Chapter 5 hieu ung nhiet do

Chương 5:
Hiệu ứng nhiệt độ
Temperature Effect

06/08/2023

Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ

1


5.1. Khái niệm
5.2. Bình khuấy lý tưởng hoạt động ổn định
5.3. Bình khuấy lý tưởng hoạt động gián đoạn
5.4. Bình ống lý tưởng hoạt động ổn định
5.5. Khoảng nhiệt độ tối ưu

06/08/2023

Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ

2


5.1. Khái niệm về hiệu ứng nhiệt độ
Phản ứng khơng thuận nghịch
– Thu nhiệt: khi độ chuyển hóa tăng → nhiệt độ giảm trừ khi ta
cấp cho hệ thống lượng nhiệt lớn hơn lượng nhiệt do phản ứng hấp
thu.
Giảm
Giảm nồng độ tác

nhiệt độ

chất khi độ chuyển
hóa tăng

vận tốc
phản ứng
giảm

Độ chuyển hóa trong thiết bị phản ứng hoạt động khơng đẳng
nhiệt sẽ nhỏ hơn khi hoạt động đẳng nhiệt.
Khi thêm năng lượng vào sẽ hạn chế sự giảm nhiệt độ và do đó
hạn chế sự giảm độ chuyển hóa.
06/08/2023

Chuong 5-Hieu ung nhiet do

3


5.1. Khái niệm về hiệu ứng nhiệt độ
 Phản ứng không thuận nghịch
 Phát nhiệt: độ chuyển hố tăng → nhiệt độ tăng .
Khi độ chuyển hố cịn thấp
Sự tăng vận tốc phản ứng do tăng nhiệt
độ lớn hơn
sự giảm vận tốc phản ứng do giảm nồng
độ tác chất.
Thông thường độ chuyển hóa trong thiết bị phản ứng hoạt động khơng đẳng nhiệt sẽ
lớn hơn cho q trình đẳng nhiệt.

Tuy nhiên phản ứng phụ và các yếu tố khác sẽ giới hạn nhiệt độ cho phép. Trong
trường hợp này quá trình hoạt động hữu hiệu phụ thuộc vào quá trình truyền nhiệt
ra mơi trường ngồi để tránh sự q nhiệt cục bộ
06/08/2023

Chuong 5-Hieu ung nhiet do

4


Vận tốc phản ứng khơng thuận nghịch theo độ
chuyển hóa trong bình phản ứng đọan nhiệt

Hình 5.1. Vận tốc phản ứng theo độ chuyển hóa trong bình phản ứng đoạn nhiệt
06/08/2023

Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ

5


5.1. Khái niệm về hiệu ứng nhiệt độ
Phản ứng thuận nghịch
 Thu nhiệt: sự tăng nhiệt độ sẽ làm tăng
độ chuyển hóa cân bằng và vận tốc. →
như phản ứng khơng thuận nghịch nhiệt độ
sử dụng cao nhất có thể được → thiết kế
thiết bị phản ứng phải đi kèm với bộ phận cung
cấp nhiệt cho hệ thống.

 Phát nhiệt: Tăng nhiệt độ sẽ làm tăng vận
tốc phản ứng thuận nhưng ngược lại nó làm
giảm độ chuyển hóa tối đa có thể đạt được.
06/08/2023

Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ

6


Độ chuyển hóa – nhiệt độ cho phản ứng thuận nghịch
bậc 1 trong bình khuấy họat động đọan nhiệt

Hình 5.2. Độ chuyển hóa - nhiệt độ cho phản ứng thuận nghịch bậc một
trong bình khuấy hoạt động đoạn nhiệt
06/08/2023

Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ

7


5.2. Bình khuấy lý tưởng hoạt động ổn định
Bình khuấy lý tưởng hoạt động ổn định nên nhiệt
độ không đổi và do đó vận tốc phản ứng là
hằng số.
Giải hệ 3 phương trình:
 Tốc độ phản ứng;
 Cân bằng vật chất (phương trình thiết kế)

 Cân bằng năng lượng

06/08/2023

Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ

8


Điều kiện hoạt động ổn định cho bình khuấy
lý tưởng hoạt động ổn địnhPhản ứng bậc 1

X Af

 k0 e

 E/RTf
1  k0 e

X Af 
06/08/2023

 E/RTf

m t Cp
FA0 ( H r )

 Tf 

Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ

(5.2)

T0 

(5.3)

9


06/08/2023

Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ

10


5.3. Bình khuấy lý tưởng hoạt động gián đoạn
Phương trình cân bằng nhiệt lượng và quá trình đọan nhiệt

dT
dX A
m t CP
 (H r )N A0
 KS(T0  Ti )
dt
dt

(5.4)

m t C P dT  (H r ) N A0dX A

(5.5)

 H r N A0
 X A  X A0 
T  T0 
m t CP

(5.6)

06/08/2023

Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ

11


5.4. Bình ống lý tưởng hoạt động ổn định
Đọan nhiệt
m t C P dT FA0   ΔHH r dX A

(5.13)

 (H r )FA0
T  T0 
(X A  X A0 )
m t CP

(5.14)

06/08/2023

Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ

12


5.5. Khoảng nhiệt độ tối ưu V, FA0, XAf
Tối đa hố năng suất
Khoảng nhiệt độ tối ưu có thể:
• đẳng nhiệt
• thay đổi theo thời gian
• thay đổi theo chiều dài
• từ bình khuấy này sang bình
khuấy khác
06/08/2023

Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ

13


Phản ứng khơng thuận nghịch / thu
& phát nhiệt
• Độ chuyển hố tối đa khơng phụ thuộc
nhiệt độ
• Tốc độ phản ứng tăng theo nhiệt độ
• Năng suất tối đa đạt được tại nhiệt độ
cao nhất có thể.

• Nhiệt độ bị giới hạn do vật liệu chế tạo và
phản ứng phụ nếu có.
06/08/2023

Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ

14


Phản ứng thuận nghịch thu nhiệt

Tăng nhiệt độ làm tăng độ
chuyển hoá cân bằng và vận tốc
Sử dụng nhiệt độ cao nhất có
thể

06/08/2023

Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ

15


Phản ứng thuận nghịch phát nhiệt
Tăng nhiệt độ sẽ tăng tốc độ phản ứng
nhưng làm giảm độ chuyển hoá cân bằng,
và ngược lại.
Phản ứng được thực hiện với nhiệt độ
giảm dần từ lúc bắt đầu đến khi chấm dứt.
Xác định khoảng nhiệt độ tối ưu (V, FA0,

XAf)
06/08/2023

Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ

16


Vận tốc phản ứng là hàm số theo XA và T
cho phản ứng thuận nghịch phát nhiệt

06/08/2023

Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ

17


Thí dụ 5.4: Phản ứng thuận nghịch bậc một
A <=> R
a) Từ 00C đến 1000C xác định độ chuyển hoá cân bằng
XAe theo nhiệt độ cho phản ứng trên. ∆F0298K = 1.744 cal/mol, ∆Hr,298K= - 18.000 cal/mol.
b) Phản ứng thực hiện trong bình ống t = 10 phút. Xác
định độ chuyển hoá nếu thiết bị phản ứng hoạt động
đẳng nhiệt lần lượt ở 250C, 650C và nhiệt độ tối ưu.
Thí nghiệm động học trong bình gián đoạn:
 XA = 0,793 sau 19 phút ở 250C
 XA = 0,691 sau 8 phút ở 350C
c) Lặp lại câu b với bình khuấy hoạt động ổn định
06/08/2023

Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ

18


Thí dụ 5.4: Phản ứng thuận nghịch bậc một
A <=> R
d) Sử dụng khoảng nhiệt độ tối ưu cho bình ống
với CA0=1mol/lít, tính t để đạt XA = 0,76 và xác
định tỷ lệ tăng năng suất so với hoạt động đẳng
nhiệt. Tmax = 650C.
e) Sử dụng khoảng nhiệt độ tối ưu cho hệ hai bình
khuấy mắc nối tiếp, tính t để đạt XA = 0,60 và
xác định tỷ lệ tăng năng suất so với hoạt động
đẳng nhiệt và nhiệt độ, độ chuyển hoá đạt được
trong mỗi bình.
06/08/2023

Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ

19


06/08/2023

Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ

20