Bài giảng Kỹ thuật phản ứng - Chương 3: Phương trình thiết kế - Trần Tấn Việt

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật phản ứng - Chương 3: Phương trình thiết kế - Trần Tấn Việt

1. 3.1. Cân bằng vật chất & năng lượng tổng quát 1. Cân bằng vật chất cho một 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 PHẢN ỨNG PHÂN TỐ VÀO THỂ TÍCH RA (TÍCH TỤ) 12/30/2022 Chuong 3 - Phuong trinhO.Levenspiel thiet ke , Chemical_reaction_engineering, 3rd edition2
2. Các dạng bình phản ứng khuấy trộn 12/30/2022 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 4
3. 3.2. Thiết bị phản ứng khuấy trộn lý tưởng 1. Hoạt động ổn định F ( 1 − X ) t − F ( 1 − X ) t − (− r ) V.  t = 0 A0 A0 A0 Af Af V V X − X hay = = Af A0 (3.3) FA0 . CA0 (− rAf ) V  = : Thoi gian the tich  V V 1 X − X C (X − X ) = = = Af A0 → = A0 Af A0 FA0 . CA0 CA0 (− rAf ) (− rAf )  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 12/30/2022 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 6
4. Xác định nhiệt độ của dòng sản phẩm để tính vận tốc phản ứng – cân bằng nhiệt lượng m t (T0 − Tf ) Cp − (X Af − X A0 ) H r FA0 + KS(Tn − Tf ) = 0 hay m t (T0 − Tf ). Cp − ( − rA ). V. H r + K.S.(Tn − Tf ) = 0  mt : suất lượng dòng nhập liệu, kg/s 0  Cp : nhiệt dung riêng dòng nhập liệu (sản phẩm), J/kg. C ΔHr: nhiệt phản ứng, J/mol K : hệ số truyền nhiệt, W/m2.0C S : diện tích bề mặt truyền nhiệt, m2 12/30/2022 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 8
5. 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 Số TN 1 2 3 4 5 τ =V/v ph 0,423 5,10 13,5 44,0 192 XA (với CA0 0,22 0,63 0,75 0,88 0,96 =0,002 mol/l 12/30/2022 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 10
6. 3.2. Thiết bị phản ứng khuấy trộn lý tưởng 2. Hoạt động gián đọan − (− rA ) V. t = N A ; t → 0 dN − (− r ) V = A A dt d [N (1 − X )] dX − (− r ) V = A0 A = − N A A dt A0 dt dX (− r ) V = N A A A0 dt 12/30/2022 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 12
7. Thí dụ 3.3: a) Tính thời gian phản ứng b) Thể tích bình phản ứng khuấy gián đọan CH3COOH + C4H9OH→CH3COOC4H9 + H2O 0 ▪ 100 C, xúc tác H2 SO4 nồng độ 0,032%k.l ▪ Nhập liệu: 4,97 mol butanol/mol axit 2 ▪ Phương trình vận tốc (-rA)= k.CA với k = 17,4 ml/ mol.ph ▪ ρ = 0,75 g/ml = const ▪ XAf = 50% 12/30/2022 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 14
8. 3.3. Thiết bị phản ứng dạng ống lý tưởng F ( 1 − X ) t − F ( 1 − X − X ) t − (− r ) V. t = 0 A0 A A0 A A A hay F X − (− r ) V = 0 A0 A A Chia V, V → 0 dX (− r ) A = A dV FA0 V XAf dX = A FA0 0 (−rA ) 12/30/2022 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 16
9. Thí dụ 3.5: CH4 + 2S2 → CS2 + 2H2S ▪ Bình phản ứng ống có V = 35,2ml 0 ▪ Thí nghiệm ở 600 C, 1atm thu được 0,10g CS2 trong 10 ph. ▪ Suất lựơng ổn định của S2 là 0,238 mol/h, mêtan là 0,119 mol/h a) Xác định rCS2 b) Tìm k với (-rA)=kpCH4.pS2 bằng 2 phương pháp 12/30/2022 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 18
10. Câu hỏi cho bài 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 ở cùng 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%? 12/30/2022 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 20
11. O.Levenspiel, Chemical_reaction_engineering, 3rd edition 12/30/2022 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 22
12. 12/30/2022 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 24