D diamete r: đường kính reactor.
9.7.7PFR Example Problem
1/ U= hout + hw + xw/km
9.7.7PFR Example Problem
Trong ví dụ này, nghiên cứu phản ứng cracking đoạn nhiệt aceton thành ketene và metan trong PFR:
CH3COCH3 → CH2CO + CH4
Jeffreys đã đưa ra biểu thức hằn số tốc độ phản ứng như sau:
− × = T k 8.2 1014exp 34222 trong đó: k là hằng số tốc độ phản ứng, sec-1 T là nhiệt độ, K
Fluid Package and Reaction Setup
1. Thiết lập Fluid Package sử dụng PRSV
2. Từ Reaction Manager (Reactions tab của Simulation Basis Manager view), bấm phím Add Comps.
3. Chọn phím Library trong nhóm Add Comps. 4. Chọn Acetone, Methane và Ketene
5. Đóng giao diện Reaction Component Selection
6. Mở Reaction Manager, bấm phím Add Reaction.
7. Đánh dấu Kinetic trong giao diện Reactions và bấm phím
Add Reaction. Giao diện KineticReaction sẽ xuất hiện. 8. Điền đầy đủ thông tin trong Stoichiometry, Basis và
Chỉ có một phản ứng được sử dụng để tính toán, sẽ sử dụng Global Rxn Set. Phản ứng sẽ tự động được gắn vào.
Bây giờ phải gắn các cấu tử phản ứng vào Fluid Package và thiết lập phản ứng trong Main Flowsheet, thực hiện trong giao diện
Reaction Manager:
1. Đánh dấu Global Rxn Set trong Reaction Sets group. 2. Bấm phím Add to FP
3. Đánh dấu Fluid Package, thiết lập như trên, trong giao diện
Add ‘Global Rxn Set’
4. Bấm phím Add Set to Fluid Package
5. Bấm phím Enter Simulation Environment
Giá trị A lấy trực tiếp từ biểu thức tính hằng số tốc độ phản ứng, nhưng khi tính toán cần giá trị E. Có thể thấy E/R=34222 (đơn vị K). Do đó E=34222R và giá trị hằng số khí lý tưởng tùy hệ đơn vị,
R=8.31kJ/kmol.K, từ đó có E=2.85*105kJ/kmol
Feed Stream and Connections
Khởi tạo dòng nguyên liệu Acetone và Plug Flow reactor như sau:
MATERIAL STREAM [Acetone]
Tab [Page] Input Area Entry
Worksheet [Conditions]
Temperature 761.8500 °C Pressure 162.0000 kPa
Molar Flow 137.9000 kgmole/hr
Worksheet [Composition]
Acetone Mole Frac 1.0000 Ketene Mole Frac 0.0000 Methane Mole Frac 0.0000 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trên Parameters page của Design tab, chọn phím User Specified
và đặt độ giảm áp (Pressure Drop) bằng 0 kPa.
Trên Heat Transfer page của Design tab, chọn phím Direct Q Value. Trong Heat Transfer group, đặt giá trị Duty là 0 kJ/hr, vì đây là thiết bị đoạn nhiệt.
Rating Tab
Nhập các thông tin cho Tube Dimensions and Tube Packing như trong hình dưới. Chỉ xác định Tube Volume, Length, Number of Tubes, Wall Thickness và Void Fraction (Total Volume sẽ được tính toán). Diameter của các ống sẽ được tính toán.
Xét reactor có tập hợp một ngàn ống (1-in. schedule) trong 40 ống, 2.28 m chiều dài. Đường kính trong của ống nằm trong (1-in. schedule) là 1.049” (0,0266 m) và chiều dày thành ống là 0.133” (0.0034 m). Sử dụng độ rỗng (void fraction) bằng 1.
Reactions Tab
Trên Overall page của Reactions tab, gắn Global Rxn Set vào
PFR. Không cần thiết phải thay đổi các thông tin mặc định. Reactor sẽ thực hiện tính toán ngay lập tức.
Vì void fraction đặt bằng 1, không cần thiết phải nhập thông tin về xúc tác. Như vậy là thiết bị phản ứng không có xúc tác.
Steady State Solution and Profiles
HYSYS tính toán và hội tụ trong điều kiện mô phỏng tĩnh. Quan sát đường phía dưới của giao diện, phép tính sẽ hội tụ khi nhiệt độ khoảng 664oC. Dòng sản phẩm (PFR Product) có các tham số sau:
Name PFR Product
Vapour Frac 1.0000
Temperature [C] 649.0101 Pressure [kPa] 162.0000 Molar Flow [kgmole/hr] 167.9292 Mass Flow [kg/hr] 8009.2488 Liq Vol Flow [m3/day] 11.3991 Heat Flow [kJ/hr] -1.7157e+07 Comp Mole Frac [Methane] 0.6424 Comp Mole Frac [Acetone] 0.1788 Comp Mole Frac [Ketene] 0.1788
Có thể xem biến thiên của các tham số theo chiều dài ống phản ứng bằng cách vào Performance tab và bấm phím Plot. Ví dụ trong hình dưới biểu diễn trục tung là nhiệt độ. Có thể lựa chọn các tham số khác trong Performance tab bằng cách chọn phím khác trong
Type group.
Chọn một trong năm trang trong đó để xem các số liệu khác của PFR, hoặc dạng bảng hoặc dạng đồ thị.