Tài liệu Bài báo cáo-thiết bị trong công nghiệp hóa dầu

  • Số trang: 256 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 46 |
  • Lượt tải: 0
quangtran

Đã đăng 3721 tài liệu

Mô tả:

THIẾT BỊ PHẢN ỨNG trong công nghiệp hoá dầu. Ngƣời soạn : PGS,TS Trần Công Khanh. Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội. 3/7/2013 1 I-GIỚI THIỆU VỀ TBPƯ : I.1-Giới thiệu: • • -TBPƢ- hệ thống thiết bị thực hiện các phản ứng hoá học tạo ra sản phẩm của một quá trình sản xuất,do đó quyết định năng suất (do vận tốc phản ứng r ) và hiệu quả (độ chuyển hoá X và độ chọn lọc S) của sản xuất. -Vận tốc phản ứng chuyển hoá chất i: Ri =  dNi / Vdt . (1.1) Trong đó: Ni-Số mol của chất i, dấu cộng là tạo thành (sản phẩm phản ứng), dấu trừ là tiêu hao (chất phản ứng). V-Thể tích của hệ thống Khi thể tích không đổi ta có Ci = Ni / V, do đó pt (1.1) thành: Ri = dCi / dt . (1.2) 3/7/2013 2 • -Độ chuyển hoá của chất i: Xi = (C0 - C1) / C0 = 1 - C1/C0 . • (1.3) Trong đó : C0- nồng độ chất phản ứng i đi vào ( hay nồng độ ban đầu) C1- nồng độ chất phản ứng i đi ra ( hay nồng độ cuối ) • -Độ chọn lọc đối với sản phẩm i: Si = Ci / Cj • j = 1, n (1.4) Trong đó: Ci -nồng độ của sản phẩm i trong hỗn hợp phản ứng . ứng Cj -tổng nồng độ các sản phẩm trong hỗn hợp phản 3/7/2013 3 VỊ TRÍ HỆ THỐNG TBPƢ TRONG SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ Trong sơ đồ công nghệ TBPƢ nằm ở vị trí nhƣ sau : Ng.liệu 1 Ng.liệu 2 Hệ thống chuẩn bị hỗn hợp phản ứng THIẾT BỊ PHẢN ỨNG Hệ thống tách và tinh chế sản phẩm Sản phẩm Nguyên liệu chưa chuyển hoá H.1.1- Lƣu đồ khối của công nghệ sản xuất . Trong đó hệ thống thiết bị chuẩn bị hỗn hợp phản ứng, tách và tinh chế sản phẩm có thể gồm một số lƣợng lớn các thiết bị thực hiện các quá trình chuyển khối và truyền nhiệt nhƣ chƣng luyện, hấp thụ,hấp phụ, trích ly, đun nóng, làm lạnh, ngƣng tụ ...mà sinh viên đã làm quen trong môn học "Quá trình và thiết bị hoá học ". 3/7/2013 4 I.2-Đặc điểm : • - Đa dạng • Do điều kiện phản ứng rất khác nhau: *Nhiệt độ phản ứng có thể từ nhiệt độ phòng đến 800cá biệt có thể đến 1300-15000C. Đồng thời phải có những giải pháp hợp lý cấp hay giải nhiệt phản ứng. 9000C, *Áp suất có thể từ áp suất khí quyển ( 0,1 MPa ) đến 70 MPa. Trong nhiều phản ứng pha khí thƣờng dùng áp suất khoảng 23 MPa để giảm thể tích TBPƢ, tăng cƣờng vận tốc phản ứng và hệ số trao đổi nhiệt với thành thiết bị. Với mỗi áp suất cần có dạng hình học của thiết bị phù hợp : hình ống, hình cầu chịu áp suất tốt hơn hình hộp, mặt phẳng. 3/7/2013 5 • Phản ứng trong thiết bị có thể tiến hành ở các trạng thái pha khác nhau: *Đồng thể: khí, lỏng *Các hệ dị thể khí-rắn, khí-lỏng, lỏng-rắn, lỏng-lỏng *Các hệ ba pha khí-lỏng-rắn, lỏng-lỏng-rắn, khí-lỏng-lỏng ... • Tính đa dạng của TBPƢ còn do từng hãng , trên thế giới có những hãng có công nghệ, xúc tác và hệ thống TBPƢ riêng của mình 3/7/2013 6 ĐẶC ĐIỂM TBPƢ… • -Phức tạp • Do trong TBPƢ các quá trình hoá học ( phản ứng ) và vật lý ( chuyển khối: dòng chảy , khuếch tán, và các quá trình nhiệt: truyền nhiệt, toả và thu nhiệt ) xảy ra đan xen và ảnh hưởng lẫn nhau • Trong đó, các quá trình vật lý thường tuyến tính với nhiệt độ, còn các phản ứng hoá học phụ thuộc vào nhiệt độ ở dạng hàm mũ theo phƣơng trình Arrhénius ( phi tuyến ). 3/7/2013 7 I.3- Phân loại TBPƢ : 1/Theo chế độ làm việc : a/Thiết bị làm việc gián đoạn • • *Chỉ dùng cho pha lỏng . *Các bƣớc của quá trình: nạp liệu, đun nóng, tiến hành phản ứng, làm nguội và tháo sản phẩm, đƣợc thực hiện trong một thiết bị. • Do đó các thông số nhƣ nồng độ, nhiệt độ, áp suất ...thay đổi theo thời gian. • Ví dụ: tiến hành phản ứng trong thiết bị loại thùng có khuấy nồng độ chất phản ứng thay đổi theo thời gian nhƣ hình 1.2. 3/7/2013 8 H.1.2-Mô hình TBPƯ làm việc gián đoạn và thay đổi nồng độ theo thời gian Nồng độ chất phản ứng CA0 Chất phản ứng vào gián đoạn CAt 0 Sản phẩm tháo gián đoạn 3/7/2013 Thời gian t 9 b/Thiết bị làm việc nửa gián đoạn: • • *Chất phản ứng: một chất cho gián đoạn, một chất cho liên tục. • Chất cho gián đoạn thƣờng là chất lỏng, ví dụ chất A. • Chất cho liên tục thƣờng là chất khí hay có thể là chất lỏng, ví dụ chất B. Phản ứng: A + B  C • Với mục đích luôn nghèo chất B trong hỗn hợp phản ứng tránh phản ứng phụ: B + C  D • Hay để vận tốc toả nhiệt của phản ứng phù hợp với khả năng giải nhiệt của thiết bị . 3/7/2013 10 *Nồng độ A và B thay đổi theo thời gian phản ứng nhƣ ở hình 1.3 Nồng độ Chất phản ứng Chất B vào Liên tục CA0 Chất A vào Gián đoạn Số mol NB vào CA t C Bt CB0 Thời gian t H.1.3-Mô hình TBPƯ làm việc nửa gián đoạn và thay đổi nồng độ chất phản ứng trong thiết bị. 3/7/2013 11 • • • c/Thiết bị làm việc liên tục *Đây là loại thiết bị thường gặp trong công nghiệp với qui mô sản xuất lớn. *Trạng thái dừng (steady state ): là trạng thái đạt được của TBPƯ sau khi mở máy một thời gian, ở trạng thái này các thông số của quá trình không thay đổi theo thời gian t ,lúc đó sản phẩm thu được có chất lượng ổn định. Từ khi mở máy đến trạng thái dừng ta có giai đoạn quá độ, thời gian quá độ phụ thuộc vào chế độ dòng chảy trong thiết bị và độ phức tạp của hệ thống TBPƯ. • 3/7/2013 12 • Thời gian lưu trung bình: • Thời gian lƣu thực của chất phản ứng trong thiết bị khác nhau , phụ thuộc vào chế độ dòng chảy. Ta có thời gian lưu trung bình theo định nghĩa sau: tTB = VR / FV Trong đó: tTB -Thời gian lƣu trung bình. [ h ]. VR -Thể tích TBPƢ. [ m3 ]. FV -Lƣu lƣợng của dòng . [ m3 / h ]. 3/7/2013 13 2/Theo chế độ dòng chảy : CA0 *Mô hình đẩy lý tưởng : CAL  L Nồng độ chất phản ứng CCA0A0  CCAL AL 0 LL H.1.4-Mô hình ĐLT và thay đổi nồng độ chất phản ứng trong thiết bị. 3/7/2013 Chiều dài ống phản ứng -Là mô hình dòng chảy trong thiết bị chuyển động tịnh tiến theo thứ tự trước sau như chuyển động của pit-tông trong xi lanh Và do đó nồng độ chất phản ứng thay đổi từ từ, bắt đầu ở đầu vào là CA0 đến đầu ra là CAL như ở hình 1.4 14 *Mô hình khuấy lý tưởng :  -Là mô hình dòng chảy trong thiết bị được khuấy trộn mạnh, chất phản ứng đi vào được trộn lẫn đồng đều ngay tức khắc trong thiết bị, do đó nồng độ chất phản ứng thay đổi đột ngột ở tại đầu vào của thiết bị như ở hình 1.5 3/7/2013 Nồng độ chất phản ứng Chất A vào CA0 Chất A ra CA1 CA0 A1 CCA1 Toạ độ phản ứng H.1.5-Mô hình KLT và thay đổi nồng độ trong thiết bị 15 Mô hình khuấy lý tƣởng… • *Cũng do khuấy trộn nồng độ chất phản ứng trong khắp thiết bị đồng đều và bằng đầu ra là C1. • *Do nồng độ chất phản ứng trong thiết bị thấp (nhất là khi độ chuyển hoá X yêu cầu cao ) nên vận tốc phản ứng thấp và do đó năng suất TBPƯ theo mô hình khuấy lý tưởng thấp hơn đẩy lý tưởng. • Nói một cách khác, để đảm bảo độ chuyển hoá X nhƣ nhau thiết bị theo mô hình khuấy lý tƣởng cần có thể tích VR lớn hơn nhiều so với mô hình đẩy lý tƣởng, đặc biệt khi X yêu cầu cao. 3/7/2013 16  *Để đảm bảo năng suất thiết bị cao với mô hình khuấy lý tưởng hệ thống nhiều thiết bị khuấy nối tiếp được sử dụng như hình 1.6. CA0 CA1 1 CA2 2 CA3 CAn CA(n-1) 3 n CA0 CA1 CA2 CA3 CA(n-1) CAn 0 Toạ độ phản ứng H.1.6-Mô hình hệ thống n thiết bị KLT nối tiếp và thay đổi nồng độ chất phản ứng theo từng thiết bị 3/7/2013 17 • *Ở hình 1.6 nồng độ chất phản ứng thay đổi từng bậc từ đầu vào đến đầu ra của hệ thống, khi n đủ lớn (giới hạn khi n  ) sự thay đổi nồng độ chất phản ứng giống như ở trường hợp đẩy lý tưởng (hình 1.4 ). • Trong thực tiễn công nghiệp số thiết bị n trong hệ thống thƣờng từ 4 đến 10 để ngoài việc đảm bảo năng suất của hệ thống thiết bị còn để phân bố thời gian lưu đồng đều hơn, nhiệt độ có thể điều chỉnh khác nhau ở từng thiết bị và chất phản ứng thứ hai có thể cho vào từ từ theo từng thiết bị theo yêu cầu 3/7/2013 18 3/Theo trạng tháí pha: • *Hệ đồng thể: Cần đƣợc khuấy trộn để đồng đều về nồng độ các cấu tử và nhiệt độ trong thiết bị phản ứng. • *Hệ dị thể: Đối với hệ này cần chú ý tạo bề mặt tiếp xúc pha lớn để tăng cƣờng vận tốc phản ứng. -Hệ dị thể lỏng - lỏng: Cần đƣợc khuấy trộn tốt , tạo nhũ tƣơng có bề mặt tiếp xúc lớn. -Hệ dị thể khí - lỏng: Để đảm bảo bề mặt tiếp xúc pha của hệ này cần khuấy trộn hoặc sủi bọt hoặc dùng đệm rắn có bề mặt riêng lớn. -Hệ dị thể khí - rắn và lỏng - rắn: Bề mặt tiếp xúc pha là bề mặt của chất rắn , do vậy chất rắn ( là xúc tác ) thƣờng là vật liệu xốp có bề mặt riêng lớn hoặc có độ phân tán cao. • Trong công nghiệp cũng hay gặp hệ nhiều pha: khí - lỏng - rắn, lỏng - lỏng - rắn 3/7/2013 19 4/Theo chế độ nhiệt: • *Đoạn nhiệt: • -Không có bộ phận trao đổi nhiệt . -Hay sử dụng vì đơn giản, cho các phản ứng có hiệu ứng nhiệt thấp hay ít nhạy với sự thay đổi nhiệt độ. • *Đẳng nhiệt: • -Thường gặp ở các thiết bị có khuấy trộn tốt. - Trong tài liệu đôi khi gọi thiết bị phản ứng xúc tác khí - rắn dạng ống chùm có bề mặt trao đổi nhiệt lớn là thiết bị tựa đẳng nhiệt, tuy vậy ở thiết bị loại này vẫn tồn tại gradien nhiệt độ theo đường kính và hướng trục ống xúc tác . 3/7/2013 20
- Xem thêm -