Chapter 4 ap dung phuong trinh thiet ke

 Có thể sử dụng một trong nhiều dạng bình phản ứng Thay đổi tỷ lệ nồng độ tác chất trong nhập liệu ban đầu  Yếu tố ảnh hưởng đến lựa chọn:  Lọai phản ứng  Chi phí thiết bị và dụng

Chương 4:

Áp dụng phương trình

thiết kế

 Có thể sử dụng một trong nhiều dạng bình phản ứng

 Thay đổi tỷ lệ nồng độ tác

chất trong nhập liệu ban đầu

 Yếu tố ảnh hưởng đến lựa chọn:

 Lọai phản ứng

 Chi phí thiết bị và dụng cụ đo

 Tính ổn định khi họat động

 Tính linh động của thiết bị khi thay đổi điều kiện họat động

Hai thông số thiết kế

ảnh hưởng đến tính kinh tế của quá trình:

ứng

phẩm chính trong phản ứng đa hợp

4.1 So sánh kích thước thiết bị phản ứng đơn

(1) Bình phản ứng khuấy trộn họat động ổn định & Bình ống

trình thiết kế

4.1 So sánh kích thước thiết bị phản ứng đơn

(2) Sự biến đổi tỉ lệ nồng độ ban đầu của 2 tác chất trong phản ứng bậc hai – Bình ống, hình 4.2

1 M

,

) X (1

X C

k

1 F

V C

1 M

,

) X M(1

X

M ln

1) M

( C

k

1 F

V C

1

C

C

M

A

A A0

1 M A0

1 M A0

A0

1

M

A0 B0

(2) Sự biến đổi tỉ lệ nồng độ

ban đầu của 2 tác chất trong

phản ứng bậc hai –

Bình khuấy liên tục, hình 4.3

1 M

,

) X M

( ) X 1

( C

k

X F

V

C

A A

A0

A

1 M A0

,

) X (1

X C

k

1 F

V

C

2 A

A A0

1 M A0

Thí dụ 4.1. Phản ứng A + B → sản phẩm

gmol/ lít

tăng năng suất?

Thí dụ 4.2 Tìm điều kiện tối ưu A → R

rR = (0,2 h-1)CA

$A = 500 đ/mol A

$ b = 10 đ/h.l

chuyển hóa, giá thành của R tại điều kiện tối ưu ?

Thí dụ 4.3 Tìm điều kiện tối ưu A → R

dòng sản phẩm được tái chế,

hòan lưu với chi phí là $r = 125 đ/gmol

A hòan lưu.

hóa, giá thành của R tại điều kiện tối ưu ?

Thí dụ 4.3: A chưa phản ứng được hòan lưu

4.2 Hệ nhiều bình phản ứng

4.2.1 Bình ống mắc nối tiếp và/ hay song

F

4.2 Hệ nhiều bình phản ứng

4.2.1 Bình ống mắc nối tiếp và/ hay song song

 Với các bình phản ứng

ống mắc song song, phân phối dòng nhập liệu sao cho thành phần dòng ra

trong mỗi nhánh là

giống nhau, tức là V/F hay

τ cho mỗi nhánh là giống nhau.

4.2 Hệ nhiều bình phản ứng

4.2.2 Bình khuấy liên tục bằng

nhau mắc nối tiếp

A

i A

A

jk i

A

C j

4.2 Hệ nhiều bình phản ứng

4.2.2 Bình khuấy liên tục bằng nhau mắc

1

k C

4 1

2 1

2 1

2

1

k 2

1

C

A0 A

A0

i

A0 j

Hình 4.8 So sánh sự hoạt động của bình ống với j bình khuấy trộn bằng nhau

mắc nối tiếp cho phản ứng bậc hai , 2A →R; A+B→R với C Ao =C Bo. .Với cùng điều kiện nhập liệu, tung độ cho V j / V ố

Thí dụ 4.4 Bình khuấy mắc

nối tiếp

độ chuyển hóa 90% tác chất A → R theo phản ứng bậc 2

có tổng thể tích bằng bình trước

bao nhiêu?

nhiêu ?

thể tích bằng bình trước

tăng bao nhiêu?

bao nhiêu ?

Giải bằng đồ thị hệ nhiều bình khuấy trộn mắc nối tiếp

viết cho cấu tử A cho bình phản ứng thứ i:  

Hình 4.10 Giải bằng đồ thị hệ nhiều

bình khuấy mắc nối tiếp Hình 4.11 Dạng đường cong theo bất thường

Trên H.4.10 vẽ đường cong (-rA)theo CA

(a) Nồng độ dòng vào CAobiết trước (điểm L)

(b) CA1 và (-rA)1 tương ứng với điểm M trên đường cong.

(c) Hệ số góc của đoạn

Từ L vẽ đoạn thẳng có hệ số góc (-1/1) cho đến khi cắt

đường cong tại điểm M cho ta CA1 Tương tự từ N ta vẽ

đường thẳng có hệ số góc (-1/2) cắt đường cong tại P cho

ta nồng độ CA2

/ A1 / A1 A0 / 1

LM MN NL    r C  C  1 

4.3 Thiết kế cho phản ứng đa hợp

4.3.1 Phản ứng song song

(1) Khảo sát định tính sự phân phối sản phẩm

a1

a2 A 1

2 R

S R

S

a2 A 2

S S

k

a1 A 1

R R

k

C k

k

dC

dC

r

r

C k

dt

dC

r )

(ph

S

A

C k

dt

dC

r (chính)

R

A

2 1

CA được giữ ở giá trị thấp trong suốt quá trình phản ứng :

2) Không dùng dòng hoàn lưu.

3) Tăng áp suất hay giảm lượng khí trơ trong phản ứng pha khí.

a1

a2 A 1

2 R

S R

k

k

dC

dC

r

 a1<a2 phản ứng chính có bậc nhỏ hơn phản ứng phụ,

→tạo thuận lợi cho phản ứng chính: CA thấp trong bình phản ứng lớn.→ chi phí phân tách sản phẩm phụ S

 a1>a2 bậc phản ứng chính lớn hơn bậc của phản ứng phụ

→ sử dụng bình phản ứng khuấy trộn hoạt động gián

đoạn hoặc thiết bị phản ứng dạng ống.

 a1= a2 → sự phân phối sản phẩm chỉ phụ thuộc vào k1, k2

không phụ thuộc vào loại thiết bị phản ứng.

a1

a2 A 1

2 R

S R

k

k

dC

dC

r

Mô hình cho thấy nồng độ của các tác chất cao hay thấp cho quá trình ổn định

Ví dụ 4.5 Giả sử có phản ứng pha lỏng.

1 2

k k

Chi phí tác chất tương đối cao, tuy nhiên chi phí phân tách tác chất ra khỏi sản phẩm là thấp Ngoài ra kìm hãm sự thành lập S,

U là quan trọng hơn là có bình phản ứng nhỏ vì chi phí phân tách

S, U cao và chi phí tác chất lớn Đề nghị mô hình hệ thống để

sản xuất R,T

Ví dụ 4.5 Giả sử có phản ứng pha lỏng.

, , , , ,

4.3 Thieât keâ cho phạn öùng ña hôïp

4.3.1 Phạn öùng song song

(2) Khạo saùt ñònh lượng söï phađn phoâi sạn phaơm

 : lă phần tâc chất A phản ứng tại thời điểm bất kỳ để tạo thănh R, được gọi lă hiệu suất nhất thời tạo thănh R

CA thay ăöíi nïn  thay ăöíi theo Ăõnh nghôa , lađ phíìn cuêa

tíịt caê A ăaô phaên ûâng taơo thađnh R, ặúơc goơi lađ hiïơu suíịt töíng quaât taơo thađnh R.

Thiết bị phản ứng dạng ống

Af f

0 f 0 f A0

C R

4.3 Thiết kế cho phản ứng đa hợp

4.3.1 Phản ứng nối tiếp

(1) Khảo sát định tính sự phân phối sản phẩm

Khảo sát định lượng: thiết bị dạng ống hoặc bình khuấy hoạt động gián đoạn

1 0

k k





Khảo sát định lượng: bình khuấy trộn hoạt động ổn định

Hình 4.18 Nồng độ tương đối của các cấu tử trong phản ứng nối tiếp A   k 1 R k 2 S