CHƯƠNG 4 ÁP DỤNG PHƯƠNG TRÌNH THIẾT KẾ

Chương 4: Áp dụng phương trình thiết kế 01/24/16 Chuong Ap dung phuong t rinh thiet ke  Có thể sử dụng nhiều dạng bình phản ứng  Thay đổi tỷ lệ nồng độ tác chất nhập liệu ban đầu  Yếu tố ảnh hưởng đến lựa chọn: Lọai phản ứng Chi phí thiết bò dụng cụ đo Tính ổn đònh họat động Tính linh động thiết bò thay đổi điều kiện họat động 01/24/16 Chuong Ap dung phuong t rinh thiet ke Hai thông số thiết kế ảnh hưởng đến tính kinh tế trình: 1) Thể tích thiết bò phản ứng 2) Sự phân phối sản phẩm phản ứng đa hợp 01/24/16 Chuong Ap dung phuong t rinh thiet ke 4.1 So sánh kích thước thiết bò phản ứng đơn (1) Bình phản ứng khuấy trộn họat động ổn đònh & Bình ống  Sử dụng trực tiếp phương trình thiết kế  Sử dụng giản đồ (hình 4.1) 01/24/16 Chuong Ap dung phuong t rinh thiet ke 01/24/16 Chuong Ap dung phuong t rinh thiet ke 4.1 So sánh kích thước thiết bò phản ứng đơn (2) Sự biến đổi tỉ lệ nồng độ ban đầu tác chất phản ứng bậc hai – Bình ống, hình 4.2 C B0 M = 〉1 C A0  C A0 V  M − XA  τ M ≠ =  = ln , M ≠1  FA0  M ≠ k C A0 (M − 1) M(1 − X A )  C A0 V  XA  τ M = =  = , M =1  FA0  M = k C A0 (1 − X A ) 01/24/16 Chuong Ap dung phuong t rinh thiet ke 01/24/16 Chuong Ap dung phuong t rinh thiet ke (2) Sự biến đổi tỉ lệ nồng độ ban đầu tác chất phản ứng bậc hai – Bình khuấy liên tục, hình 4.3  C A0 V  XA  τ M ≠ =  = , M ≠1  FA0  M ≠ k C A0 (1 − X A ) (M − X A )  C A0 V  XA  τ M = =  = ,  FA0  M = k C A0 (1 − X A ) 01/24/16 Chuong Ap dung phuong t rinh thiet ke M =1 01/24/16 Chuong Ap dung phuong t rinh thiet ke Thí dụ 4.1 Phản ứng A + B → sản phẩm (-rA) = (500 l/ mol.ph) CA CB  Bình ống Vo = 0,1 lít; v = 0,05 l/ph  CA0 = CB0 = 0,01 gmol/ lít a) Xác đònh XAf ? b) Cùng suất XAf , tìm Vk ? c) Cùng suất, tìm XAf có Vk = Vo Nếu CB0 = 0,015 gmol/ lít, CA0 = 0,010 gmol/ lít d) Với v, tìm XAf cho bình ống ? e) Với XAf ban đầu, tìm tỷ lệ gia tăng suất? f) Tìm v cho bình phản ứng có Vk= 100lít, XAf=99% 01/24/16 Chuong Ap dung phuong t rinh thiet ke 10 Thí dụ 4.2 Tìm điều kiện tối ưu A → R • 100 gmol R/h sản xuất từ dd bão hòa A (CA0 = 0,1 gmol/ l) rR = (0,2 h-1)CA $A = 500 đ/mol A $ b = 10 đ/h.l • A không phản ứng thải bỏ • Tìm thể tích, suất lượng, độ chuyển hóa, giá thành R điều kiện tối ưu ? 01/24/16 Chuong Ap dung phuong t rinh thiet ke 11 Thí dụ 4.3 Tìm điều kiện tối ưu A → R  Giả sử A không phản ứng dòng sản phẩm tái chế, hòan lưu với chi phí $r = 125 đ/gmol A hòan lưu • Tìm thể tích, suất lượng, độ chuyển hóa, giá thành R điều kiện tối ưu ? 01/24/16 Chuong Ap dung phuong t rinh thiet ke 12 Thí dụ 4.3: A chưa phản ứng hòan lưu 01/24/16 Chuong Ap dung phuong t rinh thiet ke 13 4.2 Hệ nhiều bình phản ứng 4.2.1 Bình ống mắc nối tiếp và/ hay song song V = FA0 01/24/16 X Aj ∫ dX A ( − rA ) j bình phản ứng ống mắc nối tiếp có tổng thể tích V cho độ chuyển hóa độ chuyển hóa bình phản ứng tích V Chuong Ap dung phuong t rinh thiet ke 14 4.2 Hệ nhiều bình phản ứng 4.2.1 Bình ống mắc nối tiếp và/ hay song song  Với bình phản ứng ống mắc song song, phân phối dòng nhập liệu cho thành phần dòng nhánh giống nhau, tức V/F hay τ cho nhánh giống 01/24/16 Chuong Ap dung phuong t rinh thiet ke 15 4.2 Hệ nhiều bình phản ứng 4.2.2 Bình khuấy liên tục mắc nối tiếp (1) Phản ứng bậc (hình 4.7) 01/24/16 τ jk 1/ j     j  C A0  = jτ i = − 1 k  C Aj     τo C A0 = ln k CA Chuong Ap dung phuong t rinh thiet ke 16 4.2 Hệ nhiều bình phản ứng 4.2.2 Bình khuấy liên tục mắc nối tiếp (2) Phản ứng bậc (hình 4.8) C Aj = kτ j    − + − + − + + C A0 k τ i  i = → j   C A0 = + C A0 kτ CA 01/24/16 Chuong Ap dung phuong t rinh thiet ke 17 Thí dụ 4.3 Bình khuấy mắc nối tiếp Bình phản ứng khuấy liên tục đạt độ chuyển hóa 90% tác chất A → R theo phản ứng bậc  Dự đònh thay bình bình có tổng thể tích bình trước a) Cùng XAf = 90%, súât tăng bao nhiêu?  b) Năng suất cũ XAf tăng ?  Mắc nối tiếp bình, bính tích bình trước c) Cùng XAf = 90%, súât tăng bao nhiêu? d) Năng suất cũ XAf tăng ? 01/24/16 Chuong Ap dung phuong t rinh thiet ke 18 4.3 Thiết kế cho phản ứng đa hợp 4.3.1 Phản ứng song song (1) Khảo sát đònh tính phân phối sản phẩm dC R a1 A → R (chinh) rR = = k1 C A dt dC S k2 a2 A → S (phu) rS = = k CA dt k1 rS dC S k a2 − a1 = = CA rR dC R k1 01/24/16 Chuong Ap dung phuong t rinh thiet ke 19 Mô hình cho thấy nồng độ tác chất cao hay thấp cho trình ổn đònh 01/24/16 Chuong Ap dung phuong t rinh thiet ke 20 4.3 Thiết kế cho phản ứng đa hợp 4.3.1 Phản ứng nối tiếp (1) Khảo sát đònh tính phân phối sản phẩm 01/24/16 Chuong Ap dung phuong t rinh thiet ke 21 01/24/16 Chuong Ap dung phuong t rinh thiet ke 22 01/24/16 Chuong Ap dung phuong t rinh thiet ke 23 01/24/16 Chuong Ap dung phuong t rinh thiet ke 24 [...]... quá trình ổn đònh 01/ 24/ 16 Chuong 3 Ap dung phuong t rinh thiet ke 20 4. 3 Thiết kế cho phản ứng đa hợp 4. 3.1 Phản ứng nối tiếp (1) Khảo sát đònh tính sự phân phối sản phẩm 01/ 24/ 16 Chuong 3 Ap dung phuong t rinh thiet ke 21 01/ 24/ 16 Chuong 3 Ap dung phuong t rinh thiet ke 22 01/ 24/ 16 Chuong 3 Ap dung phuong t rinh thiet ke 23 01/ 24/ 16 Chuong 3 Ap dung phuong t rinh thiet ke 24 ... ? 01/ 24/ 16 Chuong 3 Ap dung phuong t rinh thiet ke 18 4. 3 Thiết kế cho phản ứng đa hợp 4. 3.1 Phản ứng song song (1) Khảo sát đònh tính sự phân phối sản phẩm dC R a1 A → R (chinh) rR = = k1 C A dt dC S k2 a2 A → S (phu) rS = = k 2 CA dt k1 rS dC S k 2 a2 − a1 = = CA rR dC R k1 01/ 24/ 16 Chuong 3 Ap dung phuong t rinh thiet ke 19 Mô hình cho thấy nồng độ của các tác chất cao hay thấp cho quá trình. .. Phản ứng bậc một (hình 4. 7) 01/ 24/ 16 τ jk 1/ j     j  C A0  = jτ i = − 1 k  C Aj     τo 1 C A0 = ln k CA Chuong 3 Ap dung phuong t rinh thiet ke 16 4. 2 Hệ nhiều bình phản ứng 4. 2.2 Bình khuấy liên tục bằng nhau mắc nối tiếp (2) Phản ứng bậc một (hình 4. 8) 1 C Aj = 2 kτ j    − 1 + 2 − 1 + 2 − 1 + 2 1 + 4 C A0 k τ i  i = 1 → j   C A0 = 1 + C A0 kτ CA 01/ 24/ 16 Chuong 3 Ap dung phuong... Chuong 3 Ap dung phuong t rinh thiet ke 14 4.2 Hệ nhiều bình phản ứng 4. 2.1 Bình ống mắc nối tiếp và/ hay song song  Với các bình phản ứng ống mắc song song, phân phối dòng nhập liệu sao cho thành phần dòng ra trong mỗi nhánh là giống nhau, tức là V/F hay τ cho mỗi nhánh là giống nhau 01/ 24/ 16 Chuong 3 Ap dung phuong t rinh thiet ke 15 4. 2 Hệ nhiều bình phản ứng 4. 2.2 Bình khuấy liên tục bằng nhau mắc... lưu • Tìm thể tích, suất lượng, độ chuyển hóa, giá thành của R tại điều kiện tối ưu ? 01/ 24/ 16 Chuong 3 Ap dung phuong t rinh thiet ke 12 Thí dụ 4. 3: A chưa phản ứng được hòan lưu 01/ 24/ 16 Chuong 3 Ap dung phuong t rinh thiet ke 13 4. 2 Hệ nhiều bình phản ứng 4. 2.1 Bình ống mắc nối tiếp và/ hay song song V = FA0 01/ 24/ 16 X Aj ∫ 0 dX A ( − rA ) j bình phản ứng ống mắc nối tiếp có tổng thể tích V sẽ cho...Thí dụ 4. 2 Tìm điều kiện tối ưu A → R • 100 gmol R/h được sản xuất từ dd bão hòa A (CA0 = 0,1 gmol/ l) rR = (0,2 h-1)CA $A = 500 đ/mol A $ b = 10 đ/h.l • A không phản ứng được thải bỏ • Tìm thể tích, suất lượng, độ chuyển hóa, giá thành của R tại điều kiện tối ưu ? 01/ 24/ 16 Chuong 3 Ap dung phuong t rinh thiet ke 11 Thí dụ 4. 3 Tìm điều kiện tối ưu A → R  Giả sử A... nối tiếp (2) Phản ứng bậc một (hình 4. 8) 1 C Aj = 2 kτ j    − 1 + 2 − 1 + 2 − 1 + 2 1 + 4 C A0 k τ i  i = 1 → j   C A0 = 1 + C A0 kτ CA 01/ 24/ 16 Chuong 3 Ap dung phuong t rinh thiet ke 17 Thí dụ 4. 3 Bình khuấy mắc nối tiếp Bình phản ứng khuấy liên tục đạt độ chuyển hóa 90% tác chất A → R theo phản ứng bậc 2  Dự đònh thay bình này bằng 2 bình có tổng thể tích bằng bình trước a) Cùng XAf = 90%, ... kiện tối ưu ? 01/ 24/ 16 Chuong Ap dung phuong t rinh thiet ke 12 Thí dụ 4. 3: A chưa phản ứng hòan lưu 01/ 24/ 16 Chuong Ap dung phuong t rinh thiet ke 13 4. 2 Hệ nhiều bình phản ứng 4. 2.1 Bình ống mắc... FA0  M = k C A0 (1 − X A ) 01/ 24/ 16 Chuong Ap dung phuong t rinh thiet ke M =1 01/ 24/ 16 Chuong Ap dung phuong t rinh thiet ke Thí dụ 4. 1 Phản ứng A + B → sản phẩm (-rA) = (500 l/ mol.ph) CA CB... 01/ 24/ 16 Chuong Ap dung phuong t rinh thiet ke 15 4. 2 Hệ nhiều bình phản ứng 4. 2.2 Bình khuấy liên tục mắc nối tiếp (1) Phản ứng bậc (hình 4. 7) 01/ 24/ 16 τ jk 1/ j     j  C A0  = jτ i = − 1