Thiết bị phản ứng kiểu ống sử dụng trong ngành công nghiệp hóa chất

Thiết bị phản ứng là thiết bị trọng tâm của đa số các quá trình biến đổi, được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp hóa chất. Nguyên lý làm việc của thiết bị phản ứng dạng ống là nguyên liệu vào và sản phẩm lấy ra liên tục. Trong một quy trình, khâu then chốt, quan trọng nhất là chuyển hóa nguyên liệu đầu vào thành sản phẩm. Quá trình chuyển hóa hóa học đó được thực hiện trong điều kiện cụ thể để tạo ra sản phẩm có chất lượng và giá cả phải chăng. Quá trình đó được thực hiện trong một thiết bị phản ứng phù hợp với phản ứng đã cho, với năng suất yêu cầu và biện pháp kỹ thuật tiến hành quá trình một cách tối ưu trong công nghiệp.

Việc tính toán thiết kế, lựa chọn thiết bị phản ứng hóa học cho thấy, mỗi dạng thiết bị phản ứng cho một phương thức tiến hành phản ứng rất khác nhau vì cấu trúc dòng và phương thức trao đổi nhiệt, quan hệ về năng lượng nhiệt trong các loại thiết bị phản ứng hóa học cũng rất khác nhau. Vì vậy, phải dựa trên cơ sở của cả các phương trình cân bằng chất, cân bằng năng lượng nhiệt và cân bằng xung lượng của hệ thống để thực hiện các tính toán.

Qua quá trình nghiên cứu tính toán thiết kế thiết bị phản ứng kiểu ống, các nhà khoa học đã thiết kế được hệ thống thiết bị phản ứng ống ở quy mô pilot có kích thước thiết bị phản ứng ống: L = 1.000 mm, D = 34 mm.

Từ mô hình này, nhóm nghiên cứu đã xác định yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phản ứng nhiệt độ, lưu lượng chất phản ứng. Sau đó, tiến hành tối ưu hóa quy hoạch bậc 2 và xác định được một số thông số của nguyên liệu đầu vào thiết bị phản ứng: lưu lượng dung dịch NH₄OH (25%) là 0,33 m³/h ở nhiệt độ 30^oC; lưu lượng dung dịch H₃PO₄ (52-54% P₂O₄) là 0,072 m³/h ở nhiệt độ 55^oC; lưu lượng dung dịch H₂SO₄ (96%) là 0,033 m³/h ở nhiệt độ 30^oC.

Mô hình thí điểm khi vận hành và chạy thử cho ra sản phẩm Diamon phốt phát có hàm lượng N, P₂O₅ tương đương với sản phẩm DAP đang lưu hành trên thị trường. Nhóm nghiên cứu cho rằng để chuyển từ quy mô pilot sang quy mô công nghiệp, cần có một số nghiên cứu sâu hơn về các quá trình động hóa học và quá trình vật lý. Vì vậy, cần có thời gian cũng như thiết bị đo đạc với độ chính xác và tự động hóa cao.

Nghiên cứu góp phần giảm mạnh chi phí đầu tư cũng như chủ động và tiết kiệm trong quá trình vận hành của các nhà máy sản xuất thuộc ngành công nghiệp hóa chất và các ngành công nghiệp có liên quan khác có sử dụng thiết bị phản ứng kiểu ống. Việc nội địa hóa các thiết bị sẽ giúp giảm chi phí đầu tư xây dựng cơ bản thuộc các dự án ngành hóa chất, giảm giá thành sản phẩm.