THIẾT BỊ PHẢN ỨNG TRONG KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

MỤC LỤC MỤC LỤC 1 ĐỀ TÀI: THIẾT BỊ PHẢN ỨNG TRONG KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG 2 MỞ ĐẦU 2 I. PHÂN LOạI THIếT Bị PHảN ứNG 7 2 1.1. CÁC CÁCH PHÂN LOạI THIếT Bị PHảN ứNG 2 1.1.1. Theo pha của hệ 2 1.1.2. Điều kiện tiến hành quá trình 2 1.2. PHÂN LOạI THIếT Bị PHảN ứNG THEO PHƯƠNG THứC LÀM VIệC 2 1.3. CÁC KHÁI NIệM CƠ BảN 2 1.3.1. Các khái niệm liên quan đến thiết bị phản ứng5 2 1.3.2. Phương trình động học của các phản ứng hóa học8 2 II. MộT Số THIếT Bị PHảN ứNG CƠ BảN. 2 2.1. THIếT Bị PHảN ứNG LIÊN TụC 2 2.1.1. Thiết bị ống dòng PER (Plug flow reactor) 2 2.1.1.1. Đặc điểm thiết bị 1,2,3,4 2 2.1.1.2. Tính toán trong thiết bị ống dòng 2 2.1.2. Thiết bị khuấy lý tưởng liên tục IMR (Ideal mixed reactor) 2 2.1.2.1. Đặc điểm thiết bị 1,2,3 2 2.1.2.2. Tính toán trong thiết bịkhuấy lý tưởng liên tục 5,6 2 2.2. THIếT Bị PHảN ứNG GIÁN ĐOạN 2 2.2.1. THIếT Bị KHUấY LÝ TƯởNG GIÁN ĐOạN BR (BATCH REACTOR) 2 2.2.1.1. Đặc điểm thiết bị 1,2,3,4 2 2.2.1.2. Tính toán trong thiết bịkhuấy lý tưởng gián đoạn5,6 2 2.3. SO SÁNH CÁC THIếT Bị PHảN ứNG ĐƠN GIảN 2 2.3.1. So sánh các thiết bị phản ứng đơn giản 5 2 Bảng 2: So sánh các thiết bị phản ứng đơn giản 2 2.3.2. Các bài toán ví dụ: 2 2.4. Hệ NHIềU THIếT Bị PHảN ứNG 2 2.4.1. Dãy thiết bị phản ứng khuấy lý tưởng liên tục nối tiếp (Hệ cascade)7 2 2.4.2. Dãy thiết bị PFR mắc nối tiếp 1,7 2 2.4.3. Hệ thống gồm các thiết bị IMR và PFR 1,7 2 KẾT LUẬN 2 TÀI LIỆU THAM KHẢO 2 ĐỀ TÀI: CÁC CÔNG NGHỆ TRONG XỬ LÝ NƯỚC VÀ NƯỚC THẢI BẬC CAO 2 MỞ ĐẦU 2 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC VÀ NƯỚC THẢI BẬC CAO 2 1.1. KHÁI NIệM Về Xử LÝ NƯớC THảI BậC CAO 2 1.2. ĐốI TƯợNG VÀ Sự CầN THIếT CủA CÁC Kỹ THUậT Xử LÝ NƯớC VÀ NƯớC THảI BậC CAO 2 CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT MÀNG 2 2.1. Kỹ THUậT LọC MICRO (MICROFITRATION – MF) 12 2 2.2. Kỹ THUậT LọC ULTRA (ULTRFILTRATION – UF) 2 2.2.1. Giới thiệu màng 2 2.2.2. Một số đặc điểm của kỹ thuật Ultrafiltration 2 2.2.3. Nguyên lý hoạt động của màng lọc Ultrafiltration 2 2.2.4. Ứng dụng của kỹ thuật lọc ultra 2 2.3. Kỹ THUậT LọC NANO (NANOFILTRATION –NF) 2 2.3.1. Cơ sở lý luận khoa học của công nghệ nano 2 2.3.2. Chế tạo vật liệu nano 2 2.3.2.1. Phương pháp từ trên xuống (topdown) 2 2.3.2.2. Phương pháp từ dưới lên (bottomup) 2 2.3.3. Ứng dụng công nghệ nano vào công nghệ lọc nước 2 2.4. Kỹ THUậT THẩM THấU NGƯợC (REVERSE OSMOSIS – RO) 3 2 2.4.1. Hiện tượng thẩm thấu 2 2.4.2. Kỹ thuật thẩm thấu ngược 2 2.4.3. Những điều cần lưu ý khi sử dụng kỹ thuật thẩm thấu ngược 2 2.4.4. Ứng dụng của kỹ thuật RO 2 2.5. Kỹ THUậT ĐIệN THẩM TÁCH ED (ELECTRO DIALYSIS) 3 2 2.5.1. Cơ sở của kỹ thuật điện thẩm tách 2 2.5.2. Cấu tạo và tính chất của màng trao đổi ion 2 2.5.3. Ứng dụng và những điều cần lưu ý khi sử dụng ED 2 2.5.4. Kỹ thuật điện thẩm tách đảo chiều EDR (Electro Dialysis Reversal) 2 CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT OXI HÓA TĂNG CƯỜNG 2 3.1 CÁC Kỹ THUậT OXY HÓA NÂNG CAO KHÔNG NHờ TÁC NHÂN ÁNH SÁNG (ADVANCED NON PHOTOCHEMICAL OXIDATION PROCESSESANPOS) 1 2 3.1.1. Quá trình Fenton 2 3.1.1.1. Quá trình Fenton đồng thể 2 3.1.1.2. Quá trình Fenton dị thể 2 3.1.1.3. Quá trình Fenton điện hóa 2 3.1.2. Các quá trình oxi hóa nâng cao trên cơ sở ozon: Peroxon và catazon 2 3.1.2.1. Quá trình Peroxon (O3 H2O2 ) 2 Cơ chế 2 Ưu điểm 2 Các yếu tố ảnh hưởng 2 3.1.2.2. Quá trình Catazon (O3Cat) 2 3.1.2.2.1. Quá trình Catazon đồng thể 2 3.1.2.2.2. Quá trình Catazon dị thể 2 3.1.3. Quá trình oxi hóa điện hóa 2 3.2. CÁC Kỹ THUậT OXI HÓA NÂNG CAO NHờ TÁC NHÂN ÁNH SÁNG 2 3.2.1. Quá trình quang Fenton 2 3.2.2. Các kỹ thuật quang xúc tác bán dẫn 2 3.2.2.1. Giới thiệu về vật liệu bán dẫn và xúc tác quang hóa 2 3.2.2.2. Tính chất xúc tác quang hóa của TiO2 2 KẾT LUẬN 2 TÀI LIỆU THAM KHẢO 2 ĐỀ TÀI: KỸ THUẬT XỬ LÝ CHẤT THẢI NGUY HẠI 2 MỞ ĐẦU 2 CHƯƠNG 1 – GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHẤT THẢI NGUY HẠI 2 1.1. KHÁI NIệM CHấT THảI NGUY HạI (CTNH) 1 2 2 1.1.1. Theo UNEP (Chương trình Môi trường Liên hiệp quốc) 2 1.1.2. Theo Luật khôi phục và bảo vệ tài nguyên của Mỹ (RCRA) 2 1.1.3. Theo cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (US EPA) 2 1.1.4. Theo Philipin 2 1.1.5. Theo Canada 2 1.1.6. Theo qui chế quản lý CTNH của Việt Nam 2 1.2. PHÂN LOạI CHấT THảI NGUY HạI 2 1.2.1. Các cách phân loại 2 1.2.2. Các hệ thống phân loại: 2 1.3. NGUồN GốC CHấT THảI NGUY HạI 1 2 2 1.3.1. Công nghiệp 2 1.3.2. Hoạt động sinh hoạt của con người 2 1.3.3. Từ thiên nhiên 2 1.4. ẢNH HƯởNG CủA CHấT THảI NGUY HạI 3 2 1.4.1. Ảnh hưởng đến môi trường 2 1.4.2. Ảnh hưởng đến xã hội 2 CHƯƠNG 2 QUẢN LÝ CHẤT THẢI NGUY HẠI 2 2.1. GIảM THIểU CTNH TạI NGUồN 1 2 3 2 2.1.1. Quản lý và kiểm soát sản xuất 2 2.1.2. Cải tiến qui trình sản xuất 2 2.1.3. Giảm thể tíchkhối lượng chất thải 2 2.1.4. Thu hồitái sinhtái sử dụng 2 2.2. THU GOM, LƯU TRữ VÀ VÂN CHUYểN CTNH 2 2.2.1. Thu gom, đóng gói và Dán nhãn CTNH 2 2.2.2. Lưu trữ CTNH 2 2.2.3. Vận chuyển CTNH 2 2.3. QUảN LÝ CTNH ở VIệT NAM 1,2,3 2 2.3.1. Những vấn đề chung 2 2.3.2. Hiện trạng công tác quản lý CTNH 2 2.3.3. Những vấn đề đặt ra với công tác quản lý CTNH rắn hiện nay 2 2.4. QUảN LÝ CTNH ở MộT Số NƯớC TRÊN THế GIớI 2 CHƯƠNG 3 – TÁI CHẾ VÀ CÁC KỸ THUẬT XỬ LÝ CHẤT THẢI NGUY HẠI 2 3.1. CÁC Kỹ THUậT TÁI CHế CTNH 1,2,3 2 3.2. CÁC Kỹ THUậT Xử LÝ CHấT THảI NGUY HạI 2 3.2.1. Kỹ thuật xử lý hóa – lý 2 3.2.2. Kỹ thuật xử lý thiêu đốt 2 3.2.3. Kỹ thuật xử lý chôn lấp chất thải nguy hại 5 2 KẾT LUẬN 2 ĐỀ TÀI: QUẢN LÝ TÍCH HỢP CHẤT THẢI RẮN 2 MỞ ĐẦU 2 CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VỀ CHẤT THẢI RẮN 2 1.1. ĐịNH NGHĨA CHấT THảI RắN 2 1.2. TổNG QUAN Về LịCH Sử PHÁT TRIểN VÀ QUảN LÝ CHấT THảI RắN 2 1.3. Sự PHÁT SINH CHấT THảI RắN TRONG XÃ HộI CÔNG NGHIệP 2 1.4. ẢNH HƯởNG CủA CHấT THảI RắN ĐếN MÔI TRƯờNG SINH THÁI 2 1.5. Hệ THốNG QUảN LÝ CHấT THảI RắN ĐÔ THị 2 1.6. QUảN LÝ CHấT THảI RắN TổNG HợP 2 1.6.1. Thứ bậc ưu tiên trong quản lý rác tổng hợp 2 1.6.2. Các thành phần của hệ thống tổng hợp quản lý chất thải rắn 2 1.6.3. Những Thách Thức Của Việc Quản Lý Chất Thải Rắn Trong Tưong Lai 2 CHƯƠNG II: NGUỒN GỐC, THÀNH PHẦN, KHỐI LƯỢNG VÀ ĐẶC TÍNH CỦA CHẤT THẢI RẮN 2 2.1. NGUồN GốC CHấT THảI RắN 2 2.2. THÀNH PHầN CHấT THảI RắN 2 2.2.1. Sự thay đổi thành phần chất thải rắn trong tương lai 2 2.2.2. Cách xác định thành phần rác thải đô thị tại hiện trường 2 2.3. KHốI LƯợNG CHấT THảI RắN 2 2.3.1. Tầm quan trọng của việc xác định khối lượng chất thải rắn 2 2.3.2. Các phương pháp sử dụng để tính toán khối lượng chất thải rắn 2 2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khối lượng chất thải rắn 2 2.4. TÍNH CHấT CủA CHấT THảI RắN 2 2.4.1 Tính chất vật lý của chất thải rắn 2 2.4.2. Tính chất hoá học của chất thải rắn 2 2.4.3. Tính chất sinh học của chất thải rắn 2 CHƯƠNG III: HỆ THỐNG THU GOM CHẤT THẢI RẮN 2 3.1 CÁC LOạI DịCH Vụ THU GOM 2 3.1.1 Hệ thống thu gom không phân loại tại nguồn 2 3.1.2. Hệ thống thu gom phân loại tại nguồn: 2 3.2. CÁC LOạI Hệ THốNG THU GOM 2 3.2.1. Hệ thống container di động: (HCS Hauled Container System) 2 3.2.2 Hệ thống container cố định: (SCS Stationnary Container System) 2 CHƯƠNG IV: BÃI CHÔN LẤP CHẤT THẢI HỢP VỆ SINH 2 4.1. KHÁI NIệM BÃI CHÔN LấP CHấT THảI RắN 2 4.2. PHÂN LOạI BÃI CHÔN LấP CHấT THảI RắN 2 4.3. LựA CHọN ĐịA ĐIểM XÂY DựNG BÃI CHÔN LấP CHấT THảI RắN 2 4.4. CấU TRÚC CHÍNH CủA BÃI CHÔN LấP HợP Vệ SINH 2 4.4.1. Ô chôn lấp 2 4.4.2. Hệ thống thu gom và xử lý nước rác, nước thải của BCL: 2 4.4.3. Thu gom và xử lý khí thải 2 4.4.4. Hệ thống thoát nước mặt và nước mưa 2 CHƯƠNG V: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ (COMPOST) TỪ RÁC ĐÔ THỊ 2 5.1 CÔNG NGHệ Kỵ KHÍ 2 5.1.1 Tổng quan 2 5.1.2 Phân loại công nghệ 2 5.1.3 Các yếu tố vật lý và hóa học 2 5.1.4. Đặc trưng của các công nghệ 2 5.1.4.1. Công nghệ ướt một giai đoạn 2 5.1.4.2 Công nghệ khô một giai đoạn 2 5.2. CÔNG NGHệ HIếU KHÍ 2 5.2.1 Tổng quan 2 5.2.2. Các dạng công nghệ 2 CHƯƠNG VI: THU HỒI VÀ TÁI CHẾ CHẤT THẢI RẮN 2 6.1. KHÁI QUÁT CHUNG Về TÁI CHế VÀ TÁI Sử DụNG LạI CHấT THảI RắN ĐÔ THị 2 6.2. CÁC HOạT ĐộNG TÁI CHế VÀ THU HồI CHấT THảI RắN 2 6.3. THU HồI VÀ TÁI CHế CHấT DẻO 2 6.4. THU HồI VÀ CHế BIếN CÁC SảN PHẩM CAO SU 2 6.5. THU HồI NĂNG LƯợNG Từ CHấT THảI 2 6.6. HOạT ĐộNG THU HồI VÀ TÁI CHế CHấT THảI TạI VIệT NAM 2 6.7. HOạT ĐộNG THU HồI VÀ TÁI CHế CHấT THảI ở CÁC NƯớC KHÁC 2 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 2 1. KếT LUậN 2 2. KIếN NGHị 2 TÀI LIỆU THAM KHẢO 2 ĐỀ TÀI: THIẾT BỊ PHẢN ỨNG TRONG KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG MỞ ĐẦU Thiết bị phản ứng là các thiết bị trọng tâm của đa số các quá trình biến đổi hóa học. Người ta định nghĩa thiết bị phản ứng là thiết bị mà trong đó xảy ra các phản ứng hóa học, nghĩa là các thiết bị để chuyển hóa các chất tham gia phản ứng thành các sản phẩm hóa học. Trong quy mô công nghiệp, quy trình sản xuất hoặc xử lý hóa chất tạo ra các sản phẩm mong muốn với yêu cầu về hiệu quả và chi phí tốt nhất luôn là bài toán khó đối với đơn vị thực hiện. Do đó việc nghiên cứu tìm hiểu sâu sắc một số thiết bị phản ứng sẽ giúp chúng ta có được tầm nhìn tốt để lựa chọn giải pháp tối ưu trước khi bắt tay vào quy trình hoạt động. Để đáp ứng yêu cầu đó, nhóm thực hiện tìm hiểu đề tài về một số thiết bị phản ứng trong kỹ thuật môi trường.Mặc dù các thiết bị và hệ thiết bị trong tài liệu đưa ra là các mô hình lý tưởng và đơn giản nhưngchúng luôn luôn là điểm khởi đầu khi nghiên cứu để mô tả các điều kiện trong một hệ thống lò phản ứng, điều này là nền tảng vững chắc để từ đó nghiên cứu ứng dụng sâu hơn vào các điều kiện thực tế. Mỗi thiết bị phản ứng được trình bày rõ theo cách phân loại, đặc điểm cơ bản và cách tính toán trong mỗi thiết bị, kèm theo đó là các ví dụ minh họa giúp hiểu rõ hơn bản chất và một phần nào đó ứng dụng của thiết bị. Những kiến thức cơ bản này sẽ giúp chúng ta thiết kế được hệ thống thiết bị sao cho đạt hiệu quả nhất trong thực tế.

MỤC LỤC ĐỀ TÀI: THIẾT BỊ PHẢN ỨNG TRONG KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG MỞ ĐẦU Thiết bị phản ứng là các thiết bị trọng tâm của đa số các quá trình biến đổi hóa học. Người ta định nghĩa thiết bị phản ứng là thiết bị mà trong đó xảy ra các phản ứng hóa học, nghĩa là các thiết bị để chuyển hóa các chất tham gia phản ứng thành các sản phẩm hóa học. Trong quy mô công nghiệp, quy trình sản xuất hoặc xử lý hóa chất tạo ra các sản phẩm mong muốn với yêu cầu về hiệu quả và chi phí tốt nhất luôn là bài toán khó đối với đơn vị thực hiện. Do đó việc nghiên cứu tìm hiểu sâu sắc một số thiết bị phản ứng sẽ giúp chúng ta có được tầm nhìn tốt để lựa chọn giải pháp tối ưu trước khi bắt tay vào quy trình hoạt động. Để đáp ứng yêu cầu đó, nhóm thực hiện tìm hiểu đề tài về một số thiết bị phản ứng trong kỹ thuật môi trường.Mặc dù các thiết bị và hệ thiết bị trong tài liệu đưa ra là các mô hình lý tưởng và đơn giản nhưngchúng luôn luôn là điểm khởi đầu khi nghiên cứu để mô tả các điều kiện trong một hệ thống lò phản ứng, điều này là nền tảng vững chắc để từ đó nghiên cứu ứng dụng sâu hơn vào các điều kiện thực tế. Mỗi thiết bị phản ứng được trình bày rõ theo cách phân loại, đặc điểm cơ bản và cách tính toán trong mỗi thiết bị, kèm theo đó là các ví dụ minh họa giúp hiểu rõ hơn bản chất và một phần nào đó ứng dụng của thiết bị. Những kiến thức cơ bản này sẽ giúp chúng ta thiết kế được hệ thống thiết bị sao cho đạt hiệu quả nhất trong thực tế.   Phân loại thiết bị phản ứng [7]  Các cách phân loại thiết bị phản ứng  Theo pha của hệ • Theo bản chất pha : thiết bị phản ứng pha khí, lỏng hoặc rắn ; • Theo số pha : - Thiết bị phản ứng một pha (đồng thể) : pha khí hoặc lỏng, - Thiết bị phản ứng nhiều pha (dị thể) : - Thiết bị phản ứng hai pha : khí-lỏng, lỏng-lỏng, khí-rắn, lỏng-rắn - Thiết bị phản ứng ba pha : khí-lỏng-rắn. • Theo trạng thái pha : thiết bị phản ứng pha liên tục hoặc pha phân tán  Điều kiện tiến hành quá trình • Theo phương thức làm việc - Thiết bị phản ứng gián đoạn - Thiết bị phản ứng liên tục - Thiết bị phản ứng bán liên tục • Theo điều kiện nhiệt - Thiết bị phản ứng đẳng nhiệt - Thiết bị phản ứng đoạn nhiệt  Phân loại thiết bị phản ứng theo phương thức làm việc Tùy thuộc vào phương thức làm việc, người ta chia thiết bị phản ứng thành 3 loại: • Thiết bị phản ứng gián đoạn   Định nghĩa: Là là thiết bị phản ứng làm việc theo từng mẻ, nghĩa là các thành phần tham gia phản ứng và các chất phụ gia (dung môi, chất trơ) hoặc các chất xúc tác được đưa tất cả vào thiết bị ngay từ thời điểm đầu. Sau thời gian nhất định, khi phản ứng đã đạt được độ chuyển hóa yêu cầu, người ta cho dừng thiết bị và tháo sản phẩm ra.  Ưu điểm : - Tính linh động cao : có thể dùng thiết bị đó để thực hiện các phản ứng khác nhau tạo ra các sản phẩm khác nhau - Đạt độ chuyển hóa cao do có thể khống chế thời gian phản ứng theo yêu cầu - Chi phí đầu tư thấp do ít phải trang bị các thiết bị điều khiển tự động  Nhược điểm : - Năng suất thấp do thời gian một chu kỳ làm việc dài : đòi hỏi thời gian nạp liệu, đốt nóng, làm nguội, tháo sản phẩm và làm sạch thiết bị - Mức độ cơ giới hóa và tự động hóa thấp - Khó điều chỉnh và khống chế quá trình do tính bất ổn định của phương thức làm việc gián đoạn - Mức độ gây độc hại hoặc nguy hiểm đối với người sản xuất cao hơn do mức độ tựđộng hóa thấp, người công nhân phải tiếp xúc nhiều hơn với các hóa chất  Phạm vi ứng dụng : - Chỉ thích hợp với các phân xưởng năng suất nhỏ - Phục vụ cho mục đích sản xuất nhiều loại sản phẩm khác nhau trong cùng một thiết bị • Thiết bị phản ứng liên tục  Định nghĩa : Là thiết bị mà trong đó các chất tham gia phản ứng được đưa liên tục vào thiết bị và sản phẩm cũng được lấy ra liên tục. Sau thời gian khởi động thì nhiệt độ, áp suất, lưu lượng và nồng độ các chất tham gia phản ứng không thay đổi theo thời gian, thiết bị làm việc ở trạng thái ổn định.  Ưu điểm : - Có khả năng cơ giới hóa và tự động hóa cao  - Năng suất cao do không tốn thời gian nạp liệu và tháo sản phẩm - Chất lượng sản phẩm ổn định do tính ổn định của quá trình  Nhược điểm: - Chi phí đầu tư cao, trước hết là do đòi hỏi phải trang bị các thiết bị tự động điều khiển để đảm bảo tính ổn định của quá trình - Tính linh động thấp, ít có khả năng thực hiện các phản ứng khác nhau, tạo các sản phẩm khác nhau .  Phạm vi ứng dụng Thiết bị phản ứng liên tục được sử dụng thích hợp cho các quá trình sản xuất với năng suất lớn, chất lượng sản phẩm đảm bảo. • Thiết bị phản ứng bán liên tục  Định nghĩa Là thiết bị mà trong đó có thành phần chất tham gia phản ứng đưa vào gián đoạn còn các chất khác đưa vào liên tục. Sản phẩm có thể lấy ra gián đoạn hay liên tục.  Phạm vi ứng dụng Được thực hiện đối với những quá trình không có khả năng thực hiện theo phương thức liên tục, còn nếu thực hiện theo phương thức gián đoạn lại cho năng suất thấp.  Các khái niệm cơ bản  Các khái niệm liên quan đến thiết bị phản ứng[5]  Tốc độ nạp nguyên liệu F Ao : Là lượng nguyên liệu được nạp vào phản ứng trong một đơn vị thời gian, kí hiệu F Ao (mol/phút)  Tốc độ dòng thể tích nạp liệu 0 V • : Là thể tích được nạp vào thiết bị phản ứng trong một đơn vị thời gian (lít/phút)  Nồng độ nguyên liệu ban đầu C Ao Là nồng độ của nguyên liệu ban đầu đưa vào thiết bị phản ứng (mol/lít)  Mối quan hệ giữa F Ao , , C Ao  0 V • F Ao = x C Ao Ví dụ: F Ao = 5 (mol/phút) = 5 (lít/phút) C Ao = 1 (mol/l)  Thời gian lưu biểu kiến : là thời gian cần thiết để đưa một thể tích nguyên liệu đầu đúng bằng thể tích thiết bị phản ứng nạp vào trong thiết bị V: Thể tích phản ứng =  Khái niệm độ chuyển hóa Để thuận tiện cho việc theo dõi và nghiên cứu những tính toán trong các thiết bị phản ứng người ta đưa ra các khái niệm như sau: Độ chuyển hóa X A : là đại lượng thể hiện tỷ lệ chất A đã chuyển hóa thành sản phẩm Với X A : là độ chuyển hóa của cấu tử A (X A = 0 ÷ 1) N AO : số mol A ban đầu N A : số mol A tại thời điểm xem xét • Khi thể tích phản ứng không thay đổi V= const X A = (2)  0 V • 0 V • τ τ o V V • Ao A A Ao N N X N − = Ao A Ao A Ao Ao N N C C V V N C V − − = C A = C Ao (1-X A ) • Khi thể tích hỗn hợp phản ứng thay đổi Sự phụ thuộc của thể tích hỗn hợp phản ứng vào độ chuyển hóa là một sự phụ thuộc tuyến tính: V= V 0 (1+ X A ) (3) trong đó là hệ số thay đổi thể tích, là một hệ số cố định với một phản ứng xác định. Hệ số thay đổi thể tích ( ε A ) của một phản ứng hóa học nhất định được định nghĩa bằng hệ thức: A ε = 0 01 = == − A AA x xx V VV (4) Từ (1)và (3) ta có: C A = C A = C A0 AA A X X ε + − 1 1 (5) Ví dụ1: A 2R +S A ε = Ví dụ 2: Trong hỗn hợp đầu chứa 50% A và 50%I Vd3: Trong hỗn hợp ban đầu chứa 75%A và 25% I  Cân bằng vật chất Cân bằng vật chất cho một tác chất được viết dưới dạng tổng quát có thể áp dụng cho bất kỳ một dạng thiết bị phản ứng nào.  ⇒ A ε A ε (1 ) (1 ) (1 ) Ao A A A o A A o A A N X N N V V X V X ε ε − = = + + (2 1) 1 2 1 + − = (0,5 2 0,5 0,5) (0,5 0,5) 1 (0,5 0,5) A x ε + + − + = = + (0,75 2 0,75 0,25) (0,75 0,25) 1,5 (0,75 0,25) A x ε + + − + = = +   Hình 1: Cân bằng vật chất cho một phân tố thể tích ∆V • Trong một phân tố thể tích ∆V và một phân tố thời gian ∆t, cân bằng vật chất dạng tổng quát là : Lượng chất A nạp vào = Lượng chất A lấy ra + Lượng chất A chuyển hóa + Lượng chất A tích lũy Nếu thể tích tại mọi điểm là như nhau thì có thể viết cân bằng vật chất cho toàn bộ thể tích vật chất.  Phương trình động học của các phản ứng hóa học[8] Các phương trình động học mô tả mối quan hệ định lượng giữa nồng độ của các chất phản ứng và thời gian trong các phản ứng bậc khác nhau. Xét phương trình động học phản ứng bậc 1bất thuận nghịch: Phương trình phản ứng có dạng : A C Phương trình động học có dạng : r A = - kC A Trong đó: r : tốc độ phản ứng, đơn vị: mol/(thể tích x thời gian). k: hằng số tốc độ phản ứng, đơn vị (thời gian) -1 C A : Nồng độ chất tham gia phản ứng. Sau đây là phương trình động học của một số phản ứng: Bảng 1: Phương trình động học một số phản ứng Bậc phản ứng Loại PƯ Ví dụ r A Đơn vị 0 Bất thuận nghịch A B r A =-k k: mol/(L.h)  Tốc độ A thoát ra Bậc 1 Giả bậc1 Bất thuận nghịch Bất thuận nghịch A B A+H 2 O B r A = - kC A r A = - kC A k: 1/h k: 1/h 2 2 Bất thuận nghịch Bất thuận nghịch 2A B A + B C r A = -kC A 2 r A =- kC A .C B k: L/(mol.h) k: L/(mol.h) Bất thuận nghịch  Một số thiết bị phản ứng cơ bản. Trong phần này chúng ta giải quyết các vấn đề cơ bản của tính toán thiết bị phản ứng bằng cách nghiên cứu các mô hình thiết bị phản ứng lý tưởng. Chúng luôn luôn là điểm khởi đầu khi cố gắng để mô tả các điều kiện trong một hệ thống lò phản ứng, đặc biệt là liên quan đến pha trộn. Pha trộn có ý nghĩa quan trọng bởi vì nó ảnh hưởng đến nồng độ trong hệ thống, do đó ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng hóa học. Ở đây, chúng tôi sẽ chỉ xem xét ở mức độ trộn vĩ mô, không có chuyển động khuếch tán ở mức độ phân tử. Dựa trên những khía cạnh đó có ba mô hình thiết bị phản ứng lý tưởng được xem xét.[8]  Thiết bị phản ứng liên tục Đối với dạng thiết bị này, ta phân thành 2 loại cơ bản:  Thiết bị ống dòng PER (Plug flow reactor)  Đặc điểm thiết bị [1,2,3,4] Trong thiết bị phản ứng kiểu này dòng chất phản ứng chảy theo một dòng chảy đều dặn dọc theo ống phản ứng, do đó xem như không có sự khuếch tán dọc theo dòng  A A A kC r K C = − + chảy và không có sự khác nhau về tốc độ đối với bất kỳ điểm nào của dòng chảy. Điều này có nghĩa là vật chất (các chất phản ứng) chảy qua thiết bị ống dòng này theo một dòng nhất chảy đều đặn và liên tục. Thực ra, đối với thiết bị ống dòng có thể xảy ra sự khuấy trộn dòng chảy, tuy nhiên nhất thiết phải không có sự khuấy trộn dọc theo chiều chuyển động của dòng chảy. Điều kiện cần và đủ cho thiết bị phản ứng kiểu ống dòng là thời gian lưu (residence time) trong thiết bị là như nhau đối với các phần tử của dòng chảy. Trong thiết bị ống dòng, dòng chất có sự giống nhau về nhiệt độ và nồng độ theo chiều dọc. Nồng độ và nhiệt độ tại một điểm của ống là không đổi theo thời gian. Thiết bị ống dòng lý tưởng còn được gọi là thiết bị phản ứng tĩnh và không đồng nhất vì nồng độ chất ở các điểm khác nhau theo hướng trục ống là không bằng nhau. Về phương diện kỹ thuật thùng khuấy lý tưởng có thể tạo nên được với tốc độ chính xác mong muốn. Tuy nhiên đối với ống dòng thì chỉ có khả năng đạt gần đến trạng thái lý tưởng. Qua đó, ống dòng lý tưởng được xem xét như là không có sự trộn lẫn giữa các nguyên tố thể tích kế tiếp nhau nạp vào ống và tốc độ dòng trên toàn bộ mặt cắt của ống là không đổi. Chúng ta có sơ đồ đơn giản của thiết bị phản ứng dạng ống như hình vẽ bên dưới. Từ đó có thể biểu diễn sự phụ thuộc của nồng độ tác chất được xét vào chiều dài của thiết bị phản ứng là một đường cong liên tục và giảm dần từ đầu vào đến đầu ra của thiết bị. Hình 2: Sơ đồ đơn giản của thiết bị phản ứng dạng ống Về phương diện động học, chúng ta có thể mô tả thiết bị phản ứng dạng ống theo sơ đồ sau:  Hình 3: Sơ đồ thiết bị dạng ống theo phương diện động học Ưu điểm: - Xử lý được thể tích lớn - Trong cùng một thời gian phản ứng, thiết bị ống dòng cho sản phẩm đầu ra tốt như thiết bị khuấy trộn làm việc gián đoạn Nhược điểm: - Khó kiểm soát nhiệt độ và có thể hình thành các gadient nhiệt độ không mong muốn - Giá thành bảo dưỡng cao hơn so với thiết bị khuấy liên tục Với các ưu và nhược điểm trên, kỹ thuật ống dòng thường được ứng dụng vào một số trường hợp sau: - Hệ phản ứng lớn - Phản ứng đòi hỏi xảy ra nhanh - Phản ứng đồng thể hoặc dị thể - Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ cao - Sản xuất liên tục  Tính toán trong thiết bị ống dòng  Cân bằng vật chất[5,6] Đối với một cấu tử A:  [...]... trình phản ứng và phương trình tốc độ như sau: A → R; (-rA) = k.CA2 Khi phản ứng tiến hành trong một thiết bị IMR có thể tích V thì độ chuyển hóa của phản ứng là 50% a) Độ chuyển hóa của phản ứng sẽ là bao nhiêu nếu phản ứng được tiến hành trong một thiết bị phản ứng IMR có thể tích bằng 6 lần thiết bị IMR ban đầu b) Độ chuyển hóa của phản ứng sẽ là bao nhiêu nếu phản ứng được tiến hành trong thiết bị phản. .. 1  Khi thể tích phản ứng thay đổi Đối với các phản ứng có thể tích phản ứng thay đổi εA 0, thời gian lưu thực của thiết bị thay đổi Thời gian lưu thực của thiết bị phản ứng là thời gian mà các phần tử tham gia phản ứng được lưu giữ trong thiết bị phản ứng dưới những điều kiện tiến hành phản ứng FA0 dXA = (–rA)dV Ta có dV = FAo dX A (− rA ) Trong một vi phân thời gian lưu của thiết bị ống dòng sẽ có... tiếp [1,7] Hình 9: Hệ các thiết bị ống dòng mắc nối tiếp Xét j thiết bị phản ứng dạng ống mắc nối tiếp và gọi x1, x2, ,xj là độ chuyển hóa của tác chất A khi rời khỏi thiết bị phản ứng 1, 2, , j Từ cân bằng vật chất dựa trên lưu lượng mol của A vào thiết bị phản ứng đầu tiên, ta viết được cho thiết bị phản ứng thứ i : Với j thiết bị mắc nối tiếp : 35 Như vậy, với j thiết bị phản ứng dạng ống mắc nối tiếp... tích hỗn hợp phản ứng tăng gấp đôi sau 8 phút Hãy xác định: a) Độ chuyển hóa đạt được khi đó b) Trong trường hợp tiến hành phản ứng trong thiết bị ống dòng với tốc độ nạp liệu 500l/giờ (8,3 l/ph) thì thể tích của thiết bị phản ứng phải bằng bao nhiêu để đạt được độ chuyển hóa nói trên Cho biết phản ứng này là phản ứng bậc 1 Đáp án: a) Tính độ chuyển hóa trong thiết bị BR Do thể tích phản ứng thay đổi... chuẩn bị phản ứng giữa các mẻ nên thiết bị được ứng dụng cho các yêu cầu cần làm việc liên tục Tuy nhiên, để có chất lượng tốt như thiết bị khuấy gián đoạn thì thời gian phản ứng của thiết bị khuấy trộn liên tục sẽ lớn hơn Cũng có nghĩa là trong cùng một thời gian phản ứng, thiết bị khuấy trộn liên tục cho sản phẩm đầu ra có chất lượng kém hơn thiết bị khuấy trộn gián đoạn II.1.2.2 Tính toán trong thiết. .. đổi theo thời gian Thành phần của hỗn hợp phản ứng tại lối ra của thiết bị cũng đúng bằng thành phần hỗn hợp phản ứng ở trong thiết bị phản ứng Điều này có ý nghĩa là yếu tố thể tích V trong các phương trình cân bằng có thể lấy là thể tích V của thiết bị 15 CAo CA t CA Hình 4: Thiết bị khuấy trộn lý tưởng liên tục Người ta giả sử rằng ở đầu vào của thiết bị phản ứng , nồng độ của các chất giảm một cách... ) Bảng 2: So sánh các thiết bị phản ứng đơn giản II.3.2 Các bài toán ví dụ: Ví dụ 1: Cho phản ứng A R+S là phản ứng bậc 1 có (-rA)=k.CA Tiến hành phản ứng trong thiết bị khuấy lý tưởng gián đoạn thì sau 10 phút độ chuyển hóa A đạt XA=50% Hỏi nếu tiến hành phản ứng trong thiết bị khuấy lý tưởng liên tục IMR thì sau bao lâu ( =?) để đạt độ chuyển hóa A, XA=75% Đáp án: Với thiết bị BR 27 C A0 X A (− rA... chuyển hóa trong mỗithiết bị phản ứng và lưu lượng của tác chất nạp vào hệ thiết bị phản ứng sẽ bằng tổng lưu lượng đầu vào của các tác chất của j thiết bị phản ứng Ví dụ: Hệ thống PFR được thiết kế bao gồm 3 thiết bị PFR mắc thành 2 nhánh song song Nhánh D có một thiết bị PFR với thể tích là 50l mắc nối tiếp với một thiết bị PFR thứ hai có thể tích 30l Nhánh E có một thiết bị PFR có thể tích là 40l Hãy... tích đó đã ở trong thiết bị phản ứng bao lâu, nên thời gian thực là không như nhau đối với mỗi phần tử trong trường hợp này có thể đưa ra khái niệm thời gian lưu trung bình Thông số thời gian lưu trung bình có thể được tính toán theo quy trình sau: Ta có: • Tốc độ dòng thể tích đi vào thiết bị phản ứng: V0 FA0 = C A0 FAf • Tốc độ dòng thể tích đi ra thiết bị phản ứng: V f = C Af Như vậy trong trường hợp... khác Hỗn hợp phản ứng được khuấy trộn tốt đến mức thành phần hỗn hợp tại mọi điểm là như nhau Thành phần hỗn hợp phản ứng thay đổi theo thời gian tiến hành phản ứng cho đến khi phản ứng đạt đến trạng thái cân bằng 21 Loại thiết bị này đơn giản, ít cần các thiết bị phụ trợ, do đó được sử dụng rất tốt cho các nghiên cứu thực nghiệm quy mô nhỏ về động học của các loại phản ứng Loại thiết bị này trong thực . số pha : - Thiết bị phản ứng một pha (đồng thể) : pha khí hoặc lỏng, - Thiết bị phản ứng nhiều pha (dị thể) : - Thiết bị phản ứng hai pha : khí-lỏng, lỏng-lỏng, khí-rắn, lỏng-rắn - Thiết bị. : khí-lỏng-rắn. • Theo trạng thái pha : thiết bị phản ứng pha liên tục hoặc pha phân tán  Điều kiện tiến hành quá trình • Theo phương thức làm việc - Thiết bị phản ứng gián đoạn - Thiết. : - Có khả năng cơ giới hóa và tự động hóa cao  - Năng suất cao do không tốn thời gian nạp liệu và tháo sản phẩm - Chất lượng sản phẩm ổn định do tính ổn định của quá trình  Nhược điểm: -