Bài giảng Kỹ thuật phản ứng: Chương 4 - Vũ Bá Minh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:48

Thêm vào BST

Báo xấu

3
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Kỹ thuật phản ứng: Chương 4 - Áp dụng phương trình thiết kế, được biên soạn gồm các nội dung chính sau: So sánh kích thước thiết bị phản ứng đơn; hệ nhiều bình phản ứng; thiết kế cho phản ứng đa hợp;...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 4 - Vũ Bá Minh

Chöông 4: AÙp duïng phöông trình thieát keá
 Coù theå söû duïng moät trong nhieàu daïng bình phaûn öùng  Thay ñoåi tyû leä noàng ñoä taùc chaát trong nhaäp lieäu ban ñaàu  Yeáu toá aûnh höôûng ñeán löïa choïn: Loïai phaûn öùng Chi phí thieát bò vaø duïng cuï ño Tính oån ñònh khi hoïat ñoäng Tính linh ñoäng cuûa thieát bò khi thay ñoåi ñieàu kieän hoïat ñoäng
Hai thoâng soá thieát keá aûnh höôûng ñeán tính kinh teá cuûa quaù trình: 1. Theå tích thieát bò phaûn öùng 2. Söï phaân phoái saûn phaåm chính trong phaûn öùng ña hôïp
4.1. So saùnh kích thöôùc thieát bò phaûn öùng ñôn (1) Bình phaûn öùng khuaáy troän hoïat ñoäng oån ñònh & Bình oáng Söû duïng tröïc tieáp phöông trình thieát keá  Söû duïng giaûn ñoà (hình 4.1) Hình 4.4. Biểu diễn sự so sánh hoạt động của hai loại thiết bị phản ứng
1) Bình phaûn öùng khuaáy VS Bình oáng troän hoạt ñoäng oån ñònh 1 dNA Dạng phương trình vận tốc tổng quát ( rA )    kCn A V dt Với thiết bị phản ứng khuấy trộn hoạt động ổn định:  CA V  n o CA o X A 1 X A 1   A X A  k      . n 1  FA   o k (rA ) kCA o 1  X A n thiết bị phản ứng dạng ống: XA XA  CA V  o dX A 1 1   A X A n dX A ö     CA o     FA   o ö o  rA  kCn1 o Ao 1  X A n
 Cn V  n  A0   X A 1   A X A   n 1  FA   CA  0 k    0  k    1  X A   k Cn 1  Cn V  XA 1   X n  A0 ö  A0    A A dX A    FA    0    1  X A  n   ö  0 ö khối lượng riêng không đổi  XA    Cn 1  A n  1  X A   0 k  k  n 1  C  A0 ö  X A dX   A    0 1  X A n   ö
4.1. So saùnh kích thöôùc thieát bò phaûn öùng ñôn (2) Söï bieán ñoåi tæ leä noàng ñoä ban ñaàu cuûa 2 taùc chaát trong phaûn öùng baäc hai – Bình oáng, hình 4.2 C B0 M  1 C A0  C A0 V  1 M  XA  M 1    F    ln , M 1  A0  M  1 k C A0 (M  1) M(1  X A )  C A0 V  1 XA  M1    F    , M 1  A0  M  1 k C A0 (1  X A )
(2) Söï bieán ñoåi tæ leä noàng ñoä ban ñaàu cuûa 2 taùc chaát trong phaûn öùng baäc hai – Bình khuaáy lieân tuïc, hình 4.3  C A0 V  XA  M 1    F    , M 1  A0  M  1 k C A0 (1  X A ) (M  X A )  C A0 V  1 XA  M1    F    2 , M 1  A0  M  1 k C A0 (1  X A )
Thí duï 4.1. Phaûn öùng A + B → saûn phaåm Phản ứng pha lỏng sản phẩm với phương trình vận tốc là (-rA) = (500 l/ mol.ph) CA. CB  Bình oáng Vo = 0,1 lít; v = 0,05 l/ph  CA0 = CB0 = 0,01 gmol/ lít a) Xaùc ñònh XAf ? b) Cuøng naêng suaát vaø XAf , tìm Vk ? c) Cuøng naêng suaát, tìm XAf neáu coù Vk = Vo Neáu CB0 = 0,015 gmol/ lít, CA0 = 0,010 gmol/ lít d) Vôùi cuøng v, tìm XAf cho bình oáng ? e) Vôùi cuøng XAf ban ñaàu, tìm tyû leä gia taêng naêng suaát? f) Tìm v cho bình phaûn öùng coù Vk= 100lít, XAf=99%
CA0 = CB0 = 0,01 gmol/ lít a) Xaùc ñònh XAf ? Độ chuyển hóa trong thiết bị phản ứng dạng ống: V 0,1 lít    2ph kCA0   (500l / gmol.ph).(0, 01gmol / l)(2ph)  10 v 0, 05 lít / ph X A  X B  0, 91
CA0 = CB0 = 0,01 gmol/ lít b) Cuøng naêng suaát vaø XAf , tìm Vk ? Thể tích bình khuấy trộn hoạt động ở cùng điều kiện Với cùng điều kiện , tung độ (H.4.1) cho ta tỉ số thể tích của hai bình Vk/Vố . Với cùng X  X  0, 91 A B Vk  11 Vö Vk  11Vö  11.01l  1, 1l
CA0 = CB0 = 0,01 gmol/ lít c) Cuøng naêng suaát, tìm XAf neáu coù Vk = Vo Với cùng thể tích bình thì kCA0   10. X A  0, 73. 1  X A  0, 27.
Neáu CB0 = 0,015 gmol/ lít, CA0 = 0,010 gmol/ lít d) Vôùi cuøng v, tìm XAf cho bình oáng ? Độ chuyển hóa trong thiết bị phản ứng dạng ống có M = 1,5. Với cùng v, V, CAo, nhóm số kτCAo giữ không đổi cho cả hai dòng nhập liệu. X A  0, 994.
Neáu CB0 = 0,015 gmol/ lít, CA0 = 0,010 gmol/ lít e) Vôùi cuøng XAf ban ñaàu, tìm tyû leä gia taêng naêng suaát? (trong thiết bị phản ứng dạng ống ) Lưu lượng nhập liệu khi M = 1,5 : với XA=0,91 → 1-XA=0,09 Giao điểm đường M = 1,5 và (1-XA=0,09) cho tung độ:  CA0 M1,5  VCA0 / v M1,5   0, 30  CA0 M1,0  VCA0 / v M1,0 Nhưng CAo và V là giống nhau trong cả hai trường hợp do đó lưu lượng dòng nhập liệu mới là:  1  0, 05 v M1,5   vM1     0,17 l / ph  0,30  0, 3 như vậy năng suất tăng thêm 240%.
Neáu CB0 = 0,015 gmol/ lít, CA0 = 0,010 gmol/ lít f) Tìm v cho bình phản ứng khuấy trộn có Vk= 100lít, XAf=99% 1  X A  0, 01 M = 1,5 V kCA 0   kCA 0  190. v kCA 0 V  500 l / gmol.ph   0, 01 mol / l  100l  v   2, 63 190 190
Thí duï 4.2. Tìm ñieàu kieän toái öu A → R 100 gmol R/h ñöôïc saûn xuaát töø dd baõo hoøa A (CA0 = 0,1 gmol/ l). rR = (0,2 h-1)CA $A = 500 ñ/mol A $ b = 10 ñ/h.l A khoâng phaûn öùng ñöôïc thaûi boû  Tìm theå tích, suaát löôïng, ñoä chuyeån hoùa, giaù thaønh cuûa R taïi ñieàu kieän toái öu ?
Thí duï 4.2. Tìm ñieàu kieän toái öu A → R $T= (thể tích bình phản ứng) (chi phí /h. thể tích bình) + (suất lượng tác chất) (giá đơn vị của tác chất). $T  V.$ b  FA 0 .$ A FA0 X A Với phản ứng bậc 1 V  kCA0 1  X A  Năng suất sản xuất R là FR=FAo.XA =100 kmol/h FR F 100 100 50000 50000 $ t .$ b  R .$ A  .10  .500   kCA0 1  X A  XA 0,2.0,1. 1- A  X XA 1  X A  X A Để tìm điều kiện $T tối thiểu, lấy vi phân biểu thức trên và cho bằng không, ta được:   0 d $t 50000  50000 dX A 1  X A 2 X2 A X A  0, 50