Chapter 4 ap dung phuong trinh thiet ke

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:
1. Thể tích thiết bị phản

ứng
2. Sự phân phối sản
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

Sử dụng trực tiếp phương
trình thiết kế
 Sử dụng giản đồ (hình 4.1)




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

C B0
M 
1
C A0
 C A0 V 
M  XA
1

 M 1 

ln
, M 1
 FA0  M 1 k C A0 (M  1) M(1  X A )
 C A0 V 
XA
1


 M 1 

, M 1
 FA0  M 1 k C A0 (1  X A )



(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
 C A0 V 
XA

 M 1 

, M 1
 FA0  M 1 k C A0 (1  X A ) (M  X A )
 C A0 V 
1
XA

 M 1 

,
2
 FA0  M 1 k C A0 (1  X A )

M 1

Thí dụ 4.1. Phản ứng A + B → sản phẩm

(-rA) = (500 l/ mol.ph) CA. CB

Bình ống Vo = 0,1 lít; v = 0,05 l/ph

CA0 = CB0 = 0,01 gmol/ lít
a) Xác định XAf ?
b) Cùng năng suất và XAf , tìm Vk ?
c) Cùng năng suất, tìm XAf nếu có Vk
= Vo
Nếu CB0 = 0,015 gmol/ lít, CA0 = 0,010
gmol/ lít
d) Với cùng v, tìm XAf cho bình ống ?
e) Với cùng XAf ban đầu, tìm tỷ lệ gia
tăng năng suất?


Thí dụ 4.2. Tìm điều kiện
tối ưu A → R
100 gmol R/h được sản xuất từ dd

bão hòa A (CA0 = 0,1 gmol/ l).
rR = (0,2 h-1)CA
$A = 500 ñ/mol A
$ b = 10 đ/h.l

A không phản ứng được thải bỏ
Tìm thể tích, suất lượng, độ

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


Thí dụ 4.3. Tìm điều kiện
tối ưu A → R
 Giả sử A không phản ứng trong

dòng sản phẩm được tái chế,
hòan lưu với chi phí là $r = 125 đ/gmol
A hòan lưu.
Tìm thể tích, suất lượng, độ chuyển
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
song

V

FA0

X Aj

dX A

 rA 
0

j bình phản ứng ống mắc nối
tiếp có tổng thể tích V sẽ
cho độ chuyển hóa bằng độ
chuyển hóa trong một bình
phản ứng có thể tích V


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.

4.2.2. Bình khuấy liên tục bằng
nhau mắc nối tiếp
(1) Phản ứng bậc một

(hình 4.7)

Cân bằng vật chất
cho bình i

i 

C A 0 Vi
FA 0

Vi C A 0 (X A i  X A i  1 )
 
v
( rA )

CA i  1

1  ki

CA i

Vì thời gian thể tích  giống nhau cho j bình khuấy

C A j 1
C A 0 C A1
1



.
.....
(1  k i ) j
C A j 1  X A j C A1 C A 2
CA j

CA 0


j   C A 0
 jk  ji  
k   CA j








1

j



 1





1
k

Thiết bị bình ống: ư  ln

CA 0
CA

Hình 4.7. So sánh sự hoạt động của bình ống với j bình khuấy trộn bằng nhau
mắc nối tiếp cho phản ứng bậc một . A→R; A=0. Với cùng điều kiện nhập liệu,
tung độ cho Vj/Vống


4.2. Hệ nhiều bình phản ứng
4.2.2. Bình khuấy liên tục bằng nhau mắc
nối tiếp

(2) Phản ứng bậc hai
(hình 4.8)

1 

C Aj 
  1  2  1...  2  1  2 1  4 C A0 k  i  i 1  j
2 k j 

C A0

 1  C A0 k
CA


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 CAo=CBo..Với cùng điều kiện
nhập liệu, tung độ cho V j/ Vố




Thí dụ 4.4. Bình khuấy mắc
nối tiếp

Bình phản ứng khuấy liên tục đạt
độ chuyển hóa 90% tác chất A → R
theo phản ứng bậc 2
 Dự định thay bình này bằng 2 bình
có tổng thể tích bằng bình trước
a) Cùng XAf = 90%, năng súât tăng
bao nhiêu?
b) Năng suất như cũ XAf tăng bao
nhiêu ?
 Mắc nối tiếp 2 bình, mỗi bính có
thể tích bằng bình trước
c) Cùng XAf = 90%, năng súât