KTPU_Chuong 3.ppt

KTPU

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG TRÌNH THIẾT KẾ

3 THIẾT BỊ PHẢN ỨNG DẠNG ỐNG (ĐẨY LÝ TƯỞNG)

2 THIẾT BỊ PHẢN ỨNG KHUẤY TRỘN LÝ TƯỞNG

1 CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG TỔNG QUÁT

1 CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG

LƯỢNG TỔNG QUÁT

1.1 Cân bằng vật chất



















 Lượng tác

chất nhập

vào phân tố















 Lượng tác chất ra khỏi phân tố thể

















 Lượng tác chất phản

ứng trong phân tố thể tích



















 Lượng tác chất tích tụ trong phân

tố thể tích

=

1.2 Cân bằng năng lượng



















Năng lượng

các dòng vào phân tố

















Năng lượng

trong các dòng ra khỏi phân tố thể

















Năng lượng

trao đổi với môi trường

















 Sự tích tụ năng lượng trong phân

tố thể tích

2 THIẾT BỊ KHUẤY TRỘN LÝ TƯỞNG

Thiết bị phản ứng khuấy trộn lý tưởng là thiết bị có quá trình khuấy trộn hoàn toàn hỗn hợp phản ứng đồng nhất trong tất cả các phần của thiết bị và giống dòng ra (sản phẩm)

2.1 Hoạt động ổn định

XA0, v, CA

XAf, v, CAf

T0, H0

Tf, Hf

V, Tf

 Đặc điểm

• Một dòng nhập liệu và sản phẩm

• Tính chất các dòng không thay

đổi theo thời gian

• Hỗn hợp trong bình có nhiệt độ

và thành phần đồng nhất

• Không có sự tích tụ năng lượng

và vật chất trong hệ

2 THIẾT BỊ KHUẤY TRỘN LÝ TƯỞNG

1 X  t  F 1 X  t   r  V t 0

.

 Phương trình cân bằng vật chất

• Lượng tác chất mang vào: FAo.(1-XAo).Δt

• Lượng tác chất mang ra: FAo.(1-XAf).Δt

• Lượng tác chất phản ứng: -(-rA)f.V.Δt

 Af

Ao Af

Ao

X

X C

v

V F

V









2 THIẾT BỊ KHUẤY TRỘN LÝ TƯỞNG

H0  H  t  K S T  T  t 0

.

p

t C T T r H V K S T T

t

A r Ao

Af o

f p f

m

F H X X

t T T

C H

0       

 Phương trình cân bằng năng lượng

• Năng lượng do dòng mang vào: mt.Ho.Δt

• Năng lượng do dòng mang ra: mt.Hf.Δt

• Năng lượng trao đổi với môi trường ngoài: K.S.(Tn-Tf)

• Sự biến đổi Entanpy từ nhiệt độ To đến Tf: Cp.(Tf-To)

• Phản ứng tạo thành sản phẩm: (XAf-XAo).ΔHr.FAo/mt

 f  o  Af  Ao r A0   n  f   0

p

t C T T X X H F K S T T

2 THIẾT BỊ KHUẤY TRỘN LÝ TƯỞNG

CAf, XA,

V, Tf

 r A V t  N A



0



t



2.2 Hoạt động gián đoạn

 Đặc điểm

• Quá trình làm việc theo mẽ

• Không có dòng vào, dòng ra

 Phương trình cân bằng vật chất

• Lượng tác chất tích tụ trong hệ: ΔN

• Lượng tác chất biến đổi trong thời gian Δt: -(-rA).V Δt

dt

dN V

.



dt

dX N

V

r A   Ao A









A

Ao

A X

A

A

dC r

dX C

t const

V

0 0





A

A A A

A A

X

A A o

A

A A

X

r

dX C

X

V r

dX N

t const

V

0

0 0

0

1

2 THIẾT BỊ KHUẤY TRỘN LÝ TƯỞNG

S

 Phương trình cân bằng năng lượng

• Năng lượng tích tụ do sự biến đổi thành phần: ΔHr.(-rA).V Δt

• Năng lượng tích tụ do sự biến đổi nhiệt độ ΔT: mt.Cp ΔT

• Năng lượng trao đổi với môi trường ngoài: K.S.(Tn-Tf) Δt

• Khi Δt → 0 thì

 A  n f 

r p

dt

dT C

2 THIẾT BỊ KHUẤY TRỘN LÝ TƯỞNG

2.3 Hoạt động bán liên tục

 Đặc điểm

• Lưu lượng dòng vào và ra không

bằng nhau

• Tùy thuộc nhiều vào diễn biến và

cách điều chỉnh quá trình

• Suất lượng, trạng thái dòng vào

và ra biến đổi theo thời gian

X A0 , v 0 , C A

X Af , vf, C Af

T 0 , H 0

Tf, Hf V

2 THIẾT BỊ KHUẤY TRỘN LÝ TƯỞNG

dt

C V

d V

r x

F x

.

A

1 1

1 0

dt

C

d r

C

A A

A

1 1

0     

 Trường hợp sử dụng nồng độ phần mol của tác chất

• Để lấy tích phân bằng phương pháp giải tích ta phải biết suất lượng dòng và dòng ra, thành phần nhập liệu, khối lượng riêng không đổi (dẫn đến thể tích không đổi) và phản ứng bậc 1





1 1

A

C

k dt

C

d



















2 THIẾT BỊ KHUẤY TRỘN LÝ TƯỞNG

N F x t.dX  r  V dt dt

X x

 X dt t dX   r  V dt x

.

 Trường hợp biểu diễn theo dộ chuyển hóa

• Nếu không có tác chất trong dòng nhập liệu phương trình trở

về dạng hoạt động gián đoạn

• Nếu không có A ban đầu sẵn trong phản ứng thì phương trình trở thành

3 THIẾT BỊ PHẢN ỨNG DẠNG ỐNG

 Đặc điểm

• Tính chất không thay đổi

theo thời gian

• Tính chất của dòng chảy

thay đổi từ điểm này đến

điểm khác do phản ứng

• Các điểm trên cùng một tiết

diện có cùng một tính chất

CAo

FAo

XAo=0

vo

CAf

FAf

XAf

vf

FA

XA

FA+dFA

XA+dXA dV

dXA

XA

0



V



 Phương trình cân bằng vật chất

• Lượng tác chất mang vào dV: FA0.(1-XA).Δt

• Lượng tác chất mang ra khỏi dV: FA0.(1-XA +ΔXA).Δt

• Lượng tác chất phản ứng: (-rA).ΔV.Δt

Ao

A A

F

r dV







A

Ao

A X

A

A A

r

dC V

r

dX C

t const

V

0 0





A

A A A

A A

X

A A o

A

A A

X

r

dX C

X

V r

dX N

t const

V

0

0 0

0

1

3 THIẾT BỊ PHẢN ỨNG DẠNG ỐNG

1  X  t  F 0.1  X  X  t   r  V t  0

.

F Ao Ao  A A  A  A  

 Phương trình cân bằng năng lượng

• Năng lượng dòng mang vào dV: mt.H.Δt

• Năng lượng dòng mang vào dV: mt.(H+ ΔH).Δt

• Năng lượng trao đổi với môi trường ngoài: K.S.(Tn-T).Δt

3 THIẾT BỊ PHẢN ỨNG DẠNG ỐNG

 m H H t K S T T t t

H

dV

dS T T

.

K dV

dX F

H dt

dT C

Ao r

p

t    

0



V



 D / L D d

L D

d dV

4





