Thiết bị phản ứng trong công nghiệp hoá dầu.

Chia sẻ: Voviet Vuong | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:256

Thêm vào BST

Báo xấu

488
lượt xem 267
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Thiết bị phản ứng là hệ thống thiết bị thực hiện các phản ứng hóa học tạo ra sản phẩm của một quá trình sản xuất , do đó quyết định năng suất (do vận tộc phản ứng và hiệu quả ( độ chuyển hóa X và độ chọn lọc S ) của sản xuất.Hóa học phát triển từ giả kim thuật, đã được thực hành từ hàng ngàn năm trước ở Trung Hoa, Châu Âu và Ấn Độ.Khoa giả kim thuật nghiên cứu về vật chất, nhưng thế giới của những nhà giả kim thuật đều dựa trên kinh...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Thiết bị phản ứng trong công nghiệp hoá dầu.

THIẾT BỊ PHẢN ỨNG trong công nghiệp hoá dầu. Người soạn : PGS,TS Trần Công Khanh. Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. 10/01/10 1
I-GIỚI THIỆU VỀ TBPƯ : I.1-Giới thiệu: • -TBPƯ- hệ thống thiết bị thực hiện các phản ứng hoá học tạo ra sản phẩm của một quá trình sản xuất,do đó quyết định năng suất (do vận tốc phản ứng r ) và hiệu quả (độ chuyển hoá X và độ chọn lọc S) của sản xuất. • -Vận tốc phản ứng chuyển hoá chất i: Ri = ± dNi / Vdt . (1.1) Trong đó: Ni-Số mol của chất i, dấu cộng là tạo thành (sản phẩm phản ứng), dấu trừ là tiêu hao (chất phản ứng). V-Thể tích của hệ thống Khi thể tích không đổi ta có Ci = Ni / V, do đó pt (1.1) thành: Ri = ± dCi / dt . (1.2) 10/01/10 2
• -Độ chuyển hoá của chất i: Xi = (C0 - C1) / C0 = 1 - C1/C0 . (1.3) • Trong đó : C0- nồng độ chất phản ứng i đi vào ( hay nồng độ ban đầu) C1- nồng độ chất phản ứng i đi ra ( hay nồng độ cuối ) • -Độ chọn lọc đối với sản phẩm i: Si = Ci / ∑Cj j = 1, n (1.4) • Trong đó: Ci -nồng độ của sản phẩm i trong hỗn hợp phản ứng . ∑Cj -tổng nồng độ các sản phẩm trong hỗn hợp phản ứng 10/01/10 3
VỊ TRÍ HỆ THỐNG TBPƯ TRONG SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ Trong sơ đồ công nghệ TBPƯ nằm ở vị trí như sau : Ng.liệu 1 Hệ thống THIẾT BỊ Hệ thống tách Sản phẩm chuẩn bị PHẢN và tinh chế Ng.liệu 2 hỗn hợp ỨNG sản phẩm phản ứng Nguyên liệu chưa chuyển hoá H.1.1- Lưu đồ khối của công nghệ sản xuất . Trong đó hệ thống thiết bị chuẩn bị hỗn hợp phản ứng, tách và tinh chế sản phẩm có thể gồm một số lượng lớn các thiết bị thực hiện các quá trình chuyển khối và truyền nhiệt như chưng luyện, hấp thụ,hấp phụ, trích ly, đun nóng, làm lạnh, ngưng tụ ...mà sinh viên đã làm quen trong môn học "Quá trình và thiết bị hoá học ". 10/01/10 4
I.2-Đặc điểm : • - Đa dạng • Do điều kiện phản ứng rất khác nhau: *Nhiệt độ phản ứng có thể từ nhiệt độ phòng đến 800- 9000C, cá biệt có thể đến 1300-15000C. Đồng thời phải có những giải pháp hợp lý cấp hay giải nhiệt phản ứng. *Áp suất có thể từ áp suất khí quyển ( 0,1 MPa ) đến 70 MPa. Trong nhiều phản ứng pha khí thường dùng áp suất khoảng 2- 3 MPa để giảm thể tích TBPƯ, tăng cường vận tốc phản ứng và hệ số trao đổi nhiệt với thành thiết bị. Với mỗi áp suất cần có dạng hình học của thiết bị phù hợp : hình ống, hình cầu chịu áp suất tốt hơn hình hộp, mặt phẳng. 10/01/10 5
• Phản ứng trong thiết bị có thể tiến hành ở các trạng thái pha khác nhau: *Đồng thể: khí, lỏng *Các hệ dị thể khí-rắn, khí-lỏng, lỏng-rắn, lỏng-lỏng *Các hệ ba pha khí-lỏng-rắn, lỏng-lỏng-rắn, khí-lỏng-lỏng ... • Tính đa dạng của TBPƯ còn do từng hãng , trên thế giới có những hãng có công nghệ, xúc tác và hệ thống TBPƯ riêng của mình 10/01/10 6
ĐẶC ĐIỂM TBPƯ… • -Phức tạp • Do trong TBPƯ các quá trình hoá học ( phản ứng ) và vật lý ( chuyển khối: dòng chảy , khuếch tán, và các quá trình nhiệt: truyền nhiệt, toả và thu nhiệt ) xảy ra đan xen và ảnh hưởng lẫn nhau • Trong đó, các quá trình vật lý thường tuyến tính với nhiệt độ, còn các phản ứng hoá học phụ thuộc vào nhiệt độ ở dạng hàm mũ theo phương trình Arrhénius ( phi tuyến ). 10/01/10 7
I.3- Phân loại TBPƯ : 1/Theo chế độ làm việc : a/Thiết bị làm việc gián đoạn • *Chỉ dùng cho pha lỏng . • *Các bước của quá trình: nạp liệu, đun nóng, tiến hành phản ứng, làm nguội và tháo sản phẩm, được thực hiện trong một thiết bị. • Do đó các thông số như nồng độ, nhiệt độ, áp suất ...thay đổi theo thời gian. • Ví dụ: tiến hành phản ứng trong thiết bị loại thùng có khuấy nồng độ chất phản ứng thay đổi theo thời gian như hình 1.2. 10/01/10 8
H.1.2-Mô hình TBPƯ làm việc gián đoạn và thay đổi nồng độ theo thời gian Nồng độ chất phản ứng CA0 Chất phản ứng vào gián đoạn CAt 0 Sản phẩm Thờ i gian t tháo gián đoạn 10/01/10 9
b/Thiết bị làm việc nửa gián đoạn: • • *Chất phản ứng: một chất cho gián đoạn, một chất cho liên tục. • Chất cho gián đoạn thường là chất lỏng, ví dụ chất A. • Chất cho liên tục thường là chất khí hay có thể là chất lỏng, ví dụ chất B. Phản ứng: A + B → C • Với mục đích luôn nghèo chất B trong hỗn hợp phản ứng tránh phản ứng phụ: B + C → D • Hay để vận tốc toả nhiệt của phản ứng phù hợp với khả năng giải nhiệt của thiết bị . 10/01/10 10
*Nồng độ A và B thay đổi theo thời gian phản ứng như ở hình 1.3 Nồng độ Chất phản ứng Chất B vào Liên tục CA0 Chất A vào Gián đoạn Số mol NB vào C At C Bt CB0 Thời gian t H.1.3-Mô hình TBPƯ làm việc nửa gián đoạn và thay đổi nồng độ chất phản ứng trong thiết bị . 10/01/10 11
• c/Thiết bị làm việc liên tục • *Đây là loại thiết bị thường gặp trong công nghiệp với qui mô sản xuất lớn. • *Trạng thái dừng (steady state ): là trạng thái đạt được của TBPƯ sau khi mở máy một thời gian, ở trạng thái này các thông số của quá trình không thay đổi theo thời gian t ,lúc đó sản phẩm thu được có chất lượng ổn định. Từ khi mở máy đến trạng thái dừng ta có giai đoạn quá độ, thời gian quá độ phụ thuộc vào chế độ dòng chảy trong thiết bị và độ phức tạp của hệ thống TBPƯ. • 10/01/10 12
• Thời gian lưu trung bình: • Thời gian lưu thực của chất phản ứng trong thiết bị khác nhau , phụ thuộc vào chế độ dòng chảy. Ta có thời gian lưu trung bình theo định nghĩa sau: tTB = VR / FV Trong đó: tTB -Thời gian lưu trung bình. [ h ]. VR -Thể tích TBPƯ. [ m3 ]. FV -Lưu lượng của dòng . [ m3 / h ]. 10/01/10 13
2/Theo chế độ dòng chảy : *Mô hình đẩy lý CA0 CAL tưởng :  Là mô hình dòng chảy L trong thiết bị chuyển động tịnh tiến theo thứ tự trước Nồng độ chất phản ứng CA0 C A0 sau như chuyển động của pittông trong xi lanh  Và do đó nồng độ chất phản ứng thay đổi từ từ, bắt đầu ở đầu vào là CA0 CAL C AL 0 L L Chiều dài đến đầu ra là CAL như ở hình 1.4 ống phản ứng H.1.4-Mô hình ĐLT và thay đổi nồng độ chất phản ứng trong thiết bị. 10/01/10 14
*Mô hình khuấy lý tưởng :  Là mô hình dòng chảy trong thiết bị được khuấy trộn mạnh, chất phản ứng đi vào Nồng độ Chất A vào chất phản ứng được trộn lẫn đồng CA0 Chất A ra CA0 CA1 đều ngay tức khắc trong thiết bị, do đó nồng độ chất CA1 CA1 phản ứng thay đổi đột ngột ở tại đầu Toạ độ phản ứ ng vào của thiết bị H.1.5-Mô hình KLT và thay đổi nồng độ trong thiết bị như ở hình 1.5 10/01/10 15
Mô hình khuấy lý tưởng… • *Cũng do khuấy trộn nồng độ chất phản ứng trong khắp thiết bị đồng đều và bằng đầu ra là C1. • *Do nồng độ chất phản ứng trong thiết bị thấp (nhất là khi độ chuyển hoá X yêu cầu cao ) nên vận tốc phản ứng thấp và do đó năng suất TBPƯ theo mô hình khuấy lý tưởng thấp hơn đẩy lý tưởng. • Nói một cách khác, để đảm bảo độ chuyển hoá X như nhau thiết bị theo mô hình khuấy lý tưởng cần có thể tích VR lớn hơn nhiều so với mô hình đẩy lý tưởng, đặc biệt khi X yêu cầu cao. 10/01/10 16
 *Để đảm bảo năng suất thiết bị cao với mô hình khuấy lý tưởng hệ thống nhiều thiết bị khuấy nối tiếp được sử dụng như hình 1.6. CA0 CA1 CA2 C A3 CA (n-1) CAn 1 2 3 n CA0 CA1 C A2 CA3 CA(n-1) CAn 0 Toạ độ phản ứng H.1.6-Mô hình hệ thống n thiết bị KLT nối tiếp và thay đổi nồng độ chất phản ứng theo từng thiết bị 10/01/10 17
• *Ở hình 1.6 nồng độ chất phản ứng thay đổi từng bậc từ đầu vào đến đầu ra của hệ thống, khi n đủ lớn (giới hạn khi n →∞ ) sự thay đổi nồng độ chất phản ứng giống như ở trường hợp đẩy lý tưởng (hình 1.4 ). • Trong thực tiễn công nghiệp số thiết bị n trong hệ thống thường từ 4 đến 10 để ngoài việc đảm bảo năng suất của hệ thống thiết bị còn để phân bố thời gian lưu đồng đều hơn, nhiệt độ có thể điều chỉnh khác nhau ở từng thiết bị và chất phản ứng thứ hai có thể cho vào từ từ theo từng thiết bị theo yêu cầu 10/01/10 18
3/Theo trạng tháí pha: • *Hệ đồng thể: Cần được khuấy trộn để đồng đều về nồng độ các cấu tử và nhiệt độ trong thiết bị phản ứng. • *Hệ dị thể: Đối với hệ này cần chú ý tạo bề mặt tiếp xúc pha lớn để tăng cường vận tốc phản ứng. -Hệ dị thể lỏng - lỏng: Cần được khuấy trộn tốt , tạo nhũ tương có bề mặt tiếp xúc lớn. -Hệ dị thể khí - lỏng: Để đảm bảo bề mặt tiếp xúc pha của hệ này cần khuấy trộn hoặc sủi bọt hoặc dùng đệm rắn có bề mặt riêng lớn. -Hệ dị thể khí - rắn và lỏng - rắn: Bề mặt tiếp xúc pha là bề mặt của chất rắn , do vậy chất rắn ( là xúc tác ) thường là vật liệu xốp có bề mặt riêng lớn hoặc có độ phân tán cao. • Trong công nghiệp cũng hay gặp hệ nhiều pha: khí - lỏng - rắn, lỏng - lỏng - rắn 10/01/10 19
4/Theo chế độ nhiệt: • *Đoạn nhiệt: • -Không có bộ phận trao đổi nhiệt . -Hay sử dụng vì đơn giản, cho các phản ứng có hiệu ứng nhiệt thấp hay ít nhạy với sự thay đổi nhiệt độ. • *Đẳng nhiệt: • -Thường gặp ở các thiết bị có khuấy trộn tốt. - Trong tài liệu đôi khi gọi thiết bị phản ứng xúc tác khí - rắn dạng ống chùm có bề mặt trao đổi nhiệt lớn là thiết bị tựa đẳng nhiệt, tuy vậy ở thiết bị loại này vẫn tồn tại gradien nhiệt độ theo đường kính và hướng trục ống xúc tác . 10/01/10 20