NHAU MÁC NỔI TIẾP
8.3. HE THONG THIET BI PHAN UNG GỒM IMR VÀ PER MÁC HỒN HOP
8.3.1. Mắc nối tiếp
Xét một hệ thống gồm 1 IMR mắc nối tiếp với 1 PER và tiếp đó mắc nối tiếp với 1 IMR theo sơ đồ:
a x=0c, <V
& li
oT KC
Ta có:
(8.9) (8.10) (8.11)
x
Hinh 8.2. Biểu diễn bằng đồ thị quy trình tính toán trong hệ thống.
thiết bị phản ứng mắc nối tiếp.
Hóa kỹ thuật 149 Cỏc mối tương quan trờn thể hiện bằng sơ dử được nộu ở hỡnh 8.2. So dộ nay cho phép dự doán độ chuyển hóa chung đạt được đối với toàn bỏ hé thống thiết bi phản ứng, cũng như độ chuyển hóa trung gian đạt được sau từng thiết bị phản ứng riêng biệt. Các giá trị vẻ độ chuyển hóa trung gian này rất cẩn thiết để xác định các đặc tính kỹ thuật tường ứng của các thiết bị trao đổi nhiệt được lắp vào hê thống thiết bị phản ứng.
8.3.2. Mác song song
Trong hệ mắc song song người ta đưa ra các quy tác chung sau đây để đảm bảo công suất của hệ thống thiết bị phản ứng đạt tối đa
a. Dòng chảy cấp liệu trong các nhánh song song cần phải được điều chỉnh thế nào để khi gặp nhau chúng có cùng thành phần
b. Đối với các phản ứng mà đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nồng độ có dạng lồi, ví dụ các phản ứng có bậc lớn hơn 1, thì hệ thống phải
được sắp xếp thế.
như đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nồng độ có dạng lõm thì hệ thống phải được sắp xếp thế nào để nồng độ chất phản ứng giữ dược càng thấp
o để nồng độ của các chất phản ứng giữ được càng cao càng tốt. Nếu.
càng tốt
8.4, CAC PHAN UNG TU XUC TAC
Các phản ứng tự xúc tác xứng đáng giành được sự chú ý đậc biệt, vì trong trường hợp này tốc độ phản ứng bị ảnh hưởng bởi cả các chất tham gia phản ứng và các sản phẩm phản ứng
8.4.1. Sự xem xét định tính
Khi chất phản ứng được chuyển hóa theo phương trình tốc độ của phản ứng bac 1
hay bậc 2 thì phản ứng xảy ra nhanh ở giai đoạn đầu tiên, khi nồng độ chất phản ứng là lớn. Tốc độ phản ứng sẽ giảm dần cùng với sự giảm nồng độ chất phản ứng. Trong phản ứng tự xúc tác thì tốc độ phản ứng ở giai đoạn đầu là thấp bởi vì lúc đó sản phẩm phản ứng còn ít. Tốc độ phản ứng sẽ tăng dần cùng với sự tạo thành sản phẩm và đạt đến giá trị cực đại. Sau đó tốc độ phản ứng lại giảm dân cùng với sự giảm nồng độ chất phản ứng. Sự biến đổi này của tốc độ phản ứng được biểu diễn trên đỏ thị ở hình 8.3.
150 Chương 8. Hệ thống các thiết bị phản ứng
'Quá trình phản ứng
3 2 1 &
Trang thai Trang thái Trang thái
cuối có tốc độ phản đầu
ứng cực đại
Hình 8.3. Sự phụ thuộc tốc đỏ phản ứng vào nông độ đối với các
phản ứng tự xúc tác.
8.4.2. Sự xem xét định lượng
Xét một phản ứng xảy ra ở điều kiện tỷ khối của hỗn hợp phản ứng không đổi
(e=0):
A+RSR+R hoặc A->R với phương trình biểu diễn tốc độ phản ứng:
TrA=+ ws ERCC y= RC (Cy Ca)
í
với Cụ=CA+Cạ = Cant Cro
Điểm cực trị của tốc dộ phản ứng được xác định bằng cách lấy vi phân phương, trình trên và cho bằng không, tức là
CA) = ak€,#(C,— Cụ ~rkC/ (Cụ = C, aC,
hoặc: aCy=rC,
Để xác nhận rằng điểm cực trị đó là cực đại (ứng với điểm 2 trên hình 8.3) phải tiếp tục lấy vi phân bậc 2 và xác định giá tị của nó tại điểm ứng với Cạ/C„= r⁄a. Dễ dàng nhận thay rằng giá trị đồ sẽ nhỏ hơn 0.
151
Bảng 8. so sánh hoạt động của các thiết bị PER và IMR ở những nồng độ khác nhau đối với phản ứng tự xúc tá
Bảng 8.1. So sánh tính hiệu quả của các thiết bi IMR va PER khi tiến hành các phản ứng tự xúc tác
Điều kiến Thiết bị hiệu quả hơn Nhận xét
CC, > alr IMR Xây ra ở nồng độ cao của chất phán ứng
CỤC, = ai Cả hai thiết bị hiệu quả như nhau — Thành phần ứng với tốc độ phản ứng đạt giá trị lớn nhất
Xây ra ở nồng độ tháp của chất phản
C,JC, < ứlr PFR (RẺ
Một thiết kế tối ưu cho các phản ứng tự xúc tác có thể bao gồm việc tiến hành chúng ở giá trị độ chuyển hóa trung gian (ứng với tốc độ phản ứng dat gid tri cao nhất), cùng với việc tách loại và quay vòng các chất chưa phản ứng. Bảng cách như vậy có thể tan dụng được ưu thế của việc phản ứng xảy ra nhanh ứng với độ chuyển hóa nói trên.
Như vậy đối với các phản ứng kiểu này thì thiết bị IMR thường tỏ ra hiệu quả hơn, điều này ngược lại với các phản ứng thuộc những dạng khác.
Mặc dù các phản ứng đồng thể tự xúc tác không nhiều, nhưng trong thực tế tồn
tại nhiều phản ứng mang những nét đặc trưng của loại phản ứng đó. Ví dụ, xem xét một
phản ứng tỏa nhiệt (như kiểu phản ứng oxy hóa), ở đó các chất phản ứng được đưa vào
thiết bị ở nhiệt độ quá thấp để có thể phản ứng được. Ở phản ứng kiểu này (còn được gọi là phản ứng tự cung nhiệt - autothermal) thì nhiệt lượng được sinh ra do phản ứng có thể được xem là sản phẩm phản ứng và chính nhiệt lượng này duy trì phản ứng. Như vậy khi tiến hành loại phản ứng này trong thiết bị IMR thì phản ứng sẽ tự duy trì vì nhiệt lượng do phản ứng tạo ra có thể đủ để nâng nhiệt độ của các cấu tử mới đưa vào đến nhiệt độ mà phản ứng có thể xảy ra.
153
Chương 9