3.4.1. Sơ đồ hệ thống phản ứng
Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thí nghiệm
1-Van điều áp dòng khí vào; 2-Áp kế; 3-Van tiết lưu; 4-Van On/Off; 5-Lưu lượng kế; 6-Van 4 chiều; 7-Bình ổn nhiệt; 8-Bình p-xylen; 9-Bình nước; 10-Vị trí lấy mẫu; 11-Lò phản ứng; 12- Bộ phận kiểm tra lưu lượng; 13-Bình nước hấp thụ khí thải.
a) Cụm định lượng nguyên liệu
Cụm định lượng nguyên liệu gồm:
- Các hệ thống nạp khí: bình khí CO (hỗn hợp 6 %mol CO trong N2 tinh khiết), bình SO2 (hỗn hợp 1 %mol SO2 trong N2 tinh khiết), bình khí N2, máy nén không khí.
- Các van điều áp, van tiết lưu chỉnh lưu lượng, van On/Off, lưu lượng kế, cột kiểm tra lưu lượng khí.
Bình phản ứng (reactor) làm bằng thạch anh, có dạng chữ U (chiều dài 400 mm, đường kính trong 8 mm) được đặt trong lò gia nhiệt. Nhiệt độ trong quá trình phản ứng được kiểm soát bằng một Voltstat nối với cặp nhiệt điện loại K, rowle nhiệt và đồng hồ hiển thị nhiệt độ.
c) Cụm lấy mẫu và phân tích
Cụm lấy mẫu gồm hai bộ phận lấy mẫu đầu vào và đầu ra khỏi bình phản ứng (một khuỷu nối chữ T có gắn miếng cao su vào đường ống), dụng cụ lấy mẫu (xylanh thủy tinh 1 ml), máy sắc ký khí phân tích hỗn hợp khí.
3.4.2. Tính toán hàm lượng các chất có trong hỗn hợp phản ứng
- Nồng độ p-xylen trong hỗn hợp phản ứng (%mol)
Ở 20oC nồng độ bão hòa của p-xylen là mC H8 10= 0,038 g/L. Khí sục vào p-xylen là N2 có lưu lượng 5 lít/giờ. Tốc độ dòng khí tổng là 12 lít/giờ. Vậy nồng độ của p- xylen trong dòng tổng là: 8 10 C H8 10 C H o m ×5×22,4 C = = 0,34 (%mol) 106×12 (2.16)
- Nồng độ oxi trong hỗn hợp phản ứng (%mol) + Môi trường phản ứng không có SO2:
Oxi được cấp vào hệ phản ứng từ máy nén không khí với lưu lượng 6 lít/giờ, thành phần O2 trong không khí là 21 %thể tích (%mol). Tốc độ dòng khí tổng là 12 lít/giờ. Vậy nồng độ oxi trong dòng tổng là:
2 o O 6 C = ×21% = 10,5 (%mol) 12 (2.17) + Môi trường phản ứng có SO2:
Oxi được cấp vào hệ phản ứng từ máy nén không khí với lưu lượng 10,5 lít/giờ, thành phần O2 trong không khí là 21 %thể tích (%mol). Tốc độ dòng khí tổng là 24 lít/giờ.
2 o O 10,5 C = ×21% = 9,2 (%mol) 24 (2.18) - Nồng độ CO trong hỗn hợp phản ứng (%mol)
CO được cấp vào hệ phản ứng với lưu lượng 1 lít/giờ từ bình hỗn hợp 6 %CO tinh khiết trong N2. Tốc độ dòng khí tổng là 12 lít/giờ.
o CO 1 C = ×6% = 0,5 (%mol) 12 (2.19) - Nồng độ SO2 trong hỗn hợp phản ứng (%mol)
SO2 được cấp vào hệ phản ứng với lưu lượng 1,5 lít/giờ từ bình hỗn hợp 1% SO2 trong N2. Tốc độ dòng khí tổng là 24 lít/giờ. 2 o SO 1,5 C = ×1% = 0,0625 (%mol) 24 (2.20)
- Nồng độ hơi nước trong hỗn hợp phản ứng (%mol)
Hơi nước bão hòa được sinh ra trong bình sục khí được ổn định nhiệt độ ở 20, 30 và 40oC. Khí sục vào nước là không khí có lưu lượng 6 lít/giờ.
Nồng độ hơi nước bão hòa trong hỗn hợp khí:
2 2 H O o H O m ×6×22,4 C = (%mol) 18×12 (2.21)
Tính nồng độ hơi nước bão hòa theo biểu thức (2.21), thu được: 1,1; 1,9 và 3,2 %mol tương ứng nhiệt độ hơi nước ở 20, 30 và 40oC.
Bảng 3.3 Nồng độ hơi nước bão hòa (mH O2 ) ở nhiệt độ khác nhau
Nhiệt độ, oC 20 30 40
Lượng hơi nước bão hòa g/L 0,01729 0,03036 0,05114
%mol 1,1 1,9 3,2
- Độ chuyển hóa CO:
CO 2 CO CO 1 S X = (1- )×100 S (%) (2.22)
CO 2
S - diện tích mũi CO sau phản ứng
- Độ chuyển hóa p-xylen:
Xyl 2 p-xylen Xyl 1 S X =(1- ) × 100 S (%) (2.23)
Trong đó: S1Xyl - diện tích mũi p-xylen trước phản ứng
Xyl 2
S - diện tích mũi p-xylen sau phản ứng