Bài giảng Kỹ thuật phản ứng: Chương 3 - Vũ Bá Minh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:31

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Kỹ thuật phản ứng: Chương 3 - Phương trình thiết kế, được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Cân bằng vật chất và năng lượng tổng quát; các dạng bình phản ứng khuấy trộn; thiết bị phản ứng khuấy trộn lý tưởng; thiết bị phản ứng dạng ống lý tưởng;...Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật phản ứng: Chương 3 - Vũ Bá Minh

8/24/2017 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 1
3.1. Caân baèng vaät chaát & naêng löôïng toång quaùt 1. Cân bằng vật chất cho một phân tố thể tích (Lượng tác chất nhập vào) - (Lượng tác chất ra khỏi) - (Lượng tác chất phản ứng) = Lượng tác chất tích tụ (biến đổi) PHAÛN ÖÙNG PHAÂN TOÁ VAØO THEÅ TÍCH RA (TÍCH TUÏ) 8/24/2017 O.Levenspiel, Chemical_reaction_engineering, 3rd edition2 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke
2. Caân baèng naêng löôïng (Năng lượng các dòng nhập vào) - (Năng lượng các dòng ra khỏi) - (Năng lượng trao đổi với môi trường ngòai) = (Năng lượng tích tụ (biến đổi)) TRAO ÑOÅI PHAÂN TOÁ VAØO THEÅ TÍCH RA (TÍCH TUÏ) 8/24/2017 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 3
Các dạng bình phản ứng khuấy trộn 8/24/2017 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 4
Các dạng bình phản ứng khuấy trộn 8/24/2017 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 5
3.2. Thieát bò phaûn öùng khuaáy troän lyù töôûng 1. Hoaït ñoäng oån ñònh  Vôùi: XA0 , XAf laø ñoä chuyeån hoùa cuûa doøng nhaäp lieäu vaø doøng saûn phaåm  v laø löu löôïng cuûa doøng nhaäp lieäu, m3/s O.Levenspiel, Chemical_reaction_engineering, 3rd edition 8/24/2017 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 6
3.2. Thieát bò phaûn öùng khuaáy troän lyù töôûng 1. Hoaït ñoäng oån ñònh FA0 ( 1  X A0 )t  FA0 ( 1  X Af )t    rAf  V. t  0 V V X Af  X A0 hay   (3.3) FA0  . CA0 (  rAf ) V  : Thoi gian the tich  V V 1 X  X A0 C (X  X A0 )    Af    A0 Af FA0  . CA0 CA0 (  rAf ) (  rAf )  Vôùi: XA0 , XAf laø ñoä chuyeån hoùa cuûa doøng nhaäp lieäu vaø doøng saûn phaåm  v laø löu löôïng cuûa doøng nhaäp lieäu, m3/s 8/24/2017 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 7
3.2. Thieát bò phaûn öùng khuaáy troän lyù töôûng O.Levenspiel, Chemical_reaction_engineering, 3rd edition 8/24/2017 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 8
Xaùc ñònh nhieät ñoä cuûa doøng saûn phaåm ñeå tính vaän toác phaûn öùng – caân baèng nhieät löôïng m t (T0  Tf ) Cp  (XAf  X A0 )H r FA0  KS(Tn  Tf )  0 hay m t (T0  Tf ). Cp  (  rA ). V. H r  K.S.(T  Tf )  0 n  mt : suaát löôïng doøng nhaäp lieäu, kg/s  Cp : nhieät dung rieâng doøng nhaäp lieäu (saûn phaåm), J/kg.0C ΔHr: nhieät phaûn öùng, J/mol K : heä soá truyeàn nhieät, W/m2.0C S : dieän tích beà maët truyeàn nhieät, m2 8/24/2017 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 9
Thí duï 3.1: Xaùc ñònh löu löôïng moãi doøng nhaäp lieäu Phaûn öùng thuaän nghòch pha loûng sô ñaúng A + B = R + S vôùi k1= 7 l/mol.ph , k2 = 3 l/mol.ph V = 120 lít Hai doøng nhaäp lieäu rieâng bieät coù löu löôïng baèng nhau:  Doøng coù noàng ñoä 2,8 mol A/ lít  Doøng coù noàng ñoä 1,6 mol B/ lít Ñoä chuyeån hoùa cuûa taùc chaát giôùi haïn ñaït 75% V=120lite O.Levenspiel, Chemical_reaction_engineering, 3rd edition 8/24/2017 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 10
Thí duï 3.2: Xaùc ñònh phöông trình vaän toác cho phaûn öùng phaân huûy pha khí A → R + S xaûy ra ñaúng nhieät trong bình khuaáy troän hoïat ñoäng oån ñònh Soá TN 1 2 3 4 5 τ =V/v ph 0,423 5,10 13,5 44,0 192 XA (vôùi CA0 0,22 0,63 0,75 0,88 0,96 =0,002 mol/l 8/24/2017 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 11
CA o X A Từ (3.3) suy ra vận tốc phản ứng: (rA )  kết quả được trình bày ở bảng 3.1 dưới đây.  Thí V 1- X A CAo X A nghiệm  = ,ph XA = (-rA ) v 1+ X A số  1 0,423 0,22 0,639 0, 002.0, 22  104.105 0.423 2 5,10 0,63 0,227 0, 002.0, 63  24, 7.105 5,10 3 13,5 0,75 0,143 0, 002.0, 75  111.105 , 13, 5 4 44,0 0,88 0,064 0, 002.0, 88  4.105 44 5 192 0,96 0,021 0, 002.0, 96  1.105 192 8/24/2017 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 12
Ngoài ra ta thử với phương trình vận tốc có dạng tổng quát: n (  rA )  kCA Với quá trình được thực hiện ở điều kiện đẳng áp với εA=1 ta có: n n  1  XA  n  1  XA  ( rA )  kCn Ao    kCAo    1  A X A   1  XA  lấy log hai vế: n 1  XA ln(rA )  ln(kCA )  n ln o 1  XA 8/24/2017 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 13
Từ số liệu trong bảng 3.1 ta vẽ ln (rA) theo ln ((1-XA)/(1+XA) ) được đường thẳng, bậc phản ứng là n = 1,4 Hằng số vận tốc được xác định từ tung độ gốc: kCn  k(0, 002mol / l)1,4  2.103 mol / l.ph A o suy ra: 0, 4  l  1 k  12    mol  ph Phương trình vận tốc đầy đủ là:   l 0,4  1,4 1 (rA )  12   .ph   CA , mol / l     mol   
3.2. Thieát bò phaûn öùng khuaáy troän lyù töôûng 2. Hoaït ñoäng giaùn ñoïan  (  r A ) V.  t   N A ;  t  0 dN A  (  rA ) V  dt d [N A0 (1  X A )] dX A  (  rA ) V    N A0 dt dt dX A (  r A ) V  N A0 dt 8/24/2017 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 15
Saép xeáp laïi vaø laáy tích phaân XA dX A t  N A0  0   rA  V XA CA dX A dC A * V  const t  CA0       rA  0   rA  CA0 * V  V0 (1   A X A ) XA XA dX A dX A t  N A0   r   CA0   r  0 A V0 (1   A X A ) 0 A (1   A X A ) 8/24/2017 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 16
Thí duï 3.3: a) Tính thôøi gian phaûn öùng b) Theå tích bình phaûn öùng khuaáy giaùn ñoïan CH3COOH + C4H9OH→CH3COOC4H9 + H2O 1000C, xúc tác H2 SO4 nồng độ 0,032%k.l Nhập liệu: 4,97 mol butanol/mol axit Phương trình vận tốc (-rA)= k.CA2 với k = 17,4 ml/ mol.ph XAf = 50% Khối lượng riêng của mỗi cấu tử ở 100°C là  Acid acetic = 0,958g/ml  Butanol = 0,742g/ml  Acetal butyl = 0,796g/ml Mặc dầu khối lượng riêng của hỗn hợp phản ứng thay đổi theo độ chuyển hóa nhưng do sử dụng lượng thừa butanol nên làm giảm sự thay đổi này. Do đó giả sử khối lượng riêng không đổi và lấy bằng 0,75 g/ml. 8/24/2017 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 17
Thí duï 3.3: a) Phương trình vận tốc phản ứng là: (  rA )  k C 2  k C 2 A A (1  X A ) 2 o Áp dụng phương trình thiết kế (3.11) với thể tích hỗn hợp phản ứng không đổi: X A dX A X 0,50 1 A dX A t  CA o o   kC2 (1  X A )2 A kCA o o (1  X A )2 o Lấy tích phân được: 1  1 1  1 1 t    (2  1)  kCAo 1  X A 1  0  kCAo kCAo Nồng độ ban đầu của acid acetic là: 1 m ol CAo   0, 00175 m ol / m l ( 4 , 9 7 ) ( 7 4 )  (1 ) ( 6 0 ) 0,75 g / m l thay vào biểu thức tính t, ta được: 1 t  32, 8 ph  0, 55 h (17, 4 ml / mol.ph )(0, 00175 mol / ml ) 8/24/2017 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 18
Thí duï 3.3: b) Gọi mA là khối lượng acid acetic cho vào bình trong mỗi mẻ, ta có phương trình cân bằng sau: (m A / 60)(0, 50)(116) 100  kg ester / h 0, 55  0, 50 mA== 108,6 kg acid acetic/mẻ Khối lượng nhập liệu tổng cộng cho mỗi mẻ:  108, 6  mt  108, 6    (4, 97)(74)  774, 4 kg / meã  60  Vậy thể tích hỗn hợp phản ứng chứa trong bình là: 774, 4 kg V  1032, 5 l 0, 75 kg / l 8/24/2017 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 19
3.3. Thieát bò phaûn öùng daïng oáng lyù töôûng 8/24/2017 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 20