VII- BĂI TẬP ÂP DỤNG
b- Thiết bị phản ứng dạng khuấy trộn lý tưởng
• Có 3 câch vận hănh : liín tục (ổn định) , giân đoạn vă bân liín tục.
a- Liín tục b- Giân đoạn c- Bân liín tục
• Được đặc trưng bằng quâ trình khuấy trộn lă hoăn toăn, do đó hỗn hợp phản ứng đồng nhất về nhiệt độ vă thănh phần trong tất cả câc phần của thiết bị vă giống dòng ra của sản phẩm. Điều năy có ý nghĩa lă phđn tố thể tích ∆V trong câc phương trình cđn bằng có thể được lấy lă thể tích V của toăn thiết bị.
• Người ta giả thiết rằng ở đầu văo của thiết bị phản ứng, nồng độ của tâc chất giảm một câch đột ngột vă đúng bằng nồng độ của mọi điểm trong toăn thể tích của thiết bị vă nồng độ của dòng sản phẩm ra. Ta có thể biểu diễn sự thay đổi nồng độ của tâc chất từ đầu văo đến đầu ra của thiết bị lă một đường gấp khúc như sau :
Nồng độ của tâc chất CAo
CAfì
Đầu văo Đầu ra Thể tích thiết bị
⇒ Thiết bị phản ứng khuấy trộn hoạt động ổn định :
• Xĩt trường hợp đơn giản chỉ có một dòng nhập liệu vă một dòng sản phẩm vă tính chất của câc dòng năy không thay đổi theo thời gian, như vậy :
-
-
-
Hai số hạng đầu trong phương trình cđn bằng lă không đổi : Lượng tâc chất nhập văo thể tích V của thiết bị phản ứng lă FAo(1-xAo).∆t vă lượng tâc chất ra khỏi thiết bị phản ứng lă FAo (1-xAf).∆t ;
Vì hỗn hợp phản ứng trong bình có nhiệt độ vă thănh phần đồng nhất, nín vận tốc phản ứng lă không đổi vă được xâc định với nhiệt độ vă thănh phần của dòng sản phẩm vă bằng (-rA ).V.∆t ;
Vì thiết bị phản ứng hoạt động liín tục vă ổn định nín không có sự tích tụ tâc chất trong thiết bị, vì vậy số hạng thứ tư bằng 0 ;
• Vậy phương trình vật chất viết cho thiết bị phản ứng khuấy trộn hoạt động ổn định trong khoảng thời gian ∆t lă :
x − x Ao (− rA )f Hay : V FA 0 = V C A 0 = Af (IV - 2)
trong đó : xAo vă xAf - Độ chuyển hóa của tâc chất trước khi văo thiết bị vă sau khi ra khỏi thiết bị ;
v - lưu lượng của dòng nguyín liệu (l/h)
Nếu dòng nguyín liệu chứa cấu tử A hoăn toăn chưa chuyển hóa, nghĩa lă xAo = 0 thì : V FA 0 = x Af (− rA )f (IV - 3) Ví dụ 1 : Xĩt phản ứng pha lỏng, thuận nghịch : A + B R + S
với k1 = 7 lít/mol.ph vă k1 = 3 lít/mol.ph được thực hiện trong bình phản ứng dạng khuấy trộn hoạt động ổn định có thể tích 120 lít.
Hai dòng nguyín liệu : một dòng chứa 2,8mol A/l, một dòng chứa 1,6mol B/l được đưa văo bình phản ứng với lưu lượng thể tích bằng nhau để đạt độ chuyển hóa của B giới hạn lă 75%. Xâc định lưu lượng của mỗi dòng.
2,8 mol A/l
1,6 mol B/l
Giải :
Nồng độ của câc cấu tử trong dòng nguyín liệu ban đầu lă : CAo = 1,4 mol/l
CBo = 0,8 mol/l CRo = CSo = 0
Với độ chuyển hóa của B lă xB = 75%, thănh phần của hỗn hợp phản ứng trong bình hoặc trong dòng sản phẩm ra lă : CA = CAo − CBo.xB CB = CBo − CBo.xB CR = CS = CBo.xB = 1,4 − 0,8 ⋅ 0,75 = 0,8 mol/l = 0,8 − 0,8 ⋅ 0,75 = 0,2 mol/l = 0,8 ⋅ 0,75 = 0,6 mol/l Lưu ý : Vậy : CA = CAo − CAo.xA = CAo − CBo.xB CAo.xA = CBo.xB
Phương trình vận tốc của phản ứng thuận nghịch năy lă : (−rA) = (−rB) = k1CACB − k2CRCS
= 7 (l/mol.ph)⋅ 0,8(mol/l)⋅ 0,2 (mol/l) − 3(l/mol.ph)⋅ 0,6(mol/l)⋅ 0,6 (mol/l) = 0,04 mol/l.ph
Theo biểu thức (IV-2 ), ta có : V v = C A 0 ⋅ x A (− rA )f = C B0 ⋅ x B (− rB )f ⇒ v = V ⋅ (− rB )f C B0 ⋅ x B =120 ( l) ⋅ 0 , 04 ( mol / l . ph ) 0,8(mol / l).0,75 = 8 (l / ph )