Thiết bị phản ứng trong kỹ thuật môi trường

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 2

I. Phân loại thiết bị phản ứng 2

1.1. Các cách phân loại thiết bị phản ứng 3

1.1.1. Theo pha của hệ 3

1.1.2. Điều kiện tiến hành quá trình 3

1.2. Phân loại thiết bị phản ứng theo phương thức làm việc 3

1.3. Các khái niệm cơ bản 5

1.3.1. Các khái niệm liên quan đến thiết bị phản ứng 5

1.3.2. Phương trình động học của các phản ứng hóa học 8

II. Một số thiết bị phản ứng cơ bản. 8

2.1. Thiết bị phản ứng liên tục 9

2.1.1. Thiết bị ống dòng PER (Plug flow reactor) 9

2.1.1.1. Đặc điểm thiết bị 9

2.1.1.2. Tính toán trong thiết bị ống dòng 11

2.1.2. Thiết bị khuấy lý tưởng liên tục IMR 15

2.1.2.1. Đặc điểm thiết bị 15

2.1.2.2. Tính toán trong thiết bị khuấy lý tưởng liên tục 16

2.2. Thiết bị phản ứng gián đoạn 20

2.2.1. Thiết bị khuấy lý tưởng gián đoạn BR (Batch reactor) 20

2.2.1.1. Đặc điểm thiết bị 20

2.2.1.2. Tính toán trong thiết bị khuấy lý tưởng gián đoạn 22

2.3. So sánh các thiết bị phản ứng đơn giản 25

2.3.1. So sánh các thiết bị phản ứng đơn giản 25

2.3.2. Các bài toán ví dụ 26

2.4. Hệ nhiều thiết bị phản ứng 29

2.4.1. Dãy thiết bị phản ứng nối tiếp (Hệ cascade) 29

2.4.2. Dãy thiết bị PFR mắc nối tiếp 33

2.4.3. Hệ thống gồm các thiết bị IMR và PFR 35

KẾT LUẬN 36

TÀI LIỆU THAM KHẢO 38

1

Đề tài: Thiết bị phản ứng trong kỹ thuật môi trường

MỞ ĐẦU

Thiết bị phản ứng là các thiết bị trọng tâm của đa số các quá trình biến đổi hóa học.

Người ta định nghĩa thiết bị phản ứng là thiết bị mà trong đó xảy ra các phản ứng hóa

học, nghĩa là các thiết bị để chuyển hóa các chất tham gia phản ứng thành các sản phẩm

hóa học.

Trong quy mô công nghiệp, quy trình sản xuất hoặc xử lý hóa chất tạo ra các sản

phẩm mong muốn với yêu cầu về hiệu quả và chi phí tốt nhất luôn là bài toán khó đối với

đơn vị thực hiện. Do đó việc nghiên cứu tìm hiểu sâu sắc một số thiết bị phản ứng sẽ giúp

chúng ta có được tầm nhìn tốt để lựa chọn giải pháp tối ưu trước khi bắt tay vào quy trình

hoạt động. Để đáp ứng yêu cầu đó, nhóm thực hiện tìm hiểu đề tài về một số thiết bị phản

ứng trong kỹ thuật môi trường. Mặc dù các thiết bị và hệ thiết bị trong tài liệu đưa ra là

các mô hình lý tưởng và đơn giản nhưng chúng luôn luôn là điểm khởi đầu khi nghiên

cứu để mô tả các điều kiện trong một hệ thống lò phản ứng, điều này là nền tảng vững

chắc để từ đó nghiên cứu ứng dụng sâu hơn vào các điều kiện thực tế. Mỗi thiết bị phản

ứng được trình bày rõ theo cách phân loại, đặc điểm cơ bản và cách tính toán trong mỗi

thiết bị, kèm theo đó là các ví dụ minh họa giúp hiểu rõ hơn bản chất và một phần nào

đó ứng dụng của thiết bị. Những kiến thức cơ bản này sẽ giúp chúng ta thiết kế được hệ

thống thiết bị sao cho đạt hiệu quả nhất trong thực tế.

I. Phân loại thiết bị phản ứng [7]

2

I.1. Các cách phân loại thiết bị phản ứng

I.1.1. Theo pha của hệ

• Theo bản chất pha : thiết bị phản ứng pha khí, lỏng hoặc rắn ;

• Theo số pha :

- Thiết bị phản ứng một pha (đồng thể) : pha khí hoặc lỏng,

- Thiết bị phản ứng nhiều pha (dị thể) :

- Thiết bị phản ứng hai pha : khí-lỏng, lỏng-lỏng, khí-rắn, lỏng-rắn

- Thiết bị phản ứng ba pha : khí-lỏng-rắn.

• Theo trạng thái pha : thiết bị phản ứng pha liên tục hoặc pha phân tán

I.1.2. Điều kiện tiến hành quá trình

• Theo phương thức làm việc

- Thiết bị phản ứng gián đoạn

- Thiết bị phản ứng liên tục

- Thiết bị phản ứng bán liên tục

• Theo điều kiện nhiệt

- Thiết bị phản ứng đẳng nhiệt

- Thiết bị phản ứng đoạn nhiệt

I.2. Phân loại thiết bị phản ứng theo phương thức làm việc

Tùy thuộc vào phương thức làm việc, người ta chia thiết bị phản ứng thành 3 loại:

• Thiết bị phản ứng gián đoạn

Định nghĩa:

Là là thiết bị phản ứng làm việc theo từng mẻ, nghĩa là các thành phần tham gia

phản ứng và các chất phụ gia (dung môi, chất trơ) hoặc các chất xúc tác được đưa tất cả

vào thiết bị ngay từ thời điểm đầu. Sau thời gian nhất định, khi phản ứng đã đạt được độ

chuyển hóa yêu cầu, người ta cho dừng thiết bị và tháo sản phẩm ra.

Ưu điểm :

- Tính linh động cao : có thể dùng thiết bị đó để thực hiện các phản ứng khác nhau tạo ra

các sản phẩm khác nhau

- Đạt độ chuyển hóa cao do có thể khống chế thời gian phản ứng theo yêu cầu

- Chi phí đầu tư thấp do ít phải trang bị các thiết bị điều khiển tự động

3