phương trinh thiết kế ứng dụng phản ứng hóa học

Chương PHƯƠNG TRÌNH THIẾT KẾ thiết bị phản ứng hóa học Nội dung chương 3.1 Thiết bị phản ứng phân loại 3.2 Cân vật chất cân lượng 3.3 Phương trình thiết kế thiết bị phản ứng bình khuấy gián đoạn 3.4 Phương trình thiết kế thiết bị phản ứng bình khuấy liên tục 3.5 Phương trình thiết kế thiết bị p/ứ dạng ống 3.6 Phương trình thiết kế thiết bị p/ứ dãy hộp 3.1 THIẾT BỊ PHẢN ỨNG công cụ để thực q trình có kèm theo phản ứng hóa học, nhằm tạo sản phẩm khác Động Trong TBPU: q trình vật lý hóa học xảy đồng thời hóa học Nhiệt MƠI động TRƢỜNG lực Phản ứng hóa học Truyền KINH TẾ nhiệt Cơ lƣu chất Truyền khối PHÂN LOẠI THIẾT BỊ PHẢN ỨNG Theo phƣơng pháp hoạt động • Gián đoạn • Liên tục Theo hình dạng bình phản ứng • Bình khuấy • Bình ống Theo số pha hỗn hợp phản ứng • Đồng thể • Dị thể Phân loại theo phƣơng pháp hoạt động GIÁN ĐOẠN LIÊN TỤC Phân loại theo hình dạng bình phản ứng BÌNH KHUẤY BK lý tƣởng: tính chất hỗn hợp p/ứ đồng vị trí BÌNH ỐNG B.Ố lý tƣởng: - Các phân tố lưu chất độc lập nhau, có C T khác - C T thay đổi theo vị trí Ba mơ hình TBPU lý tƣởng Bình khuấy gián đoạn BR batch reactor Bình ống PFR plug flow reactor Bình khuấy liên tục CSTR continuously stirred tank reactor *Mơ hình khuấy lý tưởng : Là mơ hình dòng chảy thiết bị khuấy trộn mạnh, chất phản ứng vào trộn lẫn đồng tức khắc thiết bị, nồng độ chất phản ứng thay đổi đột ngột đầu vào thiết bị Nồng độ chất phản ứng Chất A vào CA0 Chất A CA1 CA0 A1 CCA1 Toạ độ phản ứng 9/16/2015 H.1.5-Mô hình KLT thay đổi nồng độ thiết bị 10 Mơ hình đẩy lý tưởng : * Là mơ hình dòng CA0 CAL L Nồng độ chất phản ứng CCA0A0 CCAL AL LL 9/16/2015 H.1.4-Mơ hình ĐLT thay đổi nồng độ chất phản ứng thiết bị chảy thiết bị chuyển động tịnh tiến theo thứ tự trước sau chuyển động piston xi lanh • Do nồng độ chất phản ứng thay đổi từ từ, bắt đầu đầu vào CA0 đến đầu CAL Chiều dài ống phản ứng 11 t  CAo  X Af CAf dC dX A A    rA  CAo  rA  55 Ví dụ 3.3: a) Tính thời gian phản ứng bình phản ứng gián đoạn để đạt XAf = 50% CH3COOH +C4H9OH→CH3COOC4H9 + H2O A B E N  1000C, xúc tác H2 SO4 0,032%k.l  Phương trình vận tốc (-rA)= k.CA2 với k = 17,4 mL/ mol.ph xác đònh điều kiện: Nhập liệu: 4,97 mol B /mol A  ρ = 0,75 g/mL = const 56 Ví dụ 3.3: b) Tính khối lượng hỗn hợp nhập liệu Tính thể tích bình khuấy gián đọan  Suất lượng sản phẩm E: 100 kg/h  Thời gian gián đoạn mẻ sx: 30 phút  Hỗn hợp trộn 58 Bài 3.6: Tính độ chuyển hóa thời điểm 1s, 10s 10ph bình phản ứng tích khơng đổi hoạt động gián đoạn Phản ứng bậc 2: N2O → 2N2 + O2 • k = 977 cm3/mol.s 895oC • Vận tốc phản ứng nghịch khơng đáng kể • Áp suất ban đầu 1at (N2O tinh khiết) 60 Bài 3.7: Phản ứng phân hủy phosphine phản ứng bậc không thuận nghịch 650oC: PH3 (k) → P4(k) + 6H2 (k) Hằng số vận tốc (s–1) tính theo biểu thức: 18.693 log k    2log T  12,130 T • Bình phản ứng kín tích khơng đổi • Ban đầu chứa PH3 áp suất at • Nhiệt độ trì khơng đổi 650oC Tìm áp suất thời điểm 50, 100 500s 62 3.5 Bình ống (Plug flow reactor) FAo,CAo FA XAo,vo XA FA + dFA XA+dXA FAf ,CAf XAf,vf dV dL Áp dụng CBVC cho phân tố thể tích V (trong vận tốc biến đổi nhỏ) 66 FA t   FA  dFA  t   rA  dV t  FAo 1  X A  t  FAo 1  X A  dX A  t   rA  dV t  FAo dX A   rA  dV dX A dV  FAo  rA  V  FAo  X Af X Af dX dX A V A    CAo  vo  rA   rA  V  FAo  X Af X Af dX dX A V A    CAo  vo  rA   rA  69 Bài 3.5: CH2OH–CH2Cl + NaHCO3 → CH2OH–CH2OH + NaCl + CO2 Phản ứng sơ đẳng với k = 5,2 L/mol.h 52oC Sản xuất etilen glycol từ hai dòng nhập liệu có sẵn sau: dung dịch B 15% (bicarbonate sodium) dung dịch A 30% (etilen clorhidrin) a) Tìm thể tích bình ống để sản xuất 50kg/h E (etilen glycol) dòng hỗn hợp nhập liệu đẳng mol đạt độ chuyển hóa 95%? 70 B Thiết bò phản ứng có THỂ TÍCH (thể tích hỗn hợp p/ứ) THAY ĐỔI - Phản ứng pha lỏng V = const: - Phản ứng pha khí: n = n ≠ 0; V=cosnt; P ≠ const V thay đổi: - Phản ứng pha khí: n ≠ 0; P= const Xét trường hợp thể tích hỗn hợp p/ứ thay đổi tuyến tính theo XA : VX A 1  VX A 0 V  Vo 1   A X A   A  VX A  74 V  Vo 1   A X A  NA 1 X A CA   CAo V 1  A X A  1 X A  rA  kC  kC    1  A X A  n A n n Ao N Ao d 1  X A  dNi rA    V dt Vo 1   A X A  dt CAo dX A rA    A X A dt  Lấy tích phân phức tạp 75 XÁC ĐỊNH A : phải dựa vào hệ số lượng hóa học diện khí trơ VX A 1  VX A 0 A  VX A  Ví dụ: Phản ứng pha khí: A → 3R Nhập liệu: A nguyên chất A → 3R Trơ t= 0 tf Tổng 3 1 A  2 76 Nhập liệu: 50%A 50% khí trơ A → 3R Trơ t= 1 tf Tổng 42 A  1 Bài tập 3.4 Phản ứng pha khí 2A → R + S - Dòng nhập liệu có 20% khí trơ 77 Bài tập 3.1 Phản ứng pha khí đồng thể bậc 2: A → 3R Thí nghiệm: Nhập liệu 1.000 L/h A nguyên chất, atm 3500C, Bình ống (25mm, L= 1.800mm): XAf= 60% Sản xuất: Nhập liệu: 80m3/h, gồm 50%A 50% khí trơ, 25 atm 3500C: XAf = 80% • Bao nhiêu ống 25mm, L= 1.800mm? • Các ống mắc song song hay nối tiếp? Giả sử ống lý tưởng, độ giảm áp, khí lý tưởng 9/16/2015 78 Ví dụ 3.7: Tính thể tích bình phản öùng oáng 4PH3(k) → P4(k) + 6H2(k)  (-rPH3) = (10 h-1) CPH3  Họat động nhiệt độ 6500C, áp suất 4,6 atm  XAf = 80%  Nhập liệu có suất lượng kmol/h PH3 nguyên chất 9/16/2015 82 ... 3.1 Thiết bị phản ứng phân loại 3.2 Cân vật chất cân lượng 3.3 Phương trình thiết kế thiết bị phản ứng bình khuấy gián đoạn 3.4 Phương trình thiết kế thiết bị phản ứng bình khuấy liên tục 3.5 Phương. .. liên tục 3.5 Phương trình thiết kế thiết bị p/ứ dạng ống 3.6 Phương trình thiết kế thiết bị p/ứ dãy hộp 3.1 THIẾT BỊ PHẢN ỨNG công cụ để thực q trình có kèm theo phản ứng hóa học, nhằm tạo sản phẩm... ống phản ứng 11 14 Yeâu cầu thiết kế thiết bị phản ứng • Xác đònh:  Loại thiết bò  Kích thước  Phương pháp vận hành • để đạt kết tốt lượng sản phẩm mong muốn (XAf , FRf) Thiết kế tối ưu thiết