Thời gian lưu

THỜI GIAN LƯU
1.Thời gian lưu là gì? Phân biệt thời gian lưu và thời gian
phản ứng?

-

-

-

Thời gian lưu
Thời gian phản ứng
- Là thời gian phần tử đó lưu - Là thời gian phần tử đó thực
lại ở trong bình phản ứng, hay hiện quá trình phản ứng.
trong thiết bị bất kì cần khảo
sát.
- Thời gian lưu của một thiết bị
là một đại lượng xác suất.
- Gồm: Thời gian phản ứng và
thời gian lưu chất dịch chuyển.
2.Hàm phân bố thời gian lưu là gì ? Ý nghóa việc khảo sát
hàm phân bố thời gian lưu.
Hàm phân bố thời gian lưu E: là độ đo sự phân bố thời gian lưu
trong bình của tất cả các phân tố của dòng lưu chất rời khỏi
bình. E cũng chính là độ đo sự phân bố thời gian lưu của lưu chất
trong bình.
Ý nghóa việc khảo sát hàm phân bố thời gian lưu:
Dựa trên hàm phân bố thời gian lưu xác định được, ta có thể
đánh giá tương quan về dòng trong thiết bị, các nhược điểm sinh ra
khi thiết kế như vùng tù, dòng chảy tắt… và tìm cách khắc phục
nhờ đánh giá này.

Nghiên cứu thời gian lưu la phương pháp cần thiết để so sánh
thiết bị dựa trên dòng vật liệu, từ đó có thể cải tiến, lập mô
hình tối ưu.
Cũng dựa trên hàm phân bố thời gian lưu ta có thể vận hành
tối ưu và qua đó thiết lập được các thông số, phương pháp điều
khiển cũng như tối ưu hoá quá trình trong thiết bị.
3. Ứng dụng của thời gian lưu trong các quá trình và thiết
bị công nghệ hóa học. Nêu ví dụ.
 Ứng dụng: Các kết quả biểu diễn sự phân bố thời gian lưu
có thể được sử dụng trực tiếp hoặc liên kết với mô hình dòng
chảy để tiên đoán khả năng hoạt động của một thiết bị phản
ứng thực, phương pháp sử dụng tùy thuộc phần lớn trên thiết bị
phản ứng được xem là tuyến tính hay phi tuyến.
Tối ưu hóa các thiết bị trong công nghệ hóa học như thiết bị
hấp thu, chưng cất, vật chêm, thiết bị trao đổi nhiệt….
4.Các loại mô hình dùng để nghiên cứu dòng chảy thực.
Mô hình phân tán
Mô hình bình khuấy mắc nối tiếp
Mô hình tầng lưu hóa.


-

-

-

-

-

-

-

5.Mô tả các hiện tượng có thể xảy ra trong mô hình dãy
hộp.
Cho màu vào:
Ban đầu: màu chỉ có tại một chỗ, màu đậm
Sau đó: màu hòa đều ra khắp hộp và màu nhạt dần.
6.Phân loại thiết bị phản ứng và đặc trưng của từng loại
thiết bị?
 Phân loại theo phương pháp hoạt động:
Bình phản ứng hoạt động gián đoạn : được đặc trưng bằng sự biến
đổi của mức độ phản ứng và tính chất của hỗn hợp phản ứng
theo thời gian.
Bình phản ứng hoạt động liên tục: được đặc trưng bởi mức độ
phản ứng có thể thay đổi theo vị trí nhưng không đổi theo thời
gian.
 Phân loại theo hình dạng của bình phản ứng:
Bình khuấy trộn lý tưởng: được đặc trưng bởi tính chất của hỗn
hợp phản ứng đồng nhất tại mọi vị trí trong thiết bị.
Thiết bị phản ứng dạng ống lý tưởng : được đặc trưng bởi các
phân tố của lưu chất độc lập với nhau, mỗi phân tốc có nồng
độ, nhiệt độ... khác nhau. Các tính chất này thay đổi theo chiều
dài của thiết bị.
 Phân loại theo số pha của hỗn hợp phản ứng:
Thiết bị phản ứng đồng thể: trong đó hỗn hợp phản ứng ở trong
một pha (lỏng hoặc khí)
Thiết bị phản ứng dị thể: trong đó hỗn hợp phản ứng hiện diện

ở tối thiểu trong hai pha.
7.Nguyên nhân sai khác giữa dòng chảy thực và lý
tưởng?
 Điều kiện lý tưởng:
Bình khuấy lý tưởng: quá trình khuấy trộn hoàn toàn.
Thiết bị dạng ống lý tưởng: sự đồng nhất vận tốc theo phương
dòng chảy và không có sự khuấy trộn theo trục.
 Nguyên nhân sai khác giữa dòng thực và dòng lý
tưởng:
Dòng chảy tắt của lưu chất.
Sự tuần hoàn của lưu chất.
Do tạo nên vùng tù trong thiết bị.
8.Các phương pháp đánh dấu. Tại sao thường dùng tín hiệu
xung để nghiên cứu thời gian lưu?
 Các phương pháp đánh dấu:
Tín hiệu vào bất kì.
Tín hiệu vào tuần hoàn.
Tín hiệu bậc.
Tín hiệu xung.


 Ta thường dùng tín hiệu xung để nghiên cứu thời gian
lưu vì: tiện lợi trong sử dụng và sự đồng dạng của tín hiệu đáp
ứng tại đầu ra với hàm phân bố.
Các mối quan hệ giữa F, C, I, E tại thời điểm bất kì :
F+I=1
C=E
F=1–I=

C=E=

-

1)
2)
3)

4)

θ

θ

0

0

∫ Ed θ=∫ Cd θ

dE
dI
=−
dθ
dθ

Trong đó:
C: nồng độ theo thời gian thu gọn của chất chỉ thị trong dòng ra
ứng với tín hiệu kích thích dạng xung tại đầu vào.
F: nồng độ theo thời gian thu gọn của chất chỉ thị trong dòng ra
ứng với tín hiệu kích thích dạng bậc tại đầu vào.

I: độ đo sự phân bố theo thời gian của lưu chất trong bình .
E: độ đo sự phân bố theo thời gian của lưu chất trong bình của
tất cả các phân tố của dòng lưu chất rời khỏi bình.
Các mối quan hệ trên cho thấy các thí nghiệm kích thích đánh
dấu – đáp ứng, với tín hiệu bậc và tín hiệu xung cho ta sự phân
bố thời gian của lưu chất trong bình và trong dòng ra.
9.Các điều kiện chọn chất chỉ thị.
Không được ảnh hưởng và khác biệt với các phân tử tạo nên
tương quan trong hệ.
Các chất chỉ thị phải thích hợp với tính chất của các phần tử
trong hệ (có khối lượng riêng, độ nhớt, hệ số khuếùch tán thích
hợp).
Các loại chất chỉ thị đối với môi trường lỏng có thể là: dung
dịch màu, các chất phóng xạ, các đồng vị phóng xạ ổn định,
các hạt rắn có phát sáng…
10.Tiến trình thí nghiệm.
Theo trình tự sau:
Mở van cho nước lên thùng cao vị cho đến khi có nước trong ống
chảy tràn.
Mở khóa cho nước chảy qua lưu lượng kế vào hệ thống bình
khuấy và chỉnh lưu lượng dòng chảy.
Hệ một bình: khi hệ thống ổn định, cho phẩm màu vào bình 1.
Bấm thì kế (đồng thời với thời gian cho màu vào thiết bị), lấy
gốc thời gian. Dùng ống nghiệm lấy mẫu theo thời gian, sau đó
đem mẫu đi so màu.
Hệ hai, ba, bốn bình: làm giống như hệ một bình, cho phẩm màu
vào bình 1 và lấy mẫu ở bình cuối cùng (từ ống thông nhau cuối
cùng).
11.Cách tính thời gian lưu trung bình và hàm phân bố thời
gian lưu.

 Thời gian lưu trung bình:
n
1
¯t V = ∑ t Vi
n i=1
Trong đó tVi là thời gian lưu của một phần tử bất kỳ i.
∞

¯t V =

∫ c iA (t V )t V .dtV
0

∞

∫ ciA (tV ). dt V

0
Hay:
Với các hàm điểm, ta có:
K

¯t =

∑ ci t i
i =1
K

∑ ci
i=1

K là các khoảng chia bằng nhau.
Thời gian lưu trung bình thể tích:
V
τ = R =¯t
VM
Với VR: thể tích của lưu chất trong bình, lít.
VM: lưu lượng của dòng vào thiết bị, lít/giây.
Nếu chất chỉ thị không đạt tương quan lý tưởng thì phương trình
trên không thỏa mãn (nếu  > ¯t có thể chất chỉ thị bị hấp phụ
vào thành bình hoặc các chi tiết phụ.
 Hàm phân bố thời gian löu::
∞

E(t V )=∫ f (t V )t V .dt V
0

Đối với mô hình dãy hộp:

( )
−

f (t )=1/τ =

1
τ

n−1

( )

. exp −

(n−1 )!

1
τ

12.Các phương pháp tính sai số so với dạng lý tưởng.
1 – Xác định sự phân phối thời gian lưu thực tế từ số liệu thí
nghiệm đáp ứng và tính độ chuyển hóa bằng cách xem dòng
chảy hoàn toàn không khuấy trộn. Mô hình này thích hợp cho
thiết bị dạng ống với chế độ chảy dòng và phản ứng bậc 1.
2 – Mô hình phân tán theo phương trục, xem như trong thiết bị
phản ứng dạng ống có sự khuếch tán theo phương trục, khi đó sự
phân phối thời gian lưu thực tế trong thiết bị được dùng để tính hệ
số khuếch tán theo phương trục, và sau đó dùng giá trị này để
tiên đoán độ chuyển hóa. Mô hình này thích hợp cho thiết bị
phản ứng có chế độ chảy rối.


3 – Mô hình hệ nhiều bình khuấy lý tưởng bằng nhau mắc nối
tiếp. Số liệu thí nghiệm đáp ứng được dùng để xác định số bình
khuấy trong hệ, từ đó tính được độ chuyển hóa.
13.`Nhận xét cách lấy mẫu và cho chất chỉ thị trong bài
thí nghiệm.
 Cách lấy mẫu:
Dùng ống nghiệm lấy mẫu theo thời gian, sau đó đem mẫu đi so

màu. Đối với hệ một bình thì lấy ngay tại bình đó. Đối với hệ
nhiều bình thì cho phẩm màu vào bình 1 và lấy mẫu ở bình cuối
cùng.
 Cách cho chất chỉ thị: cho một lượng chất chỉ thị vào dòng
lưu chất trong khoảng thời gian rất ngắn và khi hệ thống đã ổn
định.