CÁC LOẠI VÀ MÔ HÌNH VỀ CÁC THIẾT BỊ PHẢN ỨNG

Hầu hết các loại thiết bị giữ và kết nối đều đã được sử dụng như thiếtbị phản ứng hóa học, từ các vòi phun và bơm ly tâm đến hầu hết các tháp chitiết hóa và các chùm ống. Phần này dành cho các đặc tính cơ bản của các loạithiết bị phản ứng chủ yếu, và cũng cung cấp một thư viện các loại thiết bịphản ứng đã được sử dụng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
CÁC LOẠI VÀ MÔ HÌNH VỀ CÁC THIẾT BỊ PHẢN ỨNG ̉ ́ ̣ ́ ̀ ́Tai xuông têp đinh kem gôc 17.6. CÁC LOẠI VÀ MÔ HÌNH VỀ CÁC THIẾT BỊ PHẢN ỨNG: Hầu hết các loại thiết bị giữ và kết nối đều đã được sử dụng như thiếtbị phản ứng hóa học, từ các vòi phun và bơm ly tâm đến hầu hết các tháp chitiết hóa và các chùm ống. Phần này dành cho các đặc tính cơ bản của các loạithiết bị phản ứng chủ yếu, và cũng cung cấp một thư viện các loại thiết bịphản ứng đã được sử dụng. Điểm khác biệt rõ nhất là giữa các quá trình vận hành dạng gián đoạn và liêntục và giữa các loại pha mà chúng được tiếp xúc. Một kiểu phân loại thíchhợp cho các loại thiết bị phản ứng trên cơ sở hai đặc điểm khác biệt đượccho ở hình 17.7. Khi có hỗn hợp không đồng nhất , tốc độ chuyển hóa thường bị giới hạnbởi tốc độ chuyển khối qua bề mặt giữa hai pha, vì thế có một bề mặtphân cách pha lớn là điều mong muốn. Do đó, các chất phản ứng hoặc xúc tácrắn được phân tách hoàn toàn, và chất lỏng tiếp xúc được đẩy với máy khuấycơ hoặc trong tháp đĩa / đệm hoặc trong các bơm ly tâm. Sự vận chuyểnnhanh chóng các chất phản ứng đến bề mặt trao đổi nhiệt bởi việc khuấyhoặc bơm làm tăng cường quá trình truyền nhiệt và giảm tác hại của chênhlệch nhiệt độ. Quá trình gián đoạn được sử dụng chủ yếu khi thời gian phản ứng dàihoặc lượng sản phẩm yêu cầu hàng ngày nhỏ. Thiết bị gián đoạn tương tựthường được dùng để tạo ra nhiều loại sản phẩm ở các thời điểm khác nhau.Mặt khác, nó không thể phổ thông hóa như điểm chuyển tiếp kinh tế từ quátrình gián đoạn sang quá trình liên tục. Một hoặc nhiều thiết bị gián đoạn cùngvới các bể tràn thích hợp có thể được sử dụng để mô phỏng quá trình liên tụctrên cơ sở một ngày hoặc lâu hơn. THÙNG KHUẤY Các thùng khuấy là loại thiết bị phản ứng gián đoạn phổ biến nhất. Loạiquan trọng chủ yếu được cho ở hình 17.8 và 10.1, và các kiểu điều khiểnmức ở hình 3.6. Quá trình khuấy để trộn các hợp phần ban đầu, để đạt đượcđồng nhất trong suốt phản ứng, và để tăng cường quá trình truyền nhiệt ởtường bao hoặc các bề mặt bên trong. Thiết bị phản ứng ở hình 17.9(b) xửdụng một bơm tuần hoàn để trộn các hợp phần bên trong bể và để truyềnnhiệt trong một thiết bị trao đổi bên ngoài. Bơm tuần hoàn hoặc hồi lưu nhìnchung có thể được sử dụng để thích nghi với các loại bể chứa khác để phụcvụ như kiểu thiết bị phản ứng gián đoạn; ví dụ, tất cả các loại bể dạng đệmở hình 17.10(a)-(e). Một thiết bị phản ứng bơm tuần hoàn dòng chảy màngđược sử dụng cho quá trình polyme hóa etylen; khi polyme được tạo ra, dòngchảy bị giảm đến tốc độ thấp hơn rất nhiều so với tốc độ tuần hoàn, vì thếkiểu làm việc của thiết bị này gần như quá trình gián đoạn. Một số thiết bị phản ứng công nghiệp có thiết bị khuấy được cho ở hình17.10: (b) phù hợp cho các vật liệu nhão, (c) cho các vật liệu có tính nhớt,và với tốc độ tuần hoàn cao (d) phù hợp cho sự tiếp xúc gần của các chấtlỏng không thể trộn lẫn như các hydrocarbon với dung môi nước. Nhiều ứng dụng của thiết bị phản ứng có bình khuấy là quá trình liên tiếp,kể cả với bể đơn hoặc đa bể sắp xếp như trong hình 17.9 © (d). Hiểu biếtvề khả năng sử dụng một bể khuấy đạt được độ trộn lẫn hoàn toàn là cầnthiết để có thể đánh giá được hiệu quả của nó như một thiết bị phản ứng.Trường hợp giới hạn khác là của dòng khối, trong đó các chất không phảnứng có cùng thời gian lưu. Độ khác biệt từ các trường hợp giới hạn trong hỗnhợp hoàn toàn (trong CISTR) và trộn không hướng tâm (trong một PFR) đượcđánh giá với sự phân bố thời gian lưu (RTDs) trên cơ sở phân tích qua phépkiểm tra chỉ thị. Hiện nay, phân bố thời gian lưu không có được mối tương quan tốt với cáchệ số hoạt động hay thiết kế, nhưng kỹ thuật là giá trị dự đoán với các thiếtbị có sẵn. Trạng thái CISTR (thiết bị phản ứng khuấy lý tưởng) được chấpnhận khi thời gian lưu trung bình bằng 5-10 lần thời gian khuấy trộn, khoảngthời gian còn lại là cần thiết để đạt được độ đồng thể cho một hỗn hợp vớimột vài đầu vào. Thường thường thì đạt được 50-200 vòng đối với một cánhkhuấy thực đã được thết kế. Mặc dù thời gian pha trộn trở thành một đốitượng của rất nhiều nghiên cứu trong tài liệu (Westerterp et al., 1984, p. 2541),không kết quả tổng quát hóa nào có được đưa ra. Thời gian pha trộn phụthuộc vào hình dạng bề ngoài và tốc độ và công suất của máy khuấy. Mộtcánh khuấy ở phía trên và tua-bin ở phía dưới trên cùng một trục, các váchngăn được cố định vào tường của bể chứa, và có một tuabin phụ trên trục chosự tuần hoàn hiệu quả của các thành phần là một cơ sở cho sự thiết kế. Tuyvậy, việc thiết kế hợp lý cho thiết bị pha trộn là có thể, nhưng trong trườnghợp có tính quyết định các chuyên gia phải được cố vấn thêm. Chương 10cũng nói về vấn đề này. Năng suất đầu vào trên đơn vị thể tích và tốc độ đầu cánh quạt thì thườngđược sử dụng đo cường độ khuấy, tỉ lệ thích hợp của kích thước ốngvà vách ngăn. Biên độ thích hợp cho một số điều kiện phản ứng được cho ở bảng sau: ...