phản ứng sơ đẳng k = 5,2 l/ mol.h ở 820C  Có 2 dòng nguyên liệu có sẵn như sau:  Dd 15% k.l bicarbonat sodium  Dd 30 % k.l etilen clorhidrin... k.l etilen clorhidrin trong nước 08/05/14 Chuong 3 - Phuong trinh th iet ke 18 Câu hỏi cho bài tập 3. 5 a) Tính thể tích bình phản ứng khuấy trộn hoạt động ổn đònh để sản xuất 50kg/h etilen glycol với dòng hỗn hợp nhập liệu đẳng mol đạt độ chuyển hóa 95%? b) Tính thể tích bình phản ứng ống để phản ứng ở cùng điều kiện trên? c) Tính thể tích bình phản ứng khuấy trộn hoạt động gián đọan để sản xuất 50kg/mẻ... dt Chuong 3 - Phuong trinh th iet ke 12 Sắp xếp lại và lấy tích phân t = N A0 XA ∫ 0 * V = const t = C A0 dX A ( − rA ) V XA ∫ 0 CA dX A dC A = − ∫ ( − rA ) V ( − rA ) C A0 * V = V0 (1 + ε A X A ) t = N A0 XA ∫ 0 dX A = C A0 ( − rA ) V0 (1 + ε A X A ) 08/05/14 Chuong 3 - Phuong trinh th iet ke XA ∫ 0 dX A ( − rA ) (1 + ε A X A ) 13 Thí dụ 3. 3: a) Tính thời gian phản ứng b) Thể tích bình phản ứng khuấy... Tính thời gian phản ứng b) Thể tích bình phản ứng khuấy gián đọan CH3COOH + C4H9OH→CH3COOC4H9 + H2O  1000C, xúc tác H2 SO4 nồng độ 0, 032 %k.l  Nhập liệu: 4,97 mol butanol/mol axit  Phương trình vận tốc (-rA)= k.CA2 với k = 17,4 ml/ mol.ph  ρ = 0,75 g/ml = const  XAf = 50% 08/05/14 Chuong 3 - Phuong trinh th iet ke 14 3. 3 Thiết bò phản ứng dạng ống lý tưởng FA 0 ( 1 − X A )∆t − FA 0 ( 1 − X A − ∆X A... đạt độ chuyển hóa 80% a) Cần sử dụng bao nhiêu ống đường kính 25mm, dài 1.800mm b) Các ống này được mắc song song hay nối tiếp? Giả sử là ống lý tưởng, không có độ giảm áp, khí lý tưởng 08/05/14 Chuong 3 - Phuong trinh th iet ke 20 . ph 0,4 23 5,10 13, 5 44,0 192 X A (với C A0 =0,002 mol/l 0,22 0, 63 0,75 0,88 0,96 08/05/14 Chuong 3 - Phuong trinh th iet ke 11 Bảng 3. 1 Thí nghiệm số X A 1 0,4 23 0,22 0, 639 2 5,10 0, 63 0,227 3. dX N t εε ε 08/05/14 Chuong 3 - Phuong trinh th iet ke 14 Thí dụ 3. 3: a) Tính thời gian phản ứng b) Thể tích bình phản ứng khuấy gián đọan CH 3 COOH + C 4 H 9 OH→CH 3 COOC 4 H 9 + H 2 O  100 0 C,. F t )X 1 ( F 08/05/14 Chuong 3 - Phuong trinh th iet ke 16 Thí dụ 3. 4: Tính thể tích bình phản ứng ống 4PH 3( k) → P 4(k) + 6H 2(k)  (-r PH3 ) = (10 h -1 ) C PH3  Họat động ở nhiệt độ 650 0 C,