Đang tải... (xem toàn văn)
Chöông 3 Phöông trình thieát keá Chöông 3 Phöông trình thieát keá 9/22/2014 Chuong 3 Phuong trinh thiet ke 1 3 1 Caân baèng vaät chaát & naêng löôïng toång quaùt Caân baèng vaät chaát cho moät phaân t[.]
Chương 3: Phương trình thiết kế 04/08/2023 Chuong - Phuong trinh thiet ke 3.1 Cân vật chất & lượng tổng quát Cân vật chất cho phân tố thể tích (Lượng tác chất nhập vào) (Lượng tác chất khỏi) (Lượng tác chất phản ứng) PHẢN = Lượng tác chất tích tụ (biến ỨNG đổi)ï VÀ O 04/08/2023 PHÂN TỐ THỂ TÍCH (TÍCH TỤ) RA Chuong - Phuong trinh thiet ke O.Levenspiel, Chemical_reaction_engineering, rd edition2 Cân lượng (Năng lượng dòng nhập vào) (Năng lượng dòng khỏi) (Năng lượng trao đổi với môi trường ngòai) = (Năng lượng tích tụ (biến đổi)ï) TRAO ĐỔI 04/08/2023 PHÂN VA TỐ THỂ ØO TÍCH (TÍCH Chuong - Phuong trinh thiet ke TỤ) RA Các dạng bình phản ứng khuấy trộn 04/08/2023 Chuong - Phuong trinh thiet ke 3.2 Thiết bị phản ứng khuấy trộn lý tưởng Hoạt động ổn định Với: XA0 , XAf độ chuyển hóa dòng nhập liệu dòng sản phẩm v lưu lượng dòng nhập lieäu, m3/s O.Levenspiel, Chemical_reaction_engineering, rd edition 04/08/2023 Chuong - Phuong trinh thiet ke 3.2 Thiết bị phản ứng khuấy trộn lý tưởng Hoạt động ổn định FA ( X A0 )t FA ( X Af )t rAf V t hay V V X Af X A0 FA0 C A0 ( rAf ) (3.3) V : Thoi gian the tich X Af X A0 C A0 (X Af X A0 ) V V FA0 C A0 C A0 ( rAf ) ( rAf ) Với: XA0 , XAf độ chuyển hóa dòng nhập liệu dòng sản phẩm v lưu lượng dòng nhập liệu, m3/s 04/08/2023 Chuong - Phuong trinh thiet ke 3.2 Thiết bị phản ứng khuấy trộn lý tưởng O.Levenspiel, Chemical_reaction_engineering, rd edition 04/08/2023 Chuong - Phuong trinh thiet ke Xác định nhiệt độ dòng sản phẩm để tính vận tốc phản ứng – cân nhiệt lượng m t (T0 Tf ) C p (X Af X A0 )H r FA0 KS(Tn Tf ) hay m t (T0 Tf ) C p ( rA ) V H r K.S.(Tn Tf ) mt : suất lượng dòng nhập liệu, kg/s Cp : nhiệt dung riêng dòng nhập liệu (sản phẩm), J/kg.0C ΔHr: nhiệt phản ứng, J/mol K : hệ số truyền nhiệt, W/m2.0C S : diện tích bề mặt truyền nhiệt, m 04/08/2023 Chuong - Phuong trinh thiet ke Thí dụ 3.1: Xác định lưu lượng dòng nhập liệu Phản ứng thuận nghịch pha lỏng sơ đẳng A + B = R + S với k1= l/mol.ph , k2 = l/mol.ph V = 120 lít Hai dòng nhập liệu riêng biệt có lưu lượng nhau: Dòng có nồng độ 2,8 mol A/ lít Dòng có nồng độ 1,6 mol B/ lít Độ chuyển hóa tác chất giới hạn ñaït 75% V=120lite O.Levenspiel, Chemical_reaction_engineering, rd edition 04/08/2023 Chuong - Phuong trinh thiet ke Thí dụ 3.2: Xác định phương trình vận tốc cho phản ứng phân hủy pha khí A → R + S xảy đẳng nhiệt bình khuấy trộn họat động ổn định Số TN τ =V/v ph XA (với CA0 =0,002 mol/l 04/08/2023 0,42 5,10 13,5 44,0 192 0,22 0,63 0,75 0,88 0,96 Chuong - Phuong trinh thiet ke 10 Bảng 3.1 Thí nghiệm số V = ,ph v XA 0,423 0,22 0,639 0, 002.0, 22 104.10 0.423 5,10 0,63 0,227 0, 002.0, 63 24, 7.10 5,10 13,5 0,75 0,143 0, 002.0, 75 111 , 10 13, 44,0 0,88 0,064 0, 002.0, 88 4.10 44 192 0,96 0,021 04/08/2023 1- XA 1+XA Chuong - Phuong trinh thiet ke C Ao XA =(-rA ) 0, 002.0, 96 1.10 192 11 3.2 Thieát bị phản ứng khuấy trộn lý tưởng Hoạt động gián đọan ( rA ) V t N A ; t dN A ( rA ) V dt d [N A0 (1 X A )] dX A ( rA ) V N A0 dt dt ( rA ) V N A0 04/08/2023 dX A dt Chuong - Phuong trinh thiet ke 12 Sắp xếp lại lấy tích phân t N A0 * V const XA dX A rA V t C A0 XA dX A rA CA dC A rA C A0 * V V0 (1 A X A ) t N A0 04/08/2023 XA dX A C A0 rA V0 (1 A X A ) Chuong - Phuong trinh thiet ke XA dX A rA (1 A X A ) 13 Thí dụ 3.3: a) Tính thời gian phản ứng b) Thể tích bình phản ứng khuấy gián đọan 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 ρ = 0,75 g/ml = const XAf = 50% 04/08/2023 Chuong - Phuong trinh thiet ke 14 3.3 Thiết bị phản ứng dạng ống lý tưởng 04/08/2023 Chuong - Phuong trinh thiet ke 15 3.3 Thieát bị phản ứng dạng ống lý tưởng FA ( X A ) t FA ( X A X A )t rA V t hay FA X A rA V Chia V, V dX A ( rA ) dV FA0 V FA0 04/08/2023 X Af dX A ( rA ) Chuong - Phuong trinh thiet ke 16 Thí dụ 3.7: Tính thể tích bình phản öùng oáng 4PH3(k) → P4(k) + 6H2(k) (-rPH3) = (10 h-1) CPH3 Họat động nhiệt độ 6500C, áp suất 4,6 atm Xaf = 80% Nhập liệu có suất lượng kmol/h phosphin nguyên chất 04/08/2023 Chuong - Phuong trinh thiet ke 17 Thí dụ 3.5: CH4 + 2S2 → CS2 + 2H2S Bình phản ứng ống có V = 35,2ml Thí nghiệm 6000C, 1atm thu 0,10g CS2 10 ph Suất lựơng ổn định S2 0,238 mol/h, mêtan 0,119 mol/h a) Xác định rCS2 b) Tìm k với (-rA)=kpCH4.pS2 phương pháp 04/08/2023 Chuong - Phuong trinh thiet ke 18 Bài tập 3.5 Cho phản ứng tạo thành etilen glycol sau: CH2OH-CH2Cl + NaHCO3 (CH2OH)2 + NaCl + CO2 Phản ứng sơ đẳng k = 5,2 l/ mol.h 820C Có dòng nguyên liệu có sẵn sau: Dd 15% k.l bicarbonat sodium Dd 30% k.l etilen clorhidrin nước 04/08/2023 Chuong - Phuong trinh thiet ke 19 Câu hỏi cho tập 3.5 a) Tính thể tích bình phản ứng khuấy trộn hoạt động ổn định để sản xuất 50kg/h etilen glycol với dòng hỗn hợp nhập liệu đẳng mol đạt độ chuyển hóa 95%? b) Tính thể tích bình phản ứng ống để phản ứng điều kiện trên? c) Tính thể tích bình phản ứng khuấy trộn hoạt động gián đọan để sản xuất 50kg/mẻ etilen glycol với hỗn hợp nhập liệu ban đầu đẳng mol đạt độ chuyển hóa 95%? 04/08/2023 Chuong - Phuong trinh thiet ke 20