thiết bị phản ứng trong công nghiệp hóa dầu

04/27/10 1 THI T B PH N NGẾ Ị Ả Ứ trong công nghi p hoá d u.ệ ầ Ng i so n : PGS,TS Tr n Công Khanh.ườ ạ ầ Tr ng Đ i h c Bách khoa Hà N i.ườ ạ ọ ộ 04/27/10 2 I-GI I THI U V TBPỚ Ệ Ề Ư : I.1-Gi i thi u:ớ ệ  -TBP - h th ng thi t b th c hi n các ph n ng hoá h c t o ra s n Ư ệ ố ế ị ự ệ ả ứ ọ ạ ả ph m c a m t quá trình s n xu t,do đó quy t đ nh ẩ ủ ộ ả ấ ế ị năng su t (do ấ v n t c ph n ng r ) và hi u qu (đ chuy n hoá X và đ ch n ậ ố ả ứ ệ ả ộ ể ộ ọ l c S) c a s n xu t.ọ ủ ả ấ  -V n t c ph n ngậ ố ả ứ chuy n hoá ch t iể ấ : Ri = ± dNi / Vdt . ( 1 . 1 ) Trong đó: N i -S mol c a ch t i, d u c ng là t o thành (s n ph m ố ủ ấ ấ ộ ạ ả ẩ ph n ng), d u tr là tiêu hao (ch t ph n ng).ả ứ ấ ừ ấ ả ứ V-Th tích c a h th ngể ủ ệ ố Khi th tích không đ i ta có Cể ổ i = N i / V, do đó pt (1.1) thành: Ri = ± dCi / dt . ( 1 . 2 ) 04/27/10 3  -Đ chuy n hoá ộ ể c a ch t i:ủ ấ Xi = (C0 - C1) / C0 = 1 - C1/C0 . ( 1 . 3 )  Trong đó : C 0 - n ng đ ồ ộ ch t ph n ng i đi vàoấ ả ứ ( hay n ng đ ồ ộ ban đ u) ầ C 1 - n ng đ ồ ộ ch t ph n ng i đi raấ ả ứ ( hay n ng đ ồ ộ cu i ) ố  -Đ ch n l c đ i v i s n ph m i:ộ ọ ọ ố ớ ả ẩ Si = Ci / ∑Cj j = 1, n ( 1 . 4 )  Trong đó: Ci -n ng đ c a ồ ộ ủ s n ph m iả ẩ trong h n h p ph n ng .ỗ ợ ả ứ ∑C j -t ng n ng đ các s n ph mổ ồ ộ ả ẩ trong h n h p ph n ỗ ợ ả ngứ 04/27/10 4 V TRÍ H TH NG TBP TRONG S Đ CÔNG NGHỊ Ệ Ố Ư Ơ Ồ Ệ Trong s đ công ngh TBP n m v trí nh ơ ồ ệ Ư ằ ở ị ư sau : H.1.1- L u đ kh i c a công ngh s n xu t .ư ồ ố ủ ệ ả ấ Trong đó h th ng thi t b ệ ố ế ị chu n b h n h p ph n ẩ ị ỗ ợ ả ng, tách và tinh ch s n ph mứ ế ả ẩ có th g m m t s ể ồ ộ ố l ng l n các thi t b th c hi n các quá trình chuy n ượ ớ ế ị ự ệ ể kh i và truy n nhi t nh ch ng luy n, h p th ,h p ố ề ệ ư ư ệ ấ ụ ấ ph , trích ly, đun nóng, làm l nh, ng ng t mà sinh ụ ạ ư ụ viên đã làm quen trong môn h c "Quá trình và thi t b ọ ế ị hoá h c ".ọ H th ng tách ệ ố và tinh chế s n ph mả ẩ H th ng ệ ố chu n b ẩ ị h n h pỗ ợ ph n ngả ứ THI T B Ế Ị PH N Ả NGỨ Nguyên li u ch a chuy n hoáệ ư ể Ng.li u ệ 2 Ng.li u ệ 1 S n ph mả ẩ 04/27/10 5 I.2-Đ c đi m :ặ ể  - Đa d ngạ  Do đi u ki n ph n ng r t khác nhau:ề ệ ả ứ ấ *Nhi t đệ ộ ph n ng có th t nhi t đ phòng đ n ả ứ ể ừ ệ ộ ế 800-900 0 C, cá bi t có th đ n 1300-1500ệ ể ế 0 C. Đ ng th i ồ ờ ph i có nh ng gi i pháp h p lý c p hay gi i nhi t ph n ả ữ ả ợ ấ ả ệ ả ng.ứ *Áp su tấ có th t áp su t khí quy n ( 0,1 MPa ) ể ừ ấ ể đ n 70 MPa.ế Trong nhi u ph n ng pha khí th ng dùng áp su t ề ả ứ ườ ấ kho ng 2-3 MPa đ gi m th tích TBP , tăng c ng ả ể ả ể Ư ườ v n t c ph n ng và h s trao đ i nhi t v i thành thi t ậ ố ả ứ ệ ố ổ ệ ớ ế b .ị V i m i áp su t c n có d ng hình h c c a thi t b phù ớ ỗ ấ ầ ạ ọ ủ ế ị h p : hình ợ ống, hình c u ch u áp su t t t h n hầ ị ấ ố ơ ình h p, ộ m t ph ng.ặ ẳ 04/27/10 6  Ph n ng trong thi t b có th ti n hành ả ứ ế ị ể ế ở các tr ng thái pha khác nhau:ạ *Đ ng th : khí, l ng ồ ể ỏ *Các h d th khí-r n, khí-l ng, l ng-r n, ệ ị ể ắ ỏ ỏ ắ l ng-l ng ỏ ỏ *Các h ba pha khí-l ng-r n, l ng-l ng-r n, ệ ỏ ắ ỏ ỏ ắ khí-l ng-l ng ỏ ỏ  Tính đa d ng c a TBP còn do ạ ủ Ư t ng hãngừ , trên th gi i có nh ng hãng có công ngh , ế ớ ữ ệ xúc tác và h th ng TBP riêng c a mình ệ ố Ư ủ 04/27/10 7 Đ C ĐI M TBPẶ Ể Ư…  -Ph c t pứ ạ  Do trong TBP Ư các quá trình hoá h c ọ ( ph n ngả ứ ) và v t lýậ ( chuy n kh i: dòng ể ố ch y , khu ch tán, và các quá trình nhi t: ả ế ệ truy n nhi t, to và thu nhi t ) x y ra ề ệ ả ệ ả đan xen và nh h ngả ưở l n nhauẫ  Trong đó, các quá trình v t lý th ng ậ ườ tuy n tính v i nhi t đế ớ ệ ộ, còn các ph n ng ả ứ hoá h c ph thu c vào nhi t đ d ng ọ ụ ộ ệ ộ ở ạ hàm mũ theo ph ng trình Arrhénius ( ươ phi tuy nế ). 04/27/10 8 I.3- Phân lo i TBP :ạ Ư 1/Theo ch đ làm vi c :ế ộ ệ a/Thi t b làm vi c gián đo nế ị ệ ạ  *Ch dùng cho pha l ng .ỉ ỏ  *Các b c c a quá trình: n p li u, đun ướ ủ ạ ệ nóng, ti n hành ph n ng, làm ngu i và ế ả ứ ộ tháo s n ph m, đ c th c hi n trong m t ả ẩ ượ ự ệ ộ thi t b . ế ị  Do đó các thông số nh n ng đ , nhi t đ , ư ồ ộ ệ ộ áp su t ấ thay đ i theo th i gian.ổ ờ  Ví d : ti n hành ph n ng trong thi t b ụ ế ả ứ ế ị lo i thùng có khu y n ng đ ch t ph n ạ ấ ồ ộ ấ ả ng thay đ i theo th i gian nh hình 1.2.ứ ổ ờ ư 04/27/10 9 H.1.2-Mô hình TBP làm vi c gián đo n và thay Ư ệ ạ đ i n ng đ theo th i gianổ ồ ộ ờ Ch t ph n ngấ ả ứ vào gián đo n ạ S n ph m ả ẩ tháo gián đo nạ 0 N ng đồ ộ ch t ph n ngấ ả ứ Th i gian tờ C A0 C At 04/27/10 10 b/Thi t b làm vi c n a gián đo n:ế ị ệ ử ạ   *Ch t ph n ng: ấ ả ứ m t ch t cho gián đo n, m t ộ ấ ạ ộ ch t cho liên t c.ấ ụ  Ch t cho gián đo n th ng là ch t l ng, ví d ấ ạ ườ ấ ỏ ụ ch t A.ấ  Ch t cho liên t c th ng là ch t khí hay có th là ấ ụ ườ ấ ể ch t l ng, ví d ch t B. Ph n ng: A + B ấ ỏ ụ ấ ả ứ → C  V i m c đích luôn ớ ụ nghèo ch t B trong h n h p ấ ỗ ợ ph n ng tránh ph n ng ph : B + C ả ứ ả ứ ụ → D  Hay đ ể v n t c to nhi t c a ph n ng phù h p ậ ố ả ệ ủ ả ứ ợ v i kh năng gi i nhi t c a thi t bớ ả ả ệ ủ ế ị . [...]... tưởng :  -Là mô hình dòng chảy trong thiết bị được khuấy trộn mạnh, chất phản ứng đi vào được trộn lẫn đồng đều ngay tức khắc trong thiết bị, do đó nồng độ chất phản ứng thay đổi đột ngột ở tại đầu vào của thiết bị như ở hình 1.5 04/27/10 Nồng độ chất phản ứng Chất A vào CA0 Chất A ra CA1 CA0 CA1 CA1 Toạ độ phản ứ ng H.1.5-Mô hình KLT và thay đổi nồng độ trong thiết bị 15 Mô hình khuấy lý tưởng… *Cũng... chế độ nhiệt tối ưu cho quá trình phản ứng -Gặp ở thiết bị loại ống , thiết bị có nhiều ngăn đoạn nhiệt và hệ thống nhiều thiết bị khuấy nối tiếp 04/27/10 21 II/ THỜI GIAN LƯU  -Thời gian lưu của chất phản ứng trong thiết bị là thời gian tiến hành phản ứng, vì vậy nó ảnh hưởng quan trọng đến độ chuyển hoá X và độ chọn lọc S  Ví dụ: ta có phản ứng nối tiếp A→B→C, trong đó B là sản phẩm chính và C... ) sự thay đổi nồng độ chất phản ứng giống như ở trường hợp đẩy lý tưởng (hình 1.4 )  Trong thực tiễn công nghiệp số thiết bị n trong hệ thống thường từ 4 đến 10 để ngoài việc đảm bảo năng suất của hệ thống thiết bị còn để phân bố thời gian lưu đồng đều hơn, nhiệt độ có thể điều chỉnh khác nhau ở từng thiết bị và chất phản ứng thứ hai có thể cho vào từ từ theo từng thiết bị theo yêu cầu 04/27/10 18...*Nồng độ A và B thay đổi theo thời gian phản ứng như ở hình 1.3 Nồng độ Chất phản ứng Chất B vào Liên tục CA0 Chất A vào Gián đoạn Số mol NB vào C At C Bt CB0 Thời gian t H.1.3-Mô hình TBPƯ làm việc nửa gián đoạn và thay đổi nồng độ chất phản ứng trong thiết bị 04/27/10 11 c /Thiết bị làm việc liên tục  *Đây là loại thiết bị thường gặp trong công nghiệp với qui mô sản xuất lớn  *Trạng thái dừng... -Là mô hình dòng chảy trong thiết bị chuyển động tịnh tiến theo thứ tự trước sau như chuyển động của pit-tông trong xi lanh  Và do đó nồng độ chất phản ứng thay đổi từ từ, bắt đầu ở đầu vào là CA0 đến đầu ra là CAL như ở hình 1.4  Nồng độ chất phản ứng L L H.1.4-Mô hình ĐLT và thay đổi nồng độ chất phản ứng trong thiết bị 04/27/10 *Mô hình đẩy lý tưởng : Chiều dài ống phản ứng 14 *Mô hình khuấy lý... ra và ra khỏi thiết bị nên TGL bằng 0  Và có thể có phần tử đã vào thiết bị từ lâu mới ra khỏi thiết bị nên TGL của những phần tử này bằng ∞  Nghĩa là TGL của chất phản ứng trong mô hình KLT không đồng đều và phân bố từ 0 đến ∞  04/27/10 29 lý thuyết xác suất ta có mệnh đề sau: xác suất của những phân tử có TGL trong thiết bị là t+dt gồm xác suất của những phần tử có TGL trong thiết bị là t và xác... 04/27/10 16  *Để đảm bảo năng suất thiết bị cao với mô hình khuấy lý tưởng hệ thống nhiều thiết bị khuấy nối tiếp được sử dụng như hình 1.6 CA0 C A1 1 CA2 2 C A3 CAn CA (n-1) 3 n C A0 CA1 C A2 CA3 CA(n-1) CAn 0 Toạ độ phản ứng H.1.6-Mô hình hệ thống n thiết bị KLT nối tiếp và thay đổi nồng độ chất phản ứng theo từng thiết bị 04/27/10 17  *Ở hình 1.6 nồng độ chất phản ứng thay đổi từng bậc từ đầu vào... khuấy lý tưởng… *Cũng do khuấy trộn nồng độ chất phản ứng trong khắp thiết bị đồng đều và bằng đầu ra là C1  *Do nồng độ chất phản ứng trong thiết bị thấp (nhất là khi độ chuyển hoá X yêu cầu cao ) nên vận tốc phản ứng thấp và do đó năng suất TBPƯ theo mô hình khuấy lý tưởng thấp hơn đẩy lý tưởng  Nói một cách khác, để đảm bảo độ chuyển hoá X như nhau thiết bị theo mô hình khuấy lý tưởng cần có thể tích... có độ phân tán cao Trong công nghiệp cũng hay gặp hệ nhiều pha: khí - lỏng rắn, lỏng - lỏng - rắn 04/27/10 19 4/Theo chế độ nhiệt: nhiệt:  -Không có bộ phận trao đổi nhiệt -Hay sử dụng vì đơn giản, cho các phản ứng có hiệu ứng nhiệt thấp hay ít nhạy với sự thay đổi nhiệt độ  *Đẳng nhiệt:  -Thường gặp ở các thiết bị có khuấy trộn tốt - Trong tài liệu đôi khi gọi thiết bị phản ứng xúc tác khí - rắn... hình này và của F(t) ta thấy rằng do khuấy trộn mạnh trong thiết bị các phần tử của dòng vừa vào được trộn đều khắp trong thể tích của thiết bị  Do vậy khả năng đi ra của các phần tử hiện có trong thiết bị là như nhau, không phân biệt phần tử vào trước hay vào sau Nói cách khác, xác suất xuất hiện ở cửa ra của những phần tử hiện có trong thiết bị là như nhau không phân biệt lịch sử của chúng  -Mô . )  Trong đó: Ci -n ng đ c a ồ ộ ủ s n ph m iả ẩ trong h n h p ph n ng .ỗ ợ ả ứ ∑C j -t ng n ng đ các s n ph mổ ồ ộ ả ẩ trong h n h p ph n ỗ ợ ả ngứ 04/27/10 4 V TRÍ H TH NG TBP TRONG S Đ CÔNG. TBP TRONG S Đ CÔNG NGHỊ Ệ Ố Ư Ơ Ồ Ệ Trong s đ công ngh TBP n m v trí nh ơ ồ ệ Ư ằ ở ị ư sau : H.1.1- L u đ kh i c a công ngh s n xu t .ư ồ ố ủ ệ ả ấ Trong đó h th ng thi t b ệ ố ế ị chu. 04/27/10 1 THI T B PH N NGẾ Ị Ả Ứ trong công nghi p hoá d u.ệ ầ Ng i so n : PGS,TS Tr n Công Khanh.ườ ạ ầ Tr ng Đ i h c Bách khoa Hà N i.ườ ạ ọ ộ 04/27/10 2 I-GI