Chapter 3 phuong trinh thiet ke

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[.]

Chöông 3: Phöông trình thieát keá

3.1 Cân bằng vật chất & năng lượng tổng quát

phân tố thể tích

(Lượng tác chất nhập vào) -

(Lượng tác chất ra khỏi) -

(Lượng tác chất phản ứng )

= Lượng tác chất tích tụ (biến

đổi)ï

VÀ O

RA

PHẢN ỨNG

PHÂN TỐ THỂ TÍCH (TÍCH TỤ)

04/08/2023 3

2 Cân bằng năng lượng

trường ngòai)

Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke

PHÂN TỐ

THỂ TÍCH

(TÍCH TỤ)

VA

TRAO ĐỔI

Các dạng bình phản ứng khuấy trộn

3.2 Thiết bị phản ứng khuấy

trộn lý tưởng

1 Hoạt động ổn định

 Với: XA0 , XAf là độ chuyển hóa của dòng nhập liệu và dòng sản phẩm

 v là lưu lượng của dòng nhập liệu, m3/s

O.Levenspiel, Chemical_reaction_engineering, 3rd edition

3.2 Thiết bị phản ứng khuấy

trộn lý tưởng

1 Hoạt động ổn định

 Với: XA0 , XAf là độ chuyển hóa của dòng nhập liệu và dòng sản

) X

(X

C )

r (

X

X C

1 C

V F

V

tich gian the

Thoi

:

) 3 3

( )

r (

X

X

C

V

F

V hay

0

t V.

r

t ) X 1

( F

t ) X 1

( F

Af

A0 Af

A0 Af

A0 Af

A0 A0

A0

Af

A0 Af

A0 A0

Af Af

A A0

3.2 Thiết bị phản ứng khuấy trộn lý tưởng

O.Levenspiel, Chemical_reaction_engineering, 3rd edition

Xác định nhiệt độ của dòng sản phẩm để tính vận tốc phản ứng – cân bằng nhiệt

lượng

K : hệ số truyền nhiệt, W/m 2 0 C

0 ) T K.S.(T

H V.

).

r ( C

).

T (T

m hay

0 ) T KS(T

F H

) X

(X C

) T (T

m

f n

r A

p f

0 t

f n

A0 r

A0 Af

p f

0 t

Thí dụ 3.1 : Xác định lưu lượng mỗi

dòng nhập liệu

Phản ứng thuận nghịch pha lỏng sơ đẳng

A + B = R + S với k1= 7 l/mol.ph , k2 = 3 l/mol.ph

V = 120 lít

Hai dòng nhập liệu riêng biệt có lưu lượng bằng nhau:

 Dòng có nồng độ 2,8 mol A/ lít

 Dòng có nồng độ 1,6 mol B/ lít

Độ chuyển hóa của tác chất giới hạn đạt 75%

V=120lite

O.Levenspiel, Chemical_reaction_engineering, 3rd edition

Thí dụ 3.2 : Xác định phương trình vận

tốc cho phản ứng phân hủy pha khí

A → R + S xảy ra đẳng nhiệt trong

bình khuấy trộn họat động ổn định

1-X 1+X

3.2 Thiết bị phản ứng khuấy trộn lý tưởng

2 Hoạt động gián đọan

dt

dX N

V )

r

(

dt

dX N

dt

)]

X 1

( [N

d V

)

r (

dt

dN

V )

r (

0 t

; N

t V.

)

r (

A A0

A

A A0

A

A0 A

A A

A A

Sắp xếp lại và lấy tích phân

A

A0A

A

X

A A0

X

A A0

A A

0

C

A X

0 A

A A0

X

0 A

A A0

) X

(1

r

dX C

)

X (1

V

r

dX N

t

) X (1

V

r

dX C

t const

t







Thí dụ 3.3:

a) Tính thời gian phản ứng

b) Thể tích bình phản ứng khuấy gián

đọan

CH 3 COOH + C 4 H 9 OH→CH 3 COOC 4 H 9 + H 2 O

 100 0 C, xúc tác H 2 SO 4 nồng độ

0,032%k.l

 Nhập liệu: 4,97 mol butanol/mol axit

 Phương trình vận tốc (-r A )= k.C A 2

với k = 17,4 ml/ mol.ph

 ρ = 0,75 g/ml = const

 X Af = 50%

3.3 Thiết bị phản ứng

dạng ống lý tưởng

0 A

A A0

A0

A A

A A

A

A A

A A

A A

) r (

dX

F

V

F

)

r

( dV

dX

0 V

V, Chia

0 V

r X

F hay

0

t V.

r

t )

X X

1 ( F

t )

X 1

(

F

Thí dụ 3.7 : Tính thể tích bình phản ứng ống

4PH 3(k) → P 4(k) + 6H 2(k)

 (-r PH3 ) = (10 h -1 ) C PH3

 X af = 80%

kmol/h phosphin nguyên chất.

Thí dụ 3.5: CH 4 + 2S 2 → CS 2 + 2H 2 S

 Bình phản ứng ống có V = 35,2ml

 Thí nghiệm ở 600 0 C, 1atm thu được

0,10g CS 2 trong 10 ph.

 Suất lựơng ổn định của S 2 là 0,238

mol/h, mêtan là 0,119 mol/h

a) Xác định r CS2

b) Tìm k với (-r A )=kp CH4 p S2 bằng

2 phương pháp

 Phản ứng sơ đẳng k = 5,2 l/ mol.h ở 82 0 C

 Có 2 dòng nguyên liệu có sẵn như sau:

 Dd 15% k.l bicarbonat sodium

 Dd 30% k.l etilen clorhidrin trong nước

Câu hỏi cho bài tập 3.5

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%?

để phản ứng ở cùng điều kiện trên?

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%?

Bài tập 3.1 Phản ứng pha khí

đồng thể

A 3R xảy ra theo bậc 2

 Với lưu lượng nhập liệu là 1.000 l/h A nguyên

chất ở 5 atm và 3500C thiết bị phản ứng thí nghiệm là ống có đường kính 25mm, dài

1.800mm cho độ chuyển hóa đạt 60%.

 Thiết bị phản ứng dùng trong sản xuất để

phản ứng 80m3/h hỗn hợp nhập liệu gồm

50%A và 50% khí trơ ở 25 atm và 3500C đạt độ chuyển hóa 80%

kính 25mm, dài 1.800mm

hay nối tiếp?

Giả sử là ống lý tưởng, không có độ giảm áp, khí lý tưởng

O.Levenspiel, Chemical_reaction_engineering, 3rd edition

O.Levenspiel, Chemical_reaction_engineering, 3rd edition