Ebook4u.vn-mo Hinh Cac Thiet Bi Phan Ung

Embed Size (px)

Citation preview

M UThit b phn ng l cc thit b trng tm ca a s cc qu trnh bin i ha hc. Ngi ta nh ngha thit b phn ng l thit b m trong xy ra cc phn ng ha hc, ngha l cc thit b chuyn ha cc cht tham gia phn ng thnh cc sn phm ha hc. Ni dung ch yu ca tiu lun ny l i su vo quy lut v ng dng quy lut gii quyt mt s vn cng ngh, c bit l cc qu trnh phn ng thng gp trong cng ngh ha hc cc hp cht v c v hu c. Sau , chng ta s kho st cc loi thit b phn ng khc nhau c s dng trong lnh vc lc - ho du, trong cng ngh thc phm cng nh s nghin cu nguyn l hot ng, u nhc im ca cc thit b ha hc. Nhng phn ng xy ra trong thit b phn ng khng ch l nhng phn ng ha hc tun theo nhng nh lut v bin i cht thun tu m cn bao gm nhiu qu trnh khc cng xy ra v tc ng qua li ln nhau. Mi qu trnh phn ng u c km theo qu trnh thu nhit hoc to nhit (nhit ha hc). Nhit ha hc ny lm thay i nhit ca phn ng, do nh hng n tc phn ng v cht lng sn phm. Do yu cu v cht lng sn phm cng nh trnh sinh ra nhiu cc phn ng ph to ra cc sn phm khng mong mun, mi phn ng cn thc hin mt ch nhit nht nh v nh vy i hi phi c qu trnh trao i nhit. i vi nhng phn ng d th, qu trnh trao i vt cht gia cc pha cng tun theo c ch ca qu trnh chuyn khi v do cng nh hng n tc phn ng. Ngoi ra, ch thu ng lc trong thit b cng nh hng n qu trnh phn ng.

1

Nh vy, cc qu trnh xy ra trong thit b phn ng l qu trnh tng hp bao gm qu trnh thu lc, truyn nhit, chuyn khi v phn ng ha hc. Bi tiu lun ny c ni dung lin quan v : - Nhit ng ha hc - ng ha hc - Thu lc hc - Cc qu trnh chuyn khi - Cc qu trnh trao i nhit

2

PHN I : THIT B PHN NG I. I CNG I.1 PHN LOI THIT B PHN NG Da vo cch phn loi cc phn ng ha hc m ngi ta phn loi cc thit b phn ng nh sau : I.1.a Theo pha ca h

S trch ly cht rn gin on 1- Thit b trch ly 2- Bnh chng 3- Thit b ngng t 4- Thng cha

Theo bn cht pha : thit b phn ng pha kh, lng hoc rn ; Theo s pha : - Thit b phn ng mt pha (ng th) : pha kh hoc lng, - Thit b phn ng nhiu pha (d th) :3

- thit b phn ng hai pha : kh-lng, lng-lng, kh-rn, lng-rn - thit b phn ng ba pha : kh-lng-rn. Theo trng thi pha : thit b phn ng pha lin tc hoc pha phn tn I.1.b iu kin tin hnh qu trnh

Thit b hp ph vi xch vn chuyn ( Lin tc ) 1- Hp cha cht hp ph 2- Bnh xch 3- Ca kh vo 4- Ca kh ra 5- Ca hi nc vo 6- Ca hi nc ra 7- Ca khi sy kh 8- Ca kh sy kh 9,10- Kh lm ngui I Zone hp ph II- Zone nh III- Zone sy kh IV Zone lm ngui

Theo phng thc lm vic: - Thit b phn ng gin on - Tin tc - Bn lin tc4

Theo iu kin nhit - Thit b phn ng ng nhit - on nhit I.1.c Theo iu kin thy ng

S trch ly nhiu bc cho dng

Theo chiu chuyn ng ca cc pha : - Thit b phn ng xui dng, ngc dng hoc dng cho nhau - Thit b phn ng dc trc hoc xuyn tm Theo ch chuyn ng : - Thit b phn ng dng ng ; - Thit b phn ng khuy trn hon ton - Thit b phn ng nhiu ngn. Theo trng thi tng xc tc : - Thit b phn ng tng xc tc c nh ; - Thit b phn ng tng xc tc di ng ;

5

- Thit b phn ng tng si ; - Thit b phn ng tng xc tc ko theo

I.2 PHN LOI CC THIT B PHN NG THEO PHNG THC LM VIC

Tu thuc vo phng thc lm vic, ngi ta chia thit b phn ng thnh 3 loi :

I.2.a Thit b phn ng gin on :

6

CA (t)

Khuy trn l tng gin on

CA CAo

t1

t2

t

Bin i nng theo thi gian

7

CA Co A

t=0

C C

o A1

(t1 ) (t2 )

o A2

xBin i nng theo khng gian

nh ngha : l thit b phn ng lm vic theo tng m, ngha l cc thnh phn tham gia phn ng v cc cht ph gia (dung mi, cht tr) hoc cc cht xc tc c a tt c vo thit b ngay t thi im u. Sau thi gian nht nh, khi phn ng t c chuyn ha yu cu, ngi ta cho dng thit b v tho sn phm ra. u im : - Tnh linh ng cao : c th dng thit b thc hin cc phn ng khc nhau to ra cc sn phm khc nhau - t chuyn ha cao do c th khng ch thi gian phn ng theo yu cu8

- Chi ph u t thp do t phi trang b cc thit b iu khin t ng Nhc im : - Nng sut thp do thi gian mt chu k lm vic di : i hi thi gian np liu, t nng, lm ngui, tho sn phm v lm sch thit b - Mc c gii ha v t ng ha thp - Kh iu chnh v khng ch qu trnh do tnh bt n nh ca phng thc lm vic gin on - Mc gy c hi hoc nguy him i vi ngi sn xut cao hn do mc t ng ha thp, ngi cng nhn phi tip xc nhiu hn vi cc ha cht Phm vi ng dng : - Ch thch hp vi cc phn xng nng sut nh - Phc v cho mc ch sn xut nhiu loi sn phm khc nhau trong cng mt thit b I.2.b Thit b phn ng lin tc :

9

C

o A

CA

CAThit b khuy trn l tng lin tc

10

CA Co A

t=0

CA tBin i nng theo thi gian

CA CAo

CA xBin i nng theo khng gian

nh ngha : l thit b m trong cc cht tham gia phn ng c a lin tc vo thit b v sn phm cng c ly ra lin tc. Sau thi gian khi ng th nhit , p sut, lu lng v nng cc cht tham gia phn ng khng thay i theo thi gian, thit b lm vic trng thi n nh

11

u im : - C kh nng c gii ha v t ng ha cao - nng sut cao do khng tn thi gian np liu v tho sn phm - cht lng sn phm n nh do tnh n nh ca qu trnh Nhc im :

- Chi ph u t cao, trc ht l do i hi phi trang b cc thit b t ng iu khin m bo tnh n nh ca qu trnh - Tnh linh ng thp, t c kh nng thc hin cc phn ng khc nhau, to cc sn phm khc nhau Phm vi ng dng : thit b phn ng lin tc c s dng thch hp cho cc qu trnh sn xut vi nng sut ln, cht lng sn phm m bo I.2.c Thit b phn ng bn lin tc : nh ngha : l thit b m trong c thnh phn cht tham gia phn ng a vo gin on cn cc cht khc a vo lin tc. Sn phm c th ly ra gin on hay lin tc Phm vi ng dng : c thc hin i vi nhng qu trnh khng c kh nng thc hin theo phng thc lin tc, cn nu thc hin theo phng thc gin on li cho nng sut thp Khi tnh ton thit k thit b phn ng phi da trn yu cu ca sn xut (nng sut v cht lng sn phm). Trn c s cc phng trnh cn bng vt cht v cn bng nhit - l nhng phng trnh ton hc m t quan h gia cc thng s ng hc, nhit ng v cc iu kin thc hin qu trnh vi cc thng s c trng cho kch thc hnh hc ca12

thit b nh th tch, chiu di thit b, thi gian lu, ... t c th tnh ton cc kch thc c bn ca thit b. I.3 NHIM V THIT K THIT B PHN NG Thit k mt thit b phn ng l xc nh kch thc ca thit b t c hiu sut thu sn phm mong mun, ng thi xc nh nhit , p sut v thnh phn ca hn hp phn ng iu kin vn hnh ti cc phn khc nhau ca thit b. Cc s liu cn thit hay cn gi l iu kin thit k bao gm : - Cc d liu ban u ca dng nguyn liu nh : lu lng, nhit , p sut, thnh phn cc cht tham gia phn ng, ... - Ch vn hnh ca thit b : gin on hoc lin tc, on nhit hoc ng nhit, ... - Yu cu v nng sut v cht lng sn phm. Thit k ti u da trn nguyn liu, chi ph ban u, chi ph vn hnh v gi tr thng mi ca sn phm cui cng

I.4 CN BNG VT CHT V CN BNG NHIT TNG QUT I.4.a Cn bng vt cht Cn bng vt cht cho mt tc cht c vit di dng tng qut c th p dng cho bt k mt dng thit b phn ng no. Trong mt phn t th tch V v mt phn t thi gian t, cn bng vt cht dng tng qut l :

13

Hai s hng u tin biu din khi lng tc cht vo v ra khi phn t th tch trong khong thi gian t ; S hng th ba ph thuc vo vn tc phn ng trong phn t th tch V v c dng r.V.t vi r - phng trnh vn tc phn ng ha hc khi khng c tr lc vt l (gradient nhit hoc nng ) S hng th t biu din lng tc cht cn li trong phn t th tch V sau khong thi gian t phn ng ; I.4.b Cn bng nhit Cn bng nhit nhm mc ch xc nh nhit ti mi im trong thit b phn ng (hay ti mi thi im nu thit b hot ng gin on) xc nh ng vn tc ti im . Trong mt phn t th tch V v mt phn t thi gian t, phng trnh cn bng nhit tng qut cho thit b phn ng l :

Dng ca phng trnh (III-1) v (III-2) ph thuc vo loi thit b phn ng v phng php vn hnh. Trong nhiu trng hp, mt hoc nhiu s hng ca phng trnh trn s khng c. Quan trng hn l kh nng gii cc phng trnh cn ph thuc vo cc gi thit v iu kin khuy

14

trn hay khuych tn trong thit b phn ng. iu ny gii thch ngha ca vic phn loi thit b phn ng thnh 2 dng chnh : dng khuy trn v dng ng. II M T MT S DNG THIT B PHN NG NG TH C BN

II.1 Thit b phn ng lin tc i vi dng thit b ny, ta phn thnh 2 loi c bn : II.1.a Thit b phn ng dng ng : Trong thit b phn ng dng ng, nguyn liu c nhp vo mt u ca ng hnh tr v dng sn phm ra u kia

Do thit b dng ny thng hot ng trng thi n nh, khng c s khuy trn theo phng dc trc nn tnh cht ca dng chy thay i t im ny n im khc ch do qu trnh phn ng. V vy, ngi ta gi thit rng trong thit b dng ny, tnh cht ca cc phn t trn cng mt tit din l nh nhau v khng thay i theo thi gian ; Chng ta c s n gin ca thit b phn ng dng ng nh hnh v bn di. T c th biu din s ph thuc ca nng tc cht c xt vo chiu di ca thit b phn ng l mt ng cong lin tc v gim dn t u vo n u ra ca thit b.

15

Thit b phn ng dng ny thng s dng 1 trong 3 loi tng xc tc sau :| tng xc tc c nh, di ng v ko theo. V phng din ng hc, chng ta c th m t thit b phn ng dng ng theo s sau :

16

Phng trnh (III-1) v (III-2) c th c vit cho mt n nguyn th tch V :

i vi phng trnh (III-1) : - S hng th nht l FAo.(1 - xA ).t ; - Nu chuyn ha khi ra khi phn t th tch l x A + xA th s hng th hai l : FAo.(1 - xA - xA).t ; - S hng th ba l (- rA ). V. t ; - S hng th t bng 0 v qu trnh trng thi n nh.

17

V d 1 : Phn ng phn hy pha kh ng th 650oC : 4PH3 (k) P4 (k) + 6H2 (k) y la phn ng bc mt vi phng trnh vn tc l : ( rPH3 ) = (10 h-1 ) CPH3 Tm th tch bnh phn ng dng ng hot ng 650 oC v 4,6 at t chuyn ha l 80% vi lu lng dng nguyn liu phosphin tinh cht ban u l 2 kmol/h. V d 2 : Xc nh th tch thit b phn ng dng ng sn xut 30 000 tn thylne/ nm t qu trnh nhit phn (pyrolyse) tane nguyn cht. Bit :

- Phn ng bc mt, khng thun nghch ;

18

- chuyn ha t 80% ; - Thit b phn ng ng nhit vn hnh 1100oC v 6 at ; - 1000K, hng s vn tc k = 0,072 s-1 v nng lng hot ho ca phn ng l 82 kcal/gmol.

II.1.b Thit b phn ng dng khuy trn l tng C 3 cch vn hnh : lin tc (n nh) , gin on v bn lin tc

- Phn ng bc mt, khng thun nghch ; - chuyn ha t 80% ; - Thit b phn ng ng nhit vn hnh 1100oC v 6 at ; - 1000K, hng s vn tc k = 0,072 s-1 v nng lng hot ho ca phn ng l 82 kcal/gmol.

19

c c trng bng qu trnh khuy trn l hon ton, do hn hp phn ng ng nht v nhit v thnh phn trong tt c cc phn ca thit b v ging dng ra ca sn phm. iu ny c ngha l phn t th tch V trong cc phng trnh cn bng c th c ly l th tch V ca ton thit b. Ngi ta gi thit rng u vo ca thit b phn ng, nng ca tc cht gim mt cch t ngt v ng bng nng ca mi im trong ton th tch ca thit b v nng ca dng sn phm ra. Ta c th biu din s thay i nng ca tc cht t u vo n u ra ca thit b l mt ng gp khc nh sau :

II.1.b.1 Thit b phn ng khuy trn hot ng n nh : Xt trng hp n gin ch c mt dng nhp liu v mt dng sn phm v tnh cht ca cc dng ny khng thay i theo thi gian, nh vy : - Hai s hng u trong phng trnh cn bng l khng i : Lng tc cht nhp vo th tch V ca thit b phn ng l FAo(1-xAo).t v lng tc cht ra khi thit b phn ng l FAo (1-xAf).t ;

20

- V hn hp phn ng trong bnh c nhit v thnh phn ng nht, nn vn tc phn ng l khng i v c xc nh vi nhit v thnh phn ca dng sn phm v bng (-rA ).V.t ; - V thit b phn ng hot ng lin tc v n nh nn khng c s tch t tc cht trong thit b, v vy s hng th t bng 0 ; Vy phng trnh vt cht vit cho thit b phn ng khuy trn hot ng n nh trong khong thi gian t l :

trong : xAo v xAf - chuyn ha ca tc cht trc khi vo thit b v sau khi ra khi thit b ; v - lu lng ca dng nguyn liu (l/h) Nu dng nguyn liu cha cu t A hon ton cha chuyn ha, ngha l xAo = 0 th :

xc nh nhit ca dng sn phm nhm tnh vn tc phn ng, ta tnh phng trnh cn bng nhit cho ton th tch hn hp phn ng V.21

Mun vy, trc ht ta chn trng thi chun (nhit , p sut, thnh phn) tnh enthalpie. - Gi s enthalpie (J/kg) so vi trng thi chun ca dng nguyn liu l Ho v ca dng sn phm l Hf. Gi m l tng lu lng ca dng nguyn liu (kg/s) (cng chnh bng tng lu lng ca dng sn phm). Do vy, s hng th nht v th hai ca phng trnh cn bng nhit s l m.Ho.t v m.Hf.t ; - S hng th ba l nhit trao i vi mi trng bn ngoi c biu din theo nhit mi trng ngoi Tn, nhit ca hn hp phn ng Tf, h s truyn nhit tng qut K v din tch b mt truyn nhit S vi biu thc : K.S (Tn Tf). t - S hng th t bng 0. Vy phng trnh cn bng nhit l :

m.Ho.t m.Hf.t + K.S (Tn Tf). t = 0 Hay : m (Ho Hf.) + K.S (Tn Tf) = 0(IV-4)

Nhit phn ng HR v vn tc phn ng (- rA) khng xut hin trc tip trong (IV-4) nhng nh hng ca cc i lng ny c phn nh trong s sai bit v enthalpie gia dng nguyn liu v dng sn phm theo cng thc : Hf H0 = Cp (Tf To) + (xAf xAo). HR. FAo / m , kJ/kg (IV-5)22

II.1.c Thit b phn ng nhiu ngn c im : - Vn hnh lin tc ; - Gm nhiu ngn, mi ngn c lp cnh khuy khuy trn lin tc v hn hp phn ng s chuyn ng t ngn u n ngn cui nh chy trn. V vy c th xem y l h nhiu bnh phn ng khuy trn lin tc mc ni tip v nng ca tc cht trong mi ngn l nh nhau v gim dn t ngn u n ngn cui. Hay ni mt cch khc chuyn ha ca tc cht trong mi ngn l nh nhau nhng tng dn t ngn u n ngn cui. Nu s ngn tng n v cc th th tch vi ca mi ngn s gim n ti thiu sao cho tng th tch l khng i. Lc , s bin thin nng ca tc cht gia hai ngn lin tip nhau l rt b v ta c th v mt ng lin tc thay cho ng gp khc biu din s bin thin nng ca tc cht t ngn u n ngn cui. Do , dng thit b phn ng ny c xem l dng trung gian gia thit b phn ng dng ng v dng khuy trn lin tc.

23

S :

Ta s xt dng thit b phn ng ny trong phn nhiu bnh phn ng khuy trn lin tc. II.2 Thit b phn ng gin on II.2.a Thit b phn ng khuy trn hot ng gin on : c im : - Trong qu trnh hot ng gin on khng c dng vo v dng ra ; - Cc tnh cht ca hn hp phn ng s thay i : nng ca tc cht gim dn v chuyn ha tng dn theo thi gian .

24

V vy, trong phng trnh cn bng vt cht : - Hai s hng u tin bng khng ; - Lng cht tham gia phn ng trong khong thi gian t l (-rA).V.t ; - Gi NA l s mol A tch lu trong hn hp phn ng trong khong thi gian t ; Vy phng trnh cn bng vt cht c vit l : (-rA).V.t = NA Ta chia c hai v cho t v ly gii hn khi t 0 :

25

Sp xp li v ly tch phn, ta c :

y l phng trnh tng qut xc nh thi gian cn thit t chuyn ha ca tc cht l xA trong qu trnh ng nhit hoc khng ng nhit. Th tch ca hn hp phn ng v vn tc phn ng vn nm trong du tch phn bi v ni chung c hai i lng ny thay i theo thi gian.

Nu th tch ca hn hp phn ng khng i ta c :

26

Cn i vi cc phn ng trong hn hp phn ng thay i th tch t l vi chuyn ha th :

Cc phng trnh (IV-9), (IV-10), (IV-11), (IV-12) u c th p dng cho c trng hp ng nhit v khng ng nhit. Trong trng hp khng ng nhit, ta phi thit lp phng trnh cn bng nhit. Trong trng hp ny : Hai s hng u ca phng trnh bng khng ; Nhit trao i vi mi trng bn ngoi : K.S.(Tn Tf). t ; Nhit tch t trong hn hp phn ng c biu din bng s bin i nng lng theo thi gian do s bin i thnh phn v nhit ca hn hp : - Nhit tch t t s bin i thnh phn l do nhit phn ng v c tnh bng : (HoR).(-rA).V.t ; - Nhit tch t t s bin i nhit T (trong khong thi gian t ) l m.Cp.T vi m - khi lng ca hn hp phn ng Cp - nhit dung ring ca hn hp phn ng Vy phng trnh cn bng nhit c vit l :

27

Ta chia c hai v cho t v ly gii hn khi t 0 , ta c :

III. P DNG PHNG TRNH THIT K thc hin mt phn ng theo nhng iu kin cho trc, chng ta c th dng nhiu loi thit b phn ng khc nhau nh : thit b phn ng dng ng, thit b phn ng khuy trn hot ng lin tc hoc gin on hoc h nhiu thit b phn ng mc ni tip hoc song song. Hai thng s thit k nh hng n tnh kinh t ca qu trnh l th tch ca thit b phn ng v hiu sut thu cc sn phm. Vi mt thit b phn ng c kt cu v th tch thch hp s cho hiu sut thu sn phm chnh cc i, ng thi hn ch lng sn phm ph l cc tiu. Trong chng ny, ta s so snh cc phng n thit k thit b phn ng khc nhau cho thit b n hoc cho h nhiu thit b phn ng.

III.1 SO SNH CC THIT B PHN NG N III.1.a Thit b phn ng khuy trn hot ng n nh v thit b phn ng dng ng vi phn ng bc mt v bc hai Dng phng trnh vn tc tng qut :

28

vi n bin i bt k t 0 3 Vi hai dng thit b phn ng ny, chuyn ha l hm ca lu lng nguyn liu, thnh phn nguyn liu, bc phn ng v h s bin i th tch. Ta tnh thi gian lu i vi thit b phn ng khuy trn hot ng n nh :

i vi thit b phn ng dng ng :

Chia hai phng trnh, v theo v ta c :

29

Nu khi lng ring khng i, th tch s khng i v = 0, ta c :

Phng trnh (V-1) v (V-2) c biu din bng th trn hnh (41). Vi cng nng nguyn liu ban u CAo v lu lng nguyn liu FAo, tung ca gin s cho ta trc tip t s th tch ca hai dng thit b phn ng trn.

Hnh 4.1: So snh hot ng ca TBPU khuy trn hot ng n nh v TBPU dng ng cho phn ng bc n. Vi cng iu kin np liu, trc tung cho gi tr t s Vkh/V

30

III.1.b nh hng ca s bin i t l nng ban u ca tc cht trong phn ng bc hai Vi phn ng bc hai loi : A + B => sn phm , phng trnh vn tc l :

31

Hnh (4-1) cho php ta so snh th tch ca hai loi thit b khi nng ban u ca hai tc cht bng nhau. Tuy nhin trong thc t, nng ban u ca hai tc cht thng khng bng nhau. T l ti u ph thuc vo cc yu t nh : chi ph phn tch sn phm ra khi tc cht cha phn ng, chi ph hi lu tc cht, ... Vi M = CBo / CAo > 1 v = 0 , thi gian lu ca tc cht trong thit b phn ng dng ng l:

Hnh (4-2 ) cho ta so snh s hot ng ca thit b phn ng dng ng vi cc gi tr khc nhau ca CAo, FAo, M v xA vi = 0.

32

Hnh 4.2: TBPU khuy trn hot ng gin on hoc TBPU dng ng. p dng cho phn ng bc 2: A + BSn phm; (-rA)=K.CA.CB , =0, chu nh hng bi t s M=CB0/CA0.Vi cng CA0, NA0, trc tung cho gi tr t s

33

-Vi thit b phn ng dng khuy trn, hot ng n nh :

Hnh (4-3 ) cho ta so snh s hot ng ca thit b phn ng dng khuy trn, hot ng n nh vi cc gi tr khc nhau ca CAo, FAo, M v xA vi = 0. Vi cng iu kin FAo v CAo, tung ca hai hnh (4-2) v (43) cho ta t s ca hai loi thit b. Hnh 4.3: TBPU khuy trn hot ng n nh - p dng cho phn ng bc 2: A + B Sn phm (-rA)=k.CA.CB, =0 chu nh hng bi t s M=CBo/CAo Vi cng CAo, NAo trc tung cho gi tr t s VM1/VM=1 hay M1/ M=1

34

III.2 H NHIU THIT B PHN NG III.2.a Thit b phn ng dng ng mc ni tip v / hoc mc song song III.2.a.1 Mc ni tip Xt j thit b phn ng dng ng mc ni tip v gi x1, x2, ...,xj l chuyn ha ca tc cht A khi ri khi thit b phn ng 1, 2, ..., j.35

T cn bng vt cht da trn lu lng mol ca A vo thit b phn ng u tin, ta vit c cho thit b phn ng th i :

Vi j thit b mc ni tip :

Nh vy, vi j thit b phn ng dng ng mc ni tip c tng th tch l V s cho chuyn ha ng bng chuyn ha trong mt thit b phn ng dng ng c th tch V.

III.2.a.2 Mc song song i vi cc thit b phn ng dng ng mc song song, s phn phi nguyn liu phi m bo sao cho thnh phn ti mi nhnh l ging nhau, ngha l t s V/F hay thi gian lu mi nhnh l bng nhau. Nh vy, vi j thit b phn ng dng ng c th tch l Vi (i = 1 j ) mc song song s cho chuyn ha ng bng chuyn ha trong mi36

thit b phn ng v lu lng ca tc cht np vo h thit b phn ng s bng tng lu lng u vo ca cc tc cht ca j thit b phn ng. III.2.b Thit b phn ng khuy trn bng nhau mc ni tip (thit b phn ng nhiu ngn) Xt j bnh phn ng khuy trn bng nhau mc ni tip. Gi s = 0

III.2.b.1i vi phn ng bc mt

Phng trnh cn bng vt cht cho bnh phn ng th i vit cho cu t A l

Vi thi gian lu l ging nhau cho tt c j bnh phn ng khuy trn c th tch Vi bng nhau. Do :

37

Vit cho c h vi j bnh phn ng khuy trn :

i vi h thit b phn ng dng ng :

T cc phng trnh trn, ta c th so snh hiu qu hot ng ca j bnh phn ng khuy trn mc ni tip vi mt thit b dng ng hoc mt bnh khuy trn ring l. Kt qu c trnh by trn hnh (4-7) cho phn ng bc mt v khi lng ring ca h bin i khng ng k ( = 0 ) T cc phng trnh trn, ta c th so snh hiu qu hot ng ca j bnh phn ng khuy trn mc ni tip vi mt thit b dng ng hoc mt bnh khuy trn ring l. Kt qu c trnh by trn hnh (4-7) cho phn ng bc mt v khi lng ring ca h bin i khng ng k ( = 0 )

Hnh 4.7: So snh s hot ng ca TBPU dng ng vi N bnh khuy trn bng nhau, mc ni tip cho phn ng bc mt: A R, = 0. Vi cng iu kin np liu, tung cho VNkhtr/V

38

III.2.b.2 i vi phn ng bc hai Vi phn ng bc hai loi hai phn t (M = 1), chng minh tng t nh trn cho j bnh khuy trn mc ni tip :

Vi thit b dng ng :

39

Kt qu c biu din trn hnh (4-8) Hnh 4.8 : So snh s hot ng ca TBPU dng ng vi N bnh khuy trn bng nhau, mc ni tip cho phn ng bc hai: 2A R, A + B R, CAo = CBo .Vi cng iu kin np liu, tung cho VNkhtr/V

40

IV HIU NG NHIT xc nh iu kin ti u cho vic thc hin mt phn ng, ta xt s nh hng ca loi thit b v th tch thit b n chuyn ha. Sau y, ta s xt nh hng ca nhit n qu trnh phn ng.

u tin, ta cn bit nhit nh hng nh th no n hiu sut, vn tc phn ng v s phn phi sn phm. T gip ta xc nh khong bin thin nhit ti u : - theo thi gian i vi thit b phn ng hot ng gin on - theo chiu di i vi thit b phn ng dng ng - hoc t thit b phn ng ny sang thit b phn ng khc trong h thng cc thit b phn ng mc ni tip

IV.1 KHI NIM V HIU NG NHIT - Trong phn ng thu nhit : nhit gim khi chuyn ha tng tr khi ta thm vo h thng mt lng nhit ln hn lng nhit do phn ng hp thu. Do vic gim nng tc cht khi chuyn ha tng v gim nhit nn khin cho vn tc phn ng gim. Nh vy, chuyn ha trong thit b phn ng hot ng khng ng nhit s nh hn khi hot ng ng nhit. Khi thm nng lng vo s hn ch s gim nhit v do hn ch s gim chuyn ha.

41

- Trong phn ng to nhit : nhit tng khi chuyn ha tng. Khi chuyn ha cn thp, s tng vn tc phn ng do tng nhit ln hn s gim vn tc phn ng do gim nng tc cht. Thng thng chuyn ha s ln hn cho qu trnh ng nhit. Tuy nhin, phn ng ph v cc yu t khc s gii hn nhit cho php. - S tng vn tc trong qu trnh phn ng to nhit b hn ch do gii hn ca chuyn ha. Gii hn ca chuyn ha ca phn ng khng thun nghch l 100%. Khi gii hn ny t c th nng tc cht v vn tc phn ng s bng khng bt k nhit no. Nh vy, ng biu din vn tc theo chuyn ha cho phn ng to nhit hot ng on nhit c im cc i nh hnh 6-1 di y. Hnh 6-1 : S ph thuc ca vn tc phn ng theo chuyn ha trong iu kin on nhit

IV.2 THIT B PHN NG KHUY TRN HOT NG N NH Thit b phn ng khuy trn hot ng n nh nn nhit khng i vn tc phn ng l hng s. Kt hp gii 3 phng trnh : vn tc phn ng,

42

cn bng vt cht v cn bng nhit, ta s xc nh c nhit v thnh phn ca hn hp phn ng khi ra khi thit b phn ng.

iu kin hot ng n nh cho thit b phn ng khuy trn Gi s ta xt mt phn ng khng thun nghch, to nhit, bc mt xy ra trong mt thit b phn ng khuy trn on nhit. Nu khi lng ring ca hn hp phn ng khng i, t phng trnh cn bng vt cht ta chng minh c :

Nu biu din theo nhit , ta c :

vi E - nng lng hot ho Cn bng nhit cho qu trnh on nhit i vi thit b phn ng khuy trn :

43

Thng th nhit phn ng thay i rt t theo nhit nn phng trnh (6-3) gn nh biu din mi quan h tuyn tnh gia xA v Tf - T0. Vi mt thit b phn ng v phn ng cho trc, nhit lm vic v chuyn ha ca dng sn phm ra c xc nh bng cch gii ng thi cc phng trnh (6-2) v (6-3). Li gii c th cho cng lc 3 giao im A, B, C nh trn hnh 6-2 Chng ta bit rng iu kin lm vic n nh khng th c nhng nhit khc nhau. Gi s nhit u thp hn nhit ti A, T1 chng hn. chuyn ha theo (6-2) c xc nh l xA1. Nng lng to ra ti xA1 s lm tng nhit n T2. chuyn ha tng ng vi T2 s l xA2 theo (6-2). Qu trnh un nng hn hp ny xy ra cho n khi t n im A. Nu nhit ban u cao hn im A v nm gia A v B, vn tc phn ng qu nh t n iu kin n nh, do hn hp phn ng s ngui v im A. Nu nhit ban u cao hn im B v nm gia B v C, qu trnh s din bin tng t nh trng hp nhit ban u thp hn im A hn hp t n im C. Nu nhit ban u cao hn im C, hn hp phn ng s b lm ngui tr v im C. Nh vy, ta nhn thy rng im B khc vi im A v C. Mt sai lch nh ra khi B, h thng s khng tr v B. Trong khi , mt sai lch nh ra khi A v C, h thng s t iu chnh tr v hai im iu kin ti44

A v C l iu kin hot ng n nh bn, iu kin ti B l iu kin hot ng khng bn

Hnh 6-2 : S thay i chuyn ha vo nhit trong thit b phn ng khuy trn hot ng on nhit IV.3 THIT B PHN NG DNG NG i vi thit b phn ng dng ng iu kin lm vic n nh, khng c gradient nhit theo phng bn knh v s khuych tn nhit theo phng trc vi qu trnh on nhit.

Vi phn ng to nhit thun nghch xy ra trong thit b phn ng dng ng : Khi tng nhit s lm tng vn tc phn ng thun nhng

45

ngc li s lm gim chuyn ha ti a c th t c. Do vy, ti nhng im gn u vo thit b phn ng, chuyn ha ca tc cht cn rt b so vi chuyn ha cn bng. tng vn tc phn ng, ta s tin hnh nhit cao. Ti nhng im gn u ra ca thit b phn ng, chuyn ha ca tc cht gn t n gi tr ca chuyn ha cn bng s dng nhit thp t c chuyn ha cao nht. Do , trong trng hp ny qu trnh c thc hin vi nhit gim dn t u vo n u ra. gii bi ton trong trng hp ny, ta kt hp gii phng trnh cn bng vt cht v phng trnh cn bng nhit cho thit b phn ng dng ng. Phng trnh cn bng vt cht :

IV.CH THY NG TRONG THIT B PHN NG H NG TH

46

Trong khi trin khai tnh ton v thit k thit b phn ng th thng phi a ra cc iu kin gi nh nh h phn ng l ng th, ch thy ng l l tng v cho php tnh trn cc phng trnh cn bng v cht v nhit m t cho m hnh l tng. Tuy nhin cng c th c nhiu trng hp trong thc t do nhiu yu t tc ng dn n sai lch so vi m hnh l tng lm nh hng ng k n chuyn ha ca cc cht, n tnh cht. n tnh cht ca sn phm v qu trnh trao i nhit.Trong phn ny s xt n cc m hnh thit b phn ng c ch thy ng thc, c ngha c s sai lch so vi ch l tng hay cn gi l m hnh thit b thc. Nguyn nhn dn n sai lch gia ch thy ng thc v l tng trong thit b phn ng l do nhng yu t quan trng sau : - Thit k thit b, kt cu khng ph hp nh hng n qu trnh khuy trn hay thi gian lu cc dng vt cht trong thit b - Tnh c th ca h phn ng, nh thay i nht, thay i tnh cht trong qu trnh phn ng. - Xut hin Gradient nhit trong vng phn ng, c bit l Gradient nhit theo phng trnh bn knh trong thit b dng ng s to nn dng i lu nhit. Cc hin tng thng gp trong thit b phn ng thc bao gm :1. Vng cht.

- Vng cht l mt phn th tch hn hp phn ng khng c khuy trn hay vng ng yn trong thit b y dng ng, c ngha l vng ny khng hoc t tham gia vo cc qu trnh trao i cht. Vng cht sinh ra c th do cch kt cu trong thit b, hnh dng ca thit b, cnh khuy cng nh cch b tr chng trong thit b.

47

(chn hnh) Chnh lch nhit qu ln gia thnh thit b hay cc kt cu vi vng phn ng l nguyn nhn gy ra chnh lch nht cao cng to ra nhng vng cht. ngn chn to thnh vng cht trong thit b khuy trng cn phi ch n hnh dng, kch thc ca thit b, b tr v chn cch khuy s vng quay hp l. 2.on dng hay dng chy qua - L mt phn ca dng vt cht a vo thit b ch khng tham gia vo qu trnh bin i ha hc. on dng thng gp trong cc thit b lm vic lin tc. i vi thit b khuy trn, nguyn nhn sinh ra on dng l do b tr ca np nguyn liu vo tho sn phm khng hp l vi cng khuy trn. Trong thit b dng thp c lp xc tc th c th do b tr lp xc tc, cc ht xc tc c kch thc khng nh nhau l nguyn nhn gy ra on dng

3.Profil vn tc trong thit b dng ng. Tt c cc qu trnh thy lc u lin quan vi qu trnh to thnh profil vn tc trn tit din ng, hay ni cch khcl profil vn tc ph thuc vo cc iu kin thy lc. Profil vn tc trong ng c th l chy dng, chay xoy hay y l tng/

48

y ta thy ch d chy xoy c profil vn tc gn vi profil vn tc ca ch y l tng, cn profil vn tc ca ch chy dng th khc xa vi ch y l tng. Tuy nhin trong mt thit b c th tn ti cc ch thy ng khc nhau do nh hng ca nhit , nht ca hn hp phn ng hay do nh hng ca phn b lu lng ch, tr lc trong thit b v..v..V d nh trong mt thit b phn ng dng tho c lp xc tc nh mt lp m. trn cng c b phn phn phi u cht lng troe tit din ca thp. Thc cht khi chy qua lp xc tc ta s thy hin tng tit din trn cng c tc dng gia thp l ln nht.

Nhng ngc li, cng xung pha di th profil vn tc cng dn ra thnh thp v tit din di cng do dng chy bin nn tc dong chy st thnh thp li l ln nht. Hin tng ny cng nh hng n qu trnh chuyn ha hay trao i cht. Nguyn nhn c th do np nguyn liu khng n nh hay khi lng ca lp xc tc khng ng u trn mi tit din ca thp. Cc yu t nh hng n ch d thy ng trong thp cn c th do cchxp t lp xc tc , c tnh b mt, tnh cht ca lp xc tc hay lp m v tit din ca thit b. Trong thc t c nhiu yu t tc ng n ch d thy ng trong thp, chng hn ch nhit thay i cng lin quan n ch thy ng v qua nh hng ti chuyn ha cc cht . c c m hnh miu t thit b lm vic thc thng phi xc nh c cc nh hng c th o c, trn c s phn tch cc nguyn nhn v kt hp chng li trong m hnh sao cho n gin m vn th hin c thc cht qu trnh x ra trong thit b.

49

V.1. M hnh thit b khy trn lin tc vi dng cht Trong trng hp ny ta c th hnh dung th tch phn ng s bao gm hai vng r rang. Vng th tch VR1 c coi nh vng t mc khuy trn l tng v tham gia vo qu trnh bin i cht. Ngc li vng th tch VR2 th gn nh khng c qu trnh trao i cht vi vng VR1 v v th coi nh vng cht.

Nh vt i vi th tch VR1 c th s dng m hnh ca thit b khuy trn lin tc l tng cho h thng ng th v phng trnh miu t s l : Njo - njo + vij ri VR1 = 0 Nu a thng s = VR1/VR2 vo phng trnh ta s c : Njo- njo + VR1Vijri = 0 c gi l thng s vng cht v c xem nh bc t do ca m hnh thit b khuy trn lin tc miu t cc iu kin thc trong thit b mt cch ph hp. V.2. M hnh thit b khuy trn lin tc vi dng chy qua ( on dng ) - Trong trng hp ny ta c th tng tng on dng xut hin trong thit b khuy trn lin tc khi lu lng dng np vo thit b s chia lm hay thnh phn V1 v V2. ng thi dng V1 s c phn b u trong vng phn ng th dng V2 cha mt phn cc cht ban u i t v tr np sang ca tho sn phm khng tham gia vo qua trnh bin i cht.50

Gi thit : - Th tch ca dng chy qua l rt nh c th b qua - Trong dng on khng c phn ng.-

Gia dng on v vng phn ng khng c trao i cht v trong vng phn ng VR c khuy trn u v t ch khuy trn l tng

Ta c th m t qu trnh ny theo ba bc sau : Bc 1 : Lu lng th tch V c phn thnh hai phn V1 v V2 V = V1 + V2 Bc 2 : Phn lu lng th tch V1 s tham gia qu trnh chuyn ha theo c ch ca thit b khuy trn lin tc, l tng. Nh vy phng trnh cn bng dng vt cht s l : V1(cjo cj) + vij riVR =0 ( 5.135) Bc 3 : Tng hp c hai dong, dng t thit b phn ng v dng chy qua: V1.cj + V2 .cjo = V. cj Nu dng thng s dng chy qua = (5.137) th V V1= .V V2 = (1-) . V cj = + Cjo (5.138)C j

l nng ca cu t j dng ra ca vng phn ng51

Thay phng trnh ( 5.138) vo phng trnh ( 5.135) ta s c V.( Cjo Cj ) + ViJ .ri VR =0 (5.139)

- Cng tng t phng trnh ( 5.133) , phng trnh (5.139) c xem l m hnh thit b khuy trn thc. Hai phng trnh ny v nguyn l cng khng khc m hnh thit b khuy trn lin tc. Tng hp gia m hnh thc v m hnh l tng l s la chn thng s v thch hp trong thnh phn tc phn ng r ca phng trnh cn bng dng vt cht. V d, thc hin mt phn ng pha lng ng tch v ng th trong mt thit b khuy trn lin tc, n nh c dng chy qua c trng bng thng s Phn ng A+B C Phng trnh tc r = k. CA .CB do c dng chy qua nn tc phn ng r s chu nh hng ca CA CB tc nng A, B trong vng phn ng, c ngha : r = k. cA.cB S dng phng trnh( 5.139) cho trng hp ny , ta c : V( CoA CA ) k. CA .CB .VR = 0 Vi CA = + CoA v CA = + CBo ng thi kt hp vi phng trnh t lng thng qua bc tin trin Y ca phn ng, c ngha : CA = CAo Y CA = CAo Y Thay vo phng trnh ( 5.139) ta s c phng trnh cn bng vt cht cho thit b khuy trn lin tc trong trng hp ny s l : Y.V - k .(CAo - ).( CBo - ) .VR = 0 ( 5.140)

52

Cng tng t nh vy nu phn ng trn xy ra trong thit b khuy trn lin tc co dng cht c trng bng thng s , th t phng trnh ( 5.133) ta c : Njo nj + . VR Vj.ri = 0 NAo nA + .VR.k.CA.CB = 0 V. (CoA CR) + . VR.k.CACR = 0 - Kt hp phng trnh t lng vi CA = CAo Y v CA = CAo Y phng trnh cn bng vt cht vi phn ng trn xy ra trong thit b khuy trn c vng cht s l : Y.V .k.(CoA Y ) (CoB Y ) .VR = 0 (5.141) - Trong phng trnh ( 5.140) v (5.141) c v l hai thng s m hnh cho ch thy ng th trong thit b khuy trn lin tc. Cc thng s ny c ngha ln trong thc t sn xut, ch ra s tng hp khi p dng m hnh l tng xy dng m hnh thc. xc nh cc thng s m hnh v phi da trn c s ng hc phn ng r=f(cj,T) V cc i lng o c nh d chuyn ha UJ, bc tin trin X, Y nng C j, xy dng cc m hnh ton ha tng t phng trnh ( 5.140 v 5.141) cho tng trng hp c th. Khi trong phng trnh ch c hoc l n s, ph thucvo loi hnh phng trnh c th chn cch gii ph hp ( phng pho gii tch, d th hay phng php s) tnh cc thng s m hnh , .V d nh trong trng hp phng trnh 5.141 c th gii theo bc tin trin Y v cc thng s khc nh k, coj, V , VR : = nh . (5.142)

hoc phng trnh (5.142) gii bng phng php th hay gii tch xc

53

V.3. M hnh kt hp - Nh trn phn tch, hin tng to vng cht hay dng chy qua c th xut hin ring r v c lp trong thit b phn ng, nhng cng c th xut hin ng thi v k tip nhau. Nu nh th tch vng cht hay phn lu lng th tch so vi th tch phn ng chim mt t l ng k, khng cho php b qua th trong m hnh phi xt cho c hai trng hp. V d nh m hnh trn hnh 5.35. - Trong trng hp ny ngoi kt hp vi phng trnh t lng cn phi kt hp c phng trnh (5.135) v phng trnh (5.139) V1.(coj cj ) + .VR .ViJ.rj = 0 v V1.(coj cj

) + .VR .ViJ.rj = 0 (5.143)

trong rj l phng trnh tc phn ng c yu t nh hng l thng s dng chy qua hay rj = f( ,cj ).

- Nh vy h (5.143) m t m hnh kt hp, trong c cha hai thng s m hnh. V nguyn tc, s thng s m hnh tng s lm tng tnh linh ng v tng hp ca m hnh i vi nhng qu trnh phc tp. Tuy nhin cng s lm m hnh phc tp hn. Cng tng t nh vy ta c th m t m hnh thc i vi cc loi thit b dng ng c vng cht v dng chy qua ( hnh 5.36).

V. ng dng

54

V.1 My khuy trn: Model SL2 Mixer L my khuy trn vi lc ct dao do hng SILVERSON( Anh)sn xut. y l loi my khuy c bit , n c kh nng khuy trn, nghin ng ha, phn tn v ha tan tt c cc thnh phn c mt h nh tng( lnglng) hoc h huyn ph( lng- rn) to ra 1 sn phm c ng u cao nht m khng cn c thit b h tr no My ny c kt ni vi gi lu ng ngi vn hnh c th d dng nng ln h xung, nhm chn c v tr my khuy trn ti u v d dng di chuyn my ny t thng nguyn liu ny sang thng nguyn liu khc. My c lm bng thp khng r v nha chng n mn c, ha - Chiu cao nng ti a tnh t my : 290 mm - Kch thc: 765Hx 265Wx432D mm - Cng sut tiu th: 75W - Tc trn khuy: 9000 vng / pht. - Th tch khuy trn ti a: 9L ph thuc vo nht v t trng ca dung dch cn khuy v th tch bn cha mu - M lc: 0.1 hp - Ngun in s dng 1 pha. 220V, 50/ 60Hz. - C th ty chn trc khuy , u khuy ty theo ng dng v nhu cu th tch ln

V.2 My sy tng si

55

My ny c dng sy cc loi ht c kch thc t 0,1- 6 mm, v n c dng sy kh nhanh cc loi ht nh t v nguyn liu dng bt ca nhng thnh phm v sn phm trung gian ( bn thnh phm) trong cc nghnh cng nghip dc phm, thc phm, cng ngh nh v ha hc. V.3 My trn hnh mng series CH Khuy trn PU bng my dng (Dispensing machine)

56

Khi qut : My trn loi hnh CH dng rng ri trong cc ngnh trn dng bt , hoc vt liu t , khng ng u v t l ph liu cng c trn u. Phn tip xc vi nguyn liu c ch to bng thp chng r , bnh cho v thng thn trong khe h nh , khi trn khng b mc vo gc cht , hai u trc khuy khng khp kn , khng cho nguyn liu chy ra ngoi , phu khi cho sn phm ra c iu khin bng nt n , rt thun tin . c s dng rng ri trong cc nghnh ch to thuc , ha cht cng nghip , thc phm v nhiu nhng ngnh ngh khc ...

57

- My p thp:

My p sut thp, bm ha cht polyol v isocyanate p sut thp ln u trn, dng cnh khuy khuy trn ha cht. Sau khi phun xong phi dng nc ra (MC-Methylclorua) ra cnh khuy. Tt c nhng thao tc , i vi mt my tt ch l nhng nt bm v bn ch phi nh nhng bm mt vi nt trn bng iu khin my t lm tt c. Mt thit b phun xp p thp tt phi p ng nhng yu cu ti quan trng sau: - u trn tt, gip khuy trn u ha cht cho ra mt (foam) tt, cc t bo mt u trn ton b sn phm mt.

58

- H thng bm tt, gip m bo bm nh lng ng t l ha cht I:P t, ngoi ra n cn gip bm ng lng ha cht cn cho sn phm sau cng. Bm t b hng hc, bo tr. - H thng iu khin d dng, gip thao tc vn hnh nhanh chng, ci t cc thng s n gin. Ngoi cc yu t trn th mt my phun p thp cao cp thng dng b iu khin cm ng, my c th iu chnh nhit ha cht ty theo mi loi ha cht yu cu. C kh nng thng bo cc li hay gp phi (v d ht ha cht, ht nc ra hay cc li khc m mt my bnh thng khng th bo) gip qu trnh sn xut an ton, hiu qu. My p thp tt cho php t nhiu t l ha cht khc nhau, cho ra loi mt cng (rigid) hay mm (flexible) hay bn cng (semirigid) hoc dng n hi (elastomer) ty theo ng dng. u nhc im: u im ca thit b p thp l cho php t c nhiu t l ha cht khc nhau cho nhiu ng khc nhau. ng lng ha cht cn dng cho tng sn phm (v d cn 8 kg ha cht cho sn phm no th ch cn t v nhn nt my s ra ng s kg , rt nhanh chng, m bo mt n u) Mt u tt do khuy trn tt.

59

Nhc im l phi dng nc ra MC sau khi phun xp. 4 My phun xp PU p cao (cao cp) (khuy trn bng p sut cao):

Dng my p cao, bm ha cht polyol v isocyanate p sut cao ln bung trn, ti ha cht khuy trn va chm v phun thng vo sn phm. Ty theo ng dng m u trn c dng thit k ph hp ha cht phun ra mnh hay nh nhng (V d phun panel cn u trn phun mnh, nhng phun nhng sn phm nh nh yn xe th cn u phun nh.) Dng my ny cho php t t l ha cht theo mun cho ra mt cng hay mm, dng n hi hay bn cng ty ng dng. u, nhc im: y l dng my khuy trn hon ho nht, cho php nh lng chnh xc gn nh tuyt i. Ph hp cho sn xut cc sn phm i hi hon ho, chnh xc cao. Tit kim ha cht.60

Sau khi phun, my khng cn dng nc ra nn rt thn thin mi trng. Nhc im duy nht l gi thnh u t cao hn so vi cc loi my khc.

Kt qu phn tch (cng nh th nghim thc t) cho thy dng chy ch yu trong ni l xoy trn ng tm vi thn ni. Nu ch nh vy, hiu qu khuy s rt km. Tuy nhin, ngoi chuyn ng xoy trn, nguyn liu trong ni cn c thnh phn chuyn ng theo phng thng ng (phng Y). Chnh thnh phn ny quyt nh hiu qu khuy trn.61

Ssg thay i kt cu, kch thc cnh v da kt qu Y-velocity ni trn so snh hiu qu khuy ca cc phng n.

62