Tài liệu Kỹ thuật thiết bị phản ứng docx

1
Kỹ thuậtthiếtbị
phản ứng
TS. Lê Minh Đức
Khoa Hoá, Trường Đạihọc Bách Khoa
Đạihọc ĐàNẵng
2
Tài liệuthamkhảo
9NguyễnHoaToàn, Động hoá họcvàthiếtbị
phản ứng trong công nghiệpHoáhọc, 1999
9Vũ Bá Minh, Kỹ thuậtphản ứng, 1999 (lưu
hành nộibộ, Trường ĐH Kỹ thuậttpHCM
9Ngô Thị Nga, Kỹ thuậtphản ứng, 2002
9O. Levelspiel, Chemical reaction Engineering,
1999, Third edition, J. Wiley & Son
9Lê Thị Như Ý, Bài giảng Kỹ thuật, thiếtbị
phản ứng, ĐH Bách Khoa ĐN
3
Nội dung
9Các khái niệmcơ bản
9Phản ứng trong hệđồng nhất(thiếtbị lý tưởng)
 Động học
 Xứ lý số liệu trong thiếtbị phản ứng gián đoạn
 Thiếtkế thùng phản ứng
 Thùng phản ứng đơngiản, song song, phứctạp
 Ảnh hưởng củanhiệt độ, áp suất
 Chọnlựathiếtbị
4
9Dòng chảythực
 Các khái niệm
 Nốitiếpthiếtbị

9Phản ứng xúc tác pha rắn
9Phản ứng không có xúc tác
5
Các khái niệmcơ bản
9Phân loạiphản ứng
9Các biến ảnh hưởng tốc độ phản ứng
9Định nghĩatốc độ phản ứng
6
Phản ứng đồng nhất
trong thi
ếtbị lý tưởng
9Loại TB phản ứng đơn
7
9Phương trình tốc độ
8
9
Tốc độ phụ thuộcnồng độ
9Loạiphản ứng
 Đơngiản: chỉ có 1 phương trình tỷ lượng, phương
trình tốc độ
 Phứctạp: nhiềuphương trình tỷ lượng, tốc độ
• Song song
•Nốitiếp
10
Xét phản ứng đơngiản
Giả sử, phản ứng khống chế bởisự va chạmcủa các hạtA, B,
thì tốc độ phản ứng sẽ tỷ lệ vớisố lầnvachạmcủahạtA vàB.
Nhưng tạimộtnhiệt độ nào đó, số lầnvachạmlạitỷ lệ vớinồng độ
Phản ứng sơđẳng (elementary reaction)
Phản ứng không sơđẳng

11
9Bậcphản ứng
Bậcphản ứng a theo A, b theo B, n là bậc chung
Hằng số tốc độ k có thứ nguyên
Vớiphản ứng bậc 1, k có thứ nguyên
12
9Biểudiễntốc độ phản ứng sơđẳng
13
9Phản ứng không sơđẳng
14
9Các mô hình động họccủaphản ứng không cơ
bản
Giảithíchbằng: giả sử phản ứng là kếtquả của
mộtloạtcácphản ứng cơ bản
Các dấu* biểudiễn các hợpchất trung gian
15
Các loạihợpchất trung gian
*Gốctự do (free radical):nguyên tử,
mảnh phân tử có một hay nhiều
electron chưacặp đôi
*Ion hoặc các hợpchấtcócực: nguyên tử, phân tử, mảnh phân tử có
mang điện
*Phân tử: R tồntại trong thờigianrấtngắn,nồng độ nhỏ, R là hợpchất
trung gian hoạt động
16
Các dạng phản ứng
*Phản ứng không tạo nhánh (nonchain reactions)
*Phản ứng tạonhánh
Ví dụ 1:
Cơ chế mạch, gốctự do (free radicals, chain reaction mechanism)

17
Ví dụ 2: Cơ chế không tạomạch, chất trung gian phân tử
Cơ chế không phát triểnmạch, phứctrunggian
18
Ảnh hưởng của nhiệt độ
9Quy luật Arrhenius
E: constant
19
9 Năng lượng hoạt hoá và nhiệt độ
1. Quan hệ lnk – 1/ T là đường thẳng. E lớn, độ dốclớn
2. Phản ứng có E lớn, nhạy nhiệt
3. Mộtphản ứng bấtkỳ, ở nhiệt độ thấp phản ứng nhạy nhiệt hơn
nhiệt độ cao
4. Theo Arrhenius, giá trị k
o
không ảnh hưởng độ nhạy nhiệt.
20
Nghiên cứucơ chế phản ứng
9Nghiên cứuphản ứng: hệ số tỷ lượng, động
học, cơ chế phản ứng
9Một vài thông tin cầnchúý
 Hệ số TL: phản ứng đơngiảnhay phứctạp
 Hệ số TL: sơđẳng hay không sơđắng
 Pt tỷ luợng, pt động họcthực nghiệm: phản ứng sơ
đẳng hay không
 Nếucósaikháclớngiữa k thựcnghiệm và k tính
theo thuyếtvachạm, thuyếthợpchất trung gian thì
phản ứng đócóthể là không sơđẳng
 Tăng nhiệt độ, E tăng phản ứng song song, E giảm
phản ứng nốitiếp

21
22
9Dựđoán tốc độ p/ư từ lý thuyết
 Phầnphụ thuộcnồng độ
•Phản ứng có nhiềuhướng, mộthướng ưutiên
•Năng lượng củahợpchất trung gian: dựđoán chiều
hương ưu tiên, biểuthứctốc độ
•Biểuthứctốc độ thực nghiệmlàcơ sởđểdựđoán năng
lượng củachất trung gian
 Thành phầnphụ thuộc nhiệt độ
•Nếubiếtcơ chế phản ứng, có thể dựđoán k và E
• Theo thuyếttrạng thái trung gian, kếtquả dựđoáncósai
số lớn. Tốthơnnêndựa vào các phản ứng tương tự.
 Sử dụng các giá trị cho thiếtkế
•Thường sai khác lớn10
2
–10
6
•Nêndựa vào các giá trị thực nghiệm
23
24
9Hiệusuấtchuyểnhoá
 Lượng cấutử nào đóthamgiavàophản ứng hoá
họctạo thành sảnphẩmso vớilượng ban đầu, tính
theo tỷ lệ phầntrăm
 Ở trạng thái cân bằng
Ao
AAo
A
N

NN
X
−
=
Ao
*
AAo
*
A
N
NN
X
−
=
*
A
N
: Lượng cấutử A còn lại, sau khi phản ứng đạtcânbằng