www.tinhgiac.com tieu luan mon dong hoc va nhiet dong hoc

www.tinhgiac.com tieu luan mon dong hoc va nhiet dong hoc tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài t...

Trang 1

T) BÀI TẬP 2: Lành TH TH TH TT HH HT TH TH TT HH Hà TH TH HH Trân 3

1) ĐẶT VẤN ĐÈ L -LLnLTnnTn TT TT TH TT TH TH TH TH KH HH TH 3 2)_ GIẢI QUYẾT VẬN ĐẺ: HT T TH TH TH HT Tu TT HT HT CHỊ 3

a) _ Tra các thông số cho bài t0ấn: c1 22 2E HS ng Hư nưệt 3 b) Cơ sở lý thuyết giải quyết vấn đề : - - TQ ST TS ST HH TH TH Hư 4

C) Giải quyết vấn đề : LH TH TT TH TH TH TH TH kg HH nưệt 4

d) Lập trình tính foán: - - Q ST nu nọ KH KH ki TK vi 7 e) Chay thik két qua .ccccccccccccccsscsecseccesseseeseessesceeseeceeseeseessusensenseaucansaseanceesensensanens 9 f) Phát triển bài toán đó cho trường hợp tông quát : . - 5 55 se + zeesersee 10 3) Phát triển mở rộng cho bài toán phản ứng bất kì, hệ nhiều phản ứng : 10 4) nhan xét va danh c0: 072 1 n 434Ầ 11 5) Kết luận về bài toán : LG 2c 11111 1111 21151511 E111 11T TK TH HH ưng 11

II) BÀI TẬP l: - (E1 1x SE1ExS KHYT SH T HT HT HT TT TH HT TH TH HT Tri 12 Một số khái niệm vềThiêt bị khuấy trộn lý tưởng liên tục - - n 2c rerered 12

2) Cấu tạo của CST LH TT TH HH TH ĐH HT HH TH TH TH Tà Hà 12 a) Cánh khUẤy: - c1 1 1E E 12011111 H1 H11 HH TT TH TH TT HH TH HH nh 12 b) V6 thiét .AÝ 21 3) Cân băng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị (ch ch 23 C))®-1:8.10:0 1,189 /HHăẳăảÁÁỶÃẮÃẮỶÃỶÃỶÃẮÝ 23 I))®-).8.ˆ1.:š.11:EHaiiiadađidaiaiđ4đ4ÝÝ 23

e) Cơ sở lí thuyết cho tính tốn một số thơng số thiết bị - tt tsrrrererrrrrred 24

4)Thiết bị khuấy trộn bằng nhau mắc nối tiếp - ¿L2 3E 3 E11 11 51251151511 EErrrrkrd 25

5) Cơ chế vận hành: - ¿(x11 SE TT TH HT TH TH HT HH HT HH Hư Ho 26

6) Đo đạc , kiỂm tra - LG 111111112511 11 1 511 511 511kg HH 27

Trang 2

A)MỞ ĐẦU:

Bài tiểu luận môn động học và nhiệt động học nàygồm 2 phần:

Phan 1:

Nhập vào máy tính các thông số đầu vào của bài toán: nhiệt độ, nồng độ ban đầu của các chất và máy tính sẽ cho ta biết các giá trị: entanpi, entropi, nang lugng tu do Gibb, xét xem hé c6 phan ứng hay không, tính phương vị phan ứng, nông độ của các cấu tử khi đạt trang thái cân bằng, tính toán độ chuyền hóa

Trong thời gian hạn hẹp để hoàn thành tiểu luận, không khó tránh khói những thiếu sót, nhầm lẫn, hỉ vọng sự giúp đỡ của thầy cô và các bạn làm bài tiểu luận được hoàn thiện hơn, có quy mô ứng dụng hơn Mọi sự góp ý về bài toán 2, lập trình tính toán vui lòng liên hệ Nguyễn Hồng Hải lọc hóa dầu ak55 Sự đóng góp của các bạn là cơ hội học tập tốt hơn của nhóm Cuối cing xin chan thành cảm ơn thay Lê Dinh Chiến và các bạn trong lớp học hóa dầu Ak55 đã giúp nhóm hoàn thành

tiều luận này

Phần 2:

Trang 3

B) NỘI DUNG

D BÀI TẬP 2:

Nêu ra một bài toán, tính toán bài toán đó, giải thích tại sao lại chọn thông số đầu vào đó Có thê lập trình tính toán

1) DAT VAN DE

Trong nông nghiệp, phân đam là rất cần thiết cho nhà nông Trong quá trình sản xuất phân đạm, xảy ra nhiều phản ứng khác nhau Trong đó có phản ứng sản xuất NHzđược đưa ra như sau:

— > OA, ,

Mạ +3H: = 2ÁNH (phản ứng xảy ra ở thê khí)

Bài toán đặt ra là nêu phản ứng trên ở nhiệt độ T thì phản ứng có xảy ra hay không Và nếu nó xảy ra thì tại điểm cân bằng, nồng độ các câu tử là bao nhiêu? Với nồng độ ban đầu của các chất là N›(a mol), H; (b mol), NH; (c mol) và nhiệt độ T được nhập từ bàn phím Trong bài toan nay coi cac khí là khí lý tưởng và phản ứng ở áp suất khí quyền

Bài toán này sẽ không cho bộ các số nhiệt độ T, a, b, c cụ thể, mà các số này tùy vào người nhập muốn nhập bộ số nào thì nhập vào máy tính Máy tính sẽ tính kết quả cho bạn đồng thời sẽ vạch ra hướng phát triển them cho bài toán ở trường hợp tông quát và các phản ứng khác phức tạp hơn, tông quát hơn

2) GIAI QUYET VAN DE:

Trang 4

Các thông số được tra trong sách bài tập hóa lý, tác giả Nguyễn văn Duệ,

Trân Hiệp Hải, Lâm Ngọc Thiềm, Nguyễn Thị Thụ, nhà xuất bản giáo dục

Việt Nam Trang 194-195 và trang 519-520 b) Cơ sở lý thuyết giải quyết vẫn đê :

Quan hệ giữa entanpi và nhiệt độ được biểu diễn theo công thức : sân AH, =AH'p_+ | AcydT 38 (1) Quan hệ giữa entrop1 và nhiệt độ được biểu điễn theo cơng thức : "TƠ, AS, = ASg + | at 2% (2)

Năng lượng tự do của phản ứng ở nhiệt độ T :

AG<O0 : phương trình xảy ra theo chiều thuận AG=o0 : Phương trình cân bằng cân bằng

AG>0 : phương trình xảy ra theo chiều ngược lại Quan hệ giữa năng lượng tự do và hăng số cân bằng : AG=-RTInk (4) Biêu diễn nồng độ phần mol của các cầu tử theo phương vị e : _% My tbe eon Tôi ống % Ry tHE (5) Với 0 = Xv; Tại điêm cân băng : I] 0.4)" "| £ | k 0 (6)

Trong điều kiện áp suất khí quyên, khí lý tưởng thì p=pọ và $=1

Trang 5

Bài tốn sẽ khơng có kết quả cụ thê, (vì nó được đưa vào máy tính, kết quả sẽ chạy ở phân sau)

- Nhiệt dung riêng của phản ứng :

Ac, = 2C; NH, — 3C, — Cy,

=2.( 29,76 +25,45.10°T-1,66.10°.T*) - 3.( 27,54 -0,83.10°T + 2.10°T’) — 2 (27,83 +4,26.10°T)

= -50,93 +49,13.10”T-6.10 “TZ-3,32.10”.T” (J/K.mol)

-Entanpi của phan ứng :

AH2ss(phản ứng)=2.AH›o;(NHạ)=2.(-46 1 10)=-92220 (J/mol) T AH, =AH},,(PU)+ [ Ac,dT 298 T = —92220+ | (—50,93 +49,13.10 °T —6.10 °T* —3,32.10°.T *)dT 298 -Entropi của phản ứng AS2os=282ss(NHạ) - 3S293(H2)-S298(N2) =2.192,5-3.130,6-192,1=-198,9 (J/K.mol) 0 f Ac, AS, =AS},,(PU)+ | —dT 298 T T —198,9+ | (2273 5 49 13.107 —6.10°T —3,32.10°T*) dT 298 Nang lugng tu do Gibb: AG = AH -T.AS Ta lai co: AG = —RT 1n k >» k =e Rf? Với R=8,314

-Biêu diễn nồng độ phần mol của các cầu tử theo phương vị:

Trang 6

N,+3H,U 2NH, o=-1-34+2=-2 nm, =~ a+b+e y v.<= Ay, | = ———— q —€ ; n Hạ — 2£ An, | b -3£ Vay = n —n 2£ No E _ Naz, _ c+2e NH; — fạ — 2£ Do hệ là khí lý tưởng, phản ứng xảy ra ở latm nên ta có: c+2e °

— JNg ạ — 2£ _ (e+ 2e) (ny - 22) (*)

Yun, (a-e )(b-3e) (a-#).(b-3e)’

nạ—2£ J \nạ—2£

Giải phương trình (*) ta tìm được phương vị e của phản ứng thay phương vị e vào biêu thức nồng độ các chất lúc cân bằng ta tìm được nông độ các chất lúc cân bằng

- Tính độ chuyển hóa của phản ứng:

Giả sử a < b/3 =>N; hết trước độ chuyên hóa tính theo N¿:

Số mol N; lúc cân bằng: TN2C A-€

> Độ chuyên hóa:

(số mol Na phản ứng)/(số mol N; ban đầu) = (số mol N; ban đầu - số mol N¿ cân băng)/ (số mol Nạ ban dau)

= s/a

- Nói thêm về phương pháp giải phương trình (*):

Có 4 phương pháp để giải phương trình (*): phương pháp lặp, phương pháp chia đôi, phương pháp newton, phương pháp thử nghiệm tuy nhiên phương pháp lặp và phương pháp newton khi các thông số a,b,c, T chưa biết

thì rất khó đê xác định các biểu thức đạo hàm có dấu thay đôi như thế nào,

Trang 7

nhiều phương trình, tuy nhiên sai số của ta không thê xác định được) Phương pháp chia đôi chỉ thuận tiện khi chỉ xác định e cho hệ 1 phản ứng mà

thôi Khi gặp nhiều phản ứng thì phương pháp chia đôi không thê làm được

tuy nhiên với bài toán này thì chúng chọn phương pháp chia đôi là hiệu quả hơn Dưới đây là ví dụ về chương trình

d) Lap trinh tinh toan:

Private Sub Form_click()

Dim detalH!, detalS!, detalHO!, detalSO!, detalG!, k!, R!, T!, a!, b!, c!, epsilon!

Dim e!, yN2!, yH2!, yNH3!, x!, m!, ul, i!, jf, n!, f1!, f2!, f3! R = 8.314: detalHO = -92220: detalSO = -198.9: e = Exp(1)

Print "chao mung ban den voi Nhom cua Nguyen Hong Hai, Nguyen Trong Hoang, Dang Tran Hung "

Print "moi thac mac ve bai toan, vui long lhe truong nhom: nguyenhonghaidaukhibk55@gmail.com" Do T = InputBox("nhap gia tri nhiet do tuyet doi > 100k: ") Loop Until T > 99 Do

a = InputBox("nhap so mol ban dau cua N2: ")

Loop Until a>0 Do b = InputBox("nhap so mol ban dau cua H2: ") Loop Until b >0 Do c = InputBox("nhap so mol ban dau cua NH3: ") Loop Until c > 0

Print "bai toan chi xet o ap suat khi quyen, khi ly tuong ”

Print "nhiet do, so mol N2, H2, NH la: " &"(&T&", "&a&", “&b&", 0,'&c

& "y"

Trang 8

detalS = -198.9 - 50.95 ” Log(T / 298) / Log(e) + 49.13 ” 10 ^ (-3) ” (T - 298) - 3” 10 ^ (-6) * (T4 2-298 *2)+166*10%5*(1/T42-1/298 * 2) detalG = detalH - T * detalS If detalG > 0 Then Print "phan ung khong xay ra theo chieu tao NH3, vui long nhap lai nhiet do” End If If detalG = 0 Then Print "he o trang thai can bang, nong do cac chat o diem can bang chỉnh la so mol ban nhap vao” End If If detalG < 0 Then k = Exp(-detalG / (R * T)) n0 =a+b+c m= 10:i=0 Ifa<=b/3 Then epsilon = (i+j)/2

f1 =k-((¢ + 2*i)42* (n0-2*i)%2)/ ((a- i) * (b- 3 *i)% 3)

Trang 9

m=j-i

End If

Loop Until m < 0.0001

yN2 = (a - epsilon) / (nO - 2 * epsilon) yH2 = (b - 3 * epsilon) / (nO - 2 * epsilon) yNH3 = (c + 2 * epsilon) / (nO - 2 * epsilon) lfa<=b/3 Then u = epsilon / a Else u =3” epsilon /b End If

Print "“entanpi cua phan ung o nhiet do " & T & " : " & Round(detalH, 5) & " (J/mol)" Print "entropi cua phan ung o nhiet do " & T & ": " & Round(detalS, 5) & " (J/K.mol)" Print "nang luong tu do Gibb: " & Round(detalG, 5) & " (J/mol)"

Print "hang so can bang cua phan ung: " & Round(k, 15) Print "phuong vi cua phan ung: " & Round(epsilon, 5) Print "sai so cua epsilon: " & Round(m, 4)

Print "phan mol cua cac chat luc can bang: "

Print "YN2= " & 0 & yN2 Print "yH2=" & 0 & yH2 Print "yNH3= " & 0 & yNH3

Print "do chuyen hoa cua phan ung: " & 0 & u

End If

End Sub

Trang 10

E Formi co | 3

|chao mung ban den voi Nhom cua Nquyen Hong Hai, Nquyen Trong Hoang Dang Tran Hung mai thac mac ve hai taan, vui lang Ihe truong nhom: nguyenhonghaidaukhibk 55@3gmail.com bat taan chi xet o ap suat khi guyen, khi ly tuang

Inhiet do so molN2.H2,NH3la (350 2 7 0.1) lentanpi cua phan ung o nhiet do 350; -94238.96 [Jmol] entropi cua phan ung o nhiet do 350; -205,1521 (JK mol] nang long tu do Gibb: -22435, 74 (J /moll

hang 0 can bang cua nhan tung: 2231.854 phuong vi cua phan ung: 1.86127

sal so cua epsilon: 0001

iphan mol cua cac chat luc can bang: Me 02,21 001 4E-02 WH2= 02256004 WMH 3= 0,.7522995 (da chuyen hua cua phan ung: 0.9306335 |

Hình 2.1 kết quả của quá trình tính toán trên ngôn ngữ visual basic f) Phat trién bai toan đó cho trường hợp tong quat :

Bài toán trên tính toán trong điều kiện áp suất khí quyển nên ¿;=1 và p=po

Nên để tông quát hóa thì cần xét ở áp suất bất kì ở áp suất, nhiệt độ xét, ta tra

bảng tìm hệ số ở; rồi thay vào công thức :

~Ð

[IG.4)"=| —| # i Po

Giải phương trình trên ta tìm được phương vị e của phản ứng Các bước khác tính như bài toán ở áp suất khí quyên

3) Phát triển mở rộng cho bài toán phản ứng bắt kì, hệ nhiều phản ứng :

A+B=> C+D

E+F=> G+H

(hệ có nhiều phương trình phản ứng với các chất tham gia có thê trùng nhau hoặc không trùng nhau, tùy theo điều kiện thực tế của phản ứng)

Hướng giải quyết vẫn đề :

BI : tính các thông số entanpi, entropi ở điều kiện chuẩn, c; của các chất B2 : tinh Ac,, entropi, entanpi của các chất ở nhiệt độ T, sau đó tình năng lượng tự do Gibb, (các bước làm tương tự ở phần bài toán cụ thể ở trên)

-xét xem hệ phản ứng có xảy ra hay không, nếu xảy ra tính hằng số cân bằng phản ứng theo quan hệ :

AG=-RTInk

B3 :lập các biểu thức nồng độ của các chất lúc cân băng :

Trang 11

Ni, + 3D, ,£, y=——x—=—_ Với j là phản ứng j nạ +_D„£, J Tương tự đối với chất lỏng Sau đó áp dụng phương trình : m% [I@"=| “| 4 i Po

Ta giải phương trình trên, tìm phương vị của phản ứng => thay vào phần mol các cầu tử => bài toán được giải quyết

-giải bài toán trên bằng cách lập trình tương tự bài toán cụ thê Tuy nhiên khi lập trình ta dùng phương pháp thử nghiệm

For epsilon1=0 to a1 step 0.00001 For epsilon2=0 to a2 step 0.00001 KI=

4) nhận xét và đánh giá bài toán 2 :

ưu điểm :

1.bài toán cho ta biết được nhiều giá trị, chỉ cần nhập bộ số : nhiệt độ tuyệt đối, số mol ban đâu của các chất thì sẽ cho ta kết quả ta cần chứu không phải

là chỉ xét ở 1 điều kiện phản ứng cụ thê

2.bài toán là những ví dụ cơ bản trong tính toán

3.bài toán đã vạch ra hướng phát triển cho các trường hợp mở rộng, dựa

vào bài toán ví dụ, người dùng có thê phát triển thêm ở hệ khác

Nhược điểm :

Bài toán lập trình trên ngôn ngữ visual basic nên con nhiều hạn chết về

chương trình, đặc biệt là tính toán, sẽ khó nhìn hơn cho 1 số người không

rành về ngơn ngữ Ngồi ra các thông số c; còn tra ở dải rộng nên có ảnh hưởng đến kết quả tính toán Dễ hạn chế sai số này, bạn nên chia ra theo từng

giải nhiệt độ cụ thê

5) Kết luận về bài toán :

trong quá trình xây dựng bài toán, với thời gian còn hạn chế nên có thê còn có sai sót Nên có thể làm hạn chế tính đúng hay cụ thể, tông quát của bài toán Nên em hi vọng thầy và các bạn góp ý bô sung để bài toán được cụ thê hơn, lập trình tính toán được tốt hơn Mọi ý kiến đóng góp về bài toán, lập trình liên hệ tac gia : nguyenhonghaidaukhibk55@gmail.com

Trang 12

II BÀI TẬP 1:

Giới thiệu thiết bị phản ứng khuấy trộn liên tục

1)Một số khái niệm vềThiêt bị khuấy trộn lý tưởng liên tục

-Thiết bị phản ứng liên tục là thiết bị mà các chất tham gia phản ứng được

đưa vào liên tục vào thiết bị và cũng được lây ra liên tục Sau thời gian khởi động thì thiết bị làm việc ở trạng thái ôn đinh (nồng độ, nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, vận tốc không thay đôi theo thời gian)

- Tất cả các tính toán về CSTR đều được xấp xi với các điều kiện lý tưởng Trong một lò phản ứng khuấy trộn hoàn hảo, nông độ ở đầu ra là đồng nhất, hoạt động với thời gian và tốc độ phản ứng Ổn định Nếu thời gian ôn

định là từ 5 đến 10 chu kỳ thì ta coi như đã đạt được yêu cầu kỹ thuật Các

thiết bị CSTR khi được sử dụng thường được đơn giản hóa các cơng thức tính tốn kĩ thuật và có thê sử dụng để mô tả các nghiên cứu về phản ứng

ĩ Hid) Piha đất

Hinh 1.1 Thiết bị CSTR - Continuous-stirred tank reactor 2) Cau tao cla CSTR

a) Cánh khuấy:

Có 4 loại cánh khuấy: cánh khuấy mái chèo, cánh khuấy chân vịt, cánh khuấy tua bin, canh khấy đặc biệt

a.1) Cánh khuấy mái chèo

Trang 13

-_ Câu tạo: Có câu tạo rất dơn giản, gồm có 2 tắm phăng gắn chặt vào trục thăng, trục quay nhờ bộ phận truyền động từ động cơ Dường kính của

mái chèo thường vào khoảng 0,7 đường kính của thiết bị

- Khả năng làm việc:

+ Nếu số vòng chất lỏng nhỏ thì chất lỏng sẽ chuyển động vòng tròn trên bề mặt nằm ngang trùng với mặt phẳng của cánh khuấy, và không có sự

khuấy trộn chất lỏng ở các lớp khác

+ Khi khuấy trộn mạnh sẽ xuất hiện dòng chuyên động phụ, khi đó chất lỏng sẽ chuyên động xoáy Dòng chuyên động phụ này xuất hiện do lực ly tâm phụ gây nên làm cho chất lỏng văng từ tâm của thiết bị ra ngoài thành, đồng thời áp suất ở tâm sẽ giảm xuống và hút chất lỏng ở bên trên và bên dưới cánh khuấy

+ Dòng chuyển động phụ làm tăng cường độ khuấy trộn, cường độ khuấy trộn càng tăng thì số vòng quay càng tăng, nhưng đồng thời năng lượng tiêu hao cũng tăng

- Ưuđiểm:

+ Dùng với thùng khuấy có kích thước lớn

+ Do mái trèo phát sinh ra dòng phản xạ nên có thê khuấy thê lỏng và thể rắn cho dù ở tốc độ thấp thích hợp

+ Có thê tạo ra dòng chảy tuần hoàn mạnh mẽ quay từ tốc độ trung bình đến tốc độ thấp thích hợp với việc phân tán, đồng nhất , phản ứng

- Nhược điểm :

+ Hiệu suất thấp

+ Không thích hợp với chất lỏng có bề dày lớn

+ Lực ma sát lớn, không thích hợp với dung dịch có độ nhớt cao (>1cP

ở 20C)

Trang 14

Mai chéo canh cong | = a \ | ~

Hình 1.2: cánh khuấy mái chèo

=> cánh khuấy mái chèo thích hợp cho dung dịch có độ nhớt thấp (trích từ thiết bị khuấy trộn của Đại Học công nghệ Đồng Nai)

a.2) Cánh khuấy chân vịt ( chong chóng ) - Phân loại : Có 2 loại

+ Ban 2 cánh dạng chong chóng

Trang 16

(Chongp chống (chân vịt) i 'l NV 2 Hình 1.3: cánh khuấy chân vịt

(trích từ thiết bị khuấy trộn của Đại Học công nghệ Đồng Nai)

- Câu tao: Thường có 2 hoặc 3 cánh, mỗi cánh uốn một góc ơ, góc này thay

đổi từ 0° ở trục đến 90” ở cuối cánh.Cánh khuấy gắn trên trục số chong chóng trên trục có thê nhiều ít khắc nhau phụ thuộc điều kiện khuấy trộn và chiều sâu mức chất lỏng khuấy.Bê mặt cánh khuấy nghiêng bên phải, trục quay, theo chiều kim đồng hồ chất lỏng chuyển động đọc theo trục từ dưới lên, Nếu cánh khuấy nghiêng bên trái thì trục quay theo chiều ngược kim đồng hỗ Đường kính của cánh khuấy chong chóng vào khoảng 0,25 đến 0,3 đương kính của thiết bị, số vòng quay vào khoảng 200-1500 vòng/phúi

- Ưu điểm:

+ Thuận tiện với lớp chất lỏng dày

+ Cường độ khuấy lớn, năng lượng tiêu hao nhỏ,giá thành thấp

- Nhược điểm:

+ Khi khuấy chất lỏng có độ nhớt cao thì hiệu suất thấp, thể tích chất lỏng được khuây mạnh bị hạn chế

Trang 17

Hình 1.4: Mô tả chế độ thủy động của cánh khuấy chân vịt a.3) Cánh khuấy tuabin:

- Phân loại: + Loại guồng hở :

° Loại này thường có số đôi cánh là 2,3 và lớn hơn gắn vào đĩa tròn

các kích thước thường được sử dụng theo giới hạn sau;

S:d:d,:1:h=2:20:15:54:2

° Đường kinh cia guéng d = ( 0,25 — 0,33 )D

* Co thé 1a thang,cong hodc hinh miii tén Ndi chung kiéu co cu guong hở này được sử dụng cho chất lỏng có độ nhớt nhỏ, sạch, ít rac ban

- Tốc độ làm việc từ 3- 7m/s + Loại guồng kín

- Loại này làm việc giống như 1 bơm ly tâm Chất lỏng được hút vào tâm và văng ra theo phương bán kính Guỗng có cẫu tạo 2 đĩa Khoảng giữa 2 đĩa gần bằng các cánh cong Ngoài guỗồng động ra đề định hướng

- Tốc độ làm việc lớn 3- 7m/s

Trang 18

° Kích thước thường được sử dụng trong giới hạn d¿ = (0,25 — 0,33 )D ° Loại này được sử dụng cho chất lỏng có độ nhớt nhỏ, sạch, ít rác ban - Ưu điểm:

+ Cùng lúc tạo được 2 dòng khác nhau

Trang 20

hiệu suiät khuấy tết , ir dung vong quay cao , có thế thỗng nhất trạc § cé hiau qua cAt ngang luv , phan xa Iuru cao thurong durce sir

dong chay catngang dung canh 1 tang

Hình 1.5 một số loại cánh khuấy tuabin

(trích từ thiết bị khuấy trộn của Đại Học công nghệ Đồng Nai) a.4) Cánh khuấy đặc biệt - thùng khuấy

Thùng khuấy gồm có một thùng có cánh khuấy, trông giông như lồng sóc Loại này dùng để tạo huyền phù nhũ tương,hoặc đề tăng phản ứng hóa học giữa chất lỏng và chất khí Thường thùng khuấy sử dung trong trường

hợp tỷ lệ đường kính của thùng và của thiết bị từ 1/4- 1/6 va ty số chiều cao

của mức chất lỏng trong thùng khuấy khong nhỏ hơn 10 a.5) khuấy trộn bằng khí nén

Dùng để khuấy chất lỏng có độ nhớt thấp,

Trang 22

Hình 1.7: mô hình thiết bị

Trang 23

3) Cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị a)Cân bằng vật chất

‹° Cân bằng vật chất cho một tác chất được viết dưới dạng tổng quát có thể áp dụng cho bât kỳ một dạng thiệt bị phản ứng nào

- Trong một phân tố thể tích AV và một phân tô thời gian At, cân bằng vật chât dạng tông quát là :

Lượng tác chất Lượng tác chất Lượng tác chất Lượng tác chất

nhập vào phân | —-J rời khỏi phân | — J phản ứng trong | = còn lại trong

tố thé tích tố thể tích phân tố thế tích phân tố thê tích (phương trình 1)

- Hai số hạng đầu tiên biểu diễn khối lượng tác chất vào và ra khỏi phân tố thê tích trong khoảng thời gian At ;

- Số hạng thứ ba phụ thuộc vào vận tốc phản ứng trong phân tố thể tích AV và có dạng r.AV.At với r - phương trình vận tôc phản ứng hóa học khi không có trở lực vật ly (gradient nhiệt độ hoặc nông độ)

- Số hạng thứ tư biểu diễn lượng tác chất còn lại trong phân tô thê tích AV

sau khoảng thời gian At phản ứng ; b)Cân bằng nhiệt

‹° Cân bằng nhiệt nhằm mục đích xác định nhiệt độ tại mỗi điểm trong thiết

bị phản tng (hay tai moi thoi điêm nêu thiệt bị hoạt động giản đoạn) đê xác định đúng vận tôc tai diém do

° Trong một phân tô thê tích AV và một phân tố thời gian At, phương trình cân băng nhiệt tông quát cho thiệt bị phản ứng là :

hiệt do tác chất Nhiệt đo tác chất hiệt trao đối hiệt tích tụ mang vào phân | — J mang ra khoi + Jvới môi trường | = Jlại trong phân tô thể tích phan tổ thể tích bên ngoài tố thể tích (phương trình 2)

° Dạng của phương trình (1) và (2) phụ thuộc vào loại thiết bị phản ứng và phương pháp vận hành Trong trường hợp, một hoặc nhiêu sô hạng của phương trình trên sẽ không có

Trang 24

c) Cơ sở lí thuyết cho tính toán một số thông số thiết bị

»° Xét trường hợp đơn giản chỉ có một dòng nhập liệu và một dòng sản phâm và tính chât của các dòng này không thay đôi theo thời gian, như vậy :

- Hai số hạng đầu trong phương trình cân bằng là không đổi : Lượng tác chat nhập vào thê tích V của thiệt bị phản ứng là F.(1-x )-At và lượng tác

chất ra khỏi thiết bị phản ứng làF,_ (1-x ).At;

- Vì hỗn hợp phản ứng trong bình có nhiệt độ và thành phần đồng nhất, nên vận tốc phản ứng là không đôi và được xác định với nhiệt độ và thành phần của dòng sản phâm và băng (1, ).V.At ;

- Vi thiét bi phản ứng hoạt động liên tục và ôn định nên không có sự tích tụ

tác chat trong thiét bi, vi vay sô hạng thứ tư băng 0 ;

° Vậy phương trình vật chất viết cho thiết bị phản ứng khuấy trộn hoạt động ôn định trong khoảng thời gian At là : F (13x, ).At—F, (13x ).At— (r,).V.At=0 (3) F(x, -x cv,F, |x, —-x Hay : V = 1 ( Ay a)_ 0 4, ( Ay +) (4) =r], -r,|,

trong do: x, vax, - Độ chuyển hóa của tác chất trước khi vào thiết bị và sau khi ra khỏi thiết bị ;

v - lưu lượng của dòng nguyên liệu (1⁄h)

Nếu dòng nguyên liệu chứa cấu tử A hoàn toàn chưa chuyên hóa, nghĩa là x= 0 thì : oO y = Pa, a, CV ly X 4 (5) -r,|, _ -r,|, ‹ Đề xác định nhiệt độ của dòng sản phẩm nhằm tính vận tốc phản ứng, ta tính phương trình cân bằng nhiệt cho toàn thể tích hỗn hợp phản ứng V Muốn vậy, trước hết ta chọn trạng thái chuẩn (nhiệt độ, áp suất, thành phần) dé tinh enthalpie

- Giả sử entanpi (J/kg) so với trạng thái chuẩn của dòng nguyên liệu là H_ và của dong san phẩm là H, Gọi m là tổng lưu lượng của dòng nguyên liệu (kg/s) (cũng chính băng tông lưu lượng của dòng sản phẩm) Do vậy, số hạng

Trang 25

thứ nhất và thứ hai của phương trình cân bằng nhiệt sẽ là m.H At và m.H_.At

- Số hạng thứ ba là nhiệt trao đổi với môi trường bên ngoài được biểu diễn theo nhiệt độ mơi trường ngồi 1, nhiệt độ của hôn hợp phản ứng 1, hệ sô truyền nhiệt tổng quát K và diện tích bề mặt truyền nhiệt S với biểu thức : K.S Œ 1) At

- Số hạng thứ tư bằng 0

° Vậy phương trình cân bằng nhiệt là :

m.H At— m.H,At+ K.5 Œ 1) At=0 (6)

Hay :m (H - H ) +K.S Œq - 1) =0

(7)

° Nhiệt phản ứng AH, và vận tốc phản ứng (- r ^) không xuất hiện trực tiếp trong (7) nhưng ảnh hưởng của các đại lượng này được phản ánh trong sự sai biệt về entanpi giữa dòng nguyên liệu và dòng sản phẩm theo công thức : H,—H,=C (T,—T,)+(x,.—x„ ).AH,.F, /m, kJ/kg (8) Thay KT x.) từ phương trình (4 ) vao (8 ), ta được : H.— H,= C Œ~ 1) + (- r) AH V/m (9) - Kết hợp (7) và (8), ta được : m (T — 1.) C — (x — x, ): AH F, + KS (T — T1) = 0 (10) ¢ Két hop (7) va (9), ta được : m ŒT - IS) C —(- T } AH.V+Ks Œ~ 1) =0 (11)

4)Thiết bị khuấy trộn băng nhau mắc nối tiếp

- Là hệ thông thiết bị phản ứng khuấy lý tưởng liên tục có thê tích bằng nhau, mắc nối tiếp nhau

- Nồng độ các chất tại các điểm trong mỗi thiết bị phản ứng khuấy lý tưởng liên tục là như nhau Nong độ các cấu tử biến đồi theo theo chiều các thiết bị phản ứng, độ chuyển hóa tăng dân theo Nếu như một số lượng CSTR ting lên thì tổng thê tích thiết bị phản ứng giảm

Trang 26

Xét thiết bị phản ứng đề đạt tới độ chuyển hóa từ Xọ=> Xa -với hệ gom 1 thiét bi khuấy trộn :

y= F(X, — Xo)

(-7,) n

(12)

-với hệ gồm nhiều thiết bị khuây trộn :

V= Fax — Xe) [Xu —%n-2) + Faa(ị — 3g) CH, hr (1) 1 (13) Ta có với độ chuyên hoa tang dan dén x, thi van toc phản ứng sẽ giảm dan tt ry; đên rạn Biến đổi phương trình (12): 7 = Fax — Xa) _ Fao %y — Xa + Fn ~ trọn +X, — Xp) Tl, (—z,)|, _ Fyo(%q = Xn-a) + FoX„t — Xa 2) ĐT + F'o(% = Xe) (-r,) n (-r,) n-l (—z,)|, (14)

Do rạ¡ giảm dân, nên từ phương trình (14) và (13) ta suy ra được là thể tích của trường hợp đơn thiết bị sẽ lớn hơn so với dùng nhiêu thiết bị khuấy trộn ghép nói tiếp lại với nhau

5) Cơ chế vận hành

Hình đơn giản biểu diễn sự lưu thông của vật chất

Trang 27

Nguyên liệu đi vào thiệt bị phản ứng băng cữa vào và được khuây trộn, ở đây xảy ra các quá trình hóa học và vật lí, sau thời gian lưu, sản phâm sẽ được đi ra ngoài theo cửa thoát

6) Đo đạc, kiểm tra

Những yếu tố cần quan tâm và có thê đo dễ dàng là áp suất, nhiệt độ nồng độ đầu vào, lưu lượng vào và mức Từ các thông số này và các phương

trình chúng ta có thể tính toán ra nồng độ, một số yếu tố rất khó đo đạc Chúng ta sẽ sử dụng các cảm biến điện tử để đo các số liệu này một cách

chính xác và nhanh

Trang 28

7) Ưu điểm, nhược điểm

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 ồn định do tính ôn định của quá trình Nhược điểm :

- Chi phí đầu tư cao, trước hết là do đòi hỏi phải trang bi các thiết bị tự động điêu khiên đê đảm bảo tính ôn định của quá trình

- Tính linh động thấp, ít có khả năng thực hiện các phản ứng khác nhau, tạo các sản phâm khác nhau

Pham vi tng dụng : thiét bi 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

Một số ví dụ thực tế:

Figure 1, Setup of bioreactor Figure 2 Bioreactor with some biogas

Trang 29

h

8)Sửa chữa, bảo dưỡng :

Tùy theo kích thước thiết bị mà chững ta có cách vệ sinh khác nhau Với thiết bị lớn, ta có thể vào trong dé vệ sinh thiết bị

Trang 30

a a

9) so sánh các loại thiết bi phản ứng:

-Đê đạt được độ chuyên hóa như nhau thì thời gian lưu trong thiết bị đây lý

tưởng nhỏ hơn trong thiết bị khuấy trộn liên tục

-ngược lại, nếu hai thiết bị phản ứng có thể tích như nhau, thực hiên phản ứng với lưu lượng thê tích V như nhau thì ở thiết bị đây lý tưởng sẽ đạt độ

chuyển hóa cao hơn ở thiết bị khuấy trộn liên tục (có thể giải thích bằng đồ

thị Thê tích cảu thiết bị khuấy trộn liên tục là diện tích hình chữ nhât, còn thể

tích của thiết bị đây lý tưởng là diện tích phần dưới đồ thị.)

(trích “ giáo trình kỹ thuật phản ứng-Ngô Thị Nga)