Chapter 1

KỸ THUẬT PHẢN ỨNG
Chemical Reaction Engineering

04/08/23

1


Tài liệu tham khảo
1) Vũ Bá Minh, “Quá trình & TB trong
công nghệ hóa học- tập 4” , Nxb
Đại học QG TP.HCM.
2) Octave Levenpiels; “Chemical
Reaction Engineering”, John
Wiley&sons, 1999.
3) H. Scot Foggler, “Elements of
Chemical Reaction
Engineering”,International students
edition, 1989.
04/08/23

2


Tài liệu đọc
thêm
1) E.B.Nauman, “Chemical Reactor
Design”, John Wiley & sons, 1987.
2) Stanley M. Walas, “Reaction Kinetics
for Chemical Engineers”,Int. Student
Edition, 1990.

3) Coulson & Richardsons, “Chemical
Engineering – Vol 6”,Elsevier, 1979.
4) Richard M. Felder, “Elementary
Principles of Chemical Processes”,
John Wiley & sons, 2000.
04/08/23

3


 Kỹ thuật phản ứng đồng
thể
(Homogeneous chemical reaction
eng.)

 Kỹ thuật phản ứng dị thể
(Heterogeneous chemical reaction
eng.)
04/08/23

4


Kỹ thuật phản ứng
đồng thể

• Chương 1: Khái niệm mở đầu

(Introduction to Chem. Reaction Eng.)

• Chương 2: Xử lý dữ kiện động học
•

(Interpretation of Chemical Kinetics Data)
• Chương 3: Phương trình thiết kế (Design
Equation)

• Chương 4: Áp dụng phương trình thiết kế
•

(Application of Design Equation)

• Chương 5: Hiệu ứng nhiệt độ.
(Temperature Effects)

• Chương 6: Dòng chảy thực (Real Flow)
04/08/23

5


Chương 1: Khái niệm mở
đầu
QUÁ TRÌNH
VẬT LÝ

THUẬN NGHỊCH

TRUYỀN KHỐI

K. THUẬN NGHỊCH

CƠ, NHIỆT

HÓA HỌC

TH. NGHỊCH

K. THUẬN
NG

Cân bằng P.Ư

CÂN BẰNG PHA

04/08/23

6


Chương 1: Khái niệm
mở đầu
T
_hiết kế thiết bị phản ứng (T.B.P.Ư)
 không có khuôn mẫu,
 có thể có nhiều bản thiết kế,
 bản thiết kế tối ưu về kinh tế.

Liên quan đến nhiều lónh vực khác
nhau:

 Nhiệt động lực học,
 Động hóa học,
 Cơ lưu chất,
 Truyền nhiệt;
 Truyền khối.
04/08/23

7


Các q trình trong qui trình sản xuất cơng nghiệp

04/08/23

8


Trước khi thiết kế cần trả lời
hai câu hỏi sau:
1. Phản ứng nào là phản ứng chính
?
2. Tốc độ phản ứng đó như thế
nào ?

Câu hỏi 1: liên quan đến nhiệt
động lực học
Câu hỏi 2: liên quan đến các quá
trình vận tốc như: động hóa
học, truyền nhiệt, truyền khối…
04/08/23

9


1.1. Động hóa học
(Chemical Kinetics)
• “Động học là cách mà thiên
nhiên ngăn ngừa mọi quá trình
xảy ra cùng một lúc”.
•
S.E. LeBlanc

04/08/23

10


1.1. Động hóa học
(Chemical Kinetics)
•

Nghiên cứu tốc độ phản ứng hóa
học và cơ chế phản ứng.
1. Phản ứng đơn và phản ứng đa hợp
(single &multiple reaction)

2.

Phản ứng sơ đẳng & không sơ đẳng

(elementary & non elementary reaction)

3. Cân bằng cho phản ứng thuận
nghịch sơ đẳng
( Chemical Equilibrium)

4.
5.

Bậc phản ứng (Reaction Order)
Sự phụ thuộc nhiệt độ – định luật
Arrhénius
(Temperature dependency)

04/08/23

11


1.2. Nhiệt động lực học
(Chemical thermodynamics)



Nhiệt hấp thu hoặc
phóng thích
Mức độ phản ứng
1. Nhiệt phản ứng
(Heat of reaction)

2.

Cân bằng hóa hoïc
(Chemical Equilibrium)

04/08/23

12


1. Nhiệt phản ứng
H r, T H r, T 0 

T

C dT
p

T0

C p  (N i C pi ) sp 

 (N C
i

pi

) tc

H r, T H r, T0   (N i C pi ) sp (T  T0 ) 

04/08/23

 (N C
i

pi

) tc (T  T0 )

13


Cân bằng hóa
học

2.

0

F  RT ln K
0
r, T0

d lnK H
Van' t Hoff

2
dT
RT

0
H r, T0  constant
ln
04/08/23

K T2
K T1



 H
R

0
r, T0

 1
1



 T2 T1 
14


1.3. Phân loại
phản ứng
Đồng
thể

Dị
thể

04/08/23

Không xúc
tác

Có xúc tác

Phản ứng pha
khí

Phản ứng pha
lỏng

Phản ứng cháy
cuả ngọn lửa

Phản ứng ở
thể keo

Phản ứng cháy
của than
Nung quặng
Axit + chất rắn
Hấp thu + phản
ứng

Tổng hợp

ammoniac
Oxit hóa
ammoniac
HNO3
Phản öùng

15


1.4. Định nghóa vận tốc
phản ứng
 Dựa trên một đơn vị
thể tích hỗn hợp
phản ứng

1 dN i
ri 
, mol/ m 3 .h
V dt

 Dựa trên một đơn vị
thể tích bình phản
ứng

1 dN i
3
r 
, mol/m .h
Vb dt

 Dựa trên một đơn vị
diện tích bề mặt tiếp
xúc pha

'
i

1 dN i
r 
, mol/ m 2 .h
S dt
 Dựa trên một đơn vị '''
1 dN i
, mol/ kg.h
khối lượng chất xúc ri 
W dt
taùc
04/08/23

''
i

16


Thí dụ 1.1
• Một động cơ hỏa tiễn đốt cháy
hỗn hợp nhiên liệu gồm H2 và O2
lỏng. Buồng đốt hình trụ có
đường kính là 60cm, chiều dài

75cm và quá trình đốt sinh ra sản
phẩm cháy 108 kg/s. Nếu quá
trình cháy hòan tòan, tìm vận
tốc phản ứng của hydrogen và
oxygen.
•
04/08/23

H2

1
 O2  H 2O
2

17


Thí dụ 1.2
• Một người nặng 75 kg tiêu thụ
khỏang 6.000 kJ thực phẩm mỗi
ngày. Giả sử tất cả thực phẩm
là glucose và phản ứng tổng quát
như sau
• C6 H12 O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O
•
- ΔHr = 2.816 kJ
•
Tính tốc độ biến dưỡng theo
số mol oxygen sử dụng trên m3 cơ
thể trong một giây. Cho biết 2.816

KJ / mol glucose
04/08/23

18


Các yếu tố ảnh hưởng
đến vận tốc phản ứng

Phản ứng đồng thể
Áp suất
Nhiệt độ
Nồng độ

Phản ứng dị thể
 ….

Truyền khối giữa hai pha
Truyền nhiệt

Giai đọan kiểm sóat vận tốc (rate
controlling step)
04/08/23

19


Thí dụ 1.3
• Hóa chất A → 2R, thiết bị chêm bằng
hạt cầu không rỗng:

 a = 200m2/m3
 ρB = 2.908 kg/m3 (bulk density)
 ε = 0,40
 Xác định đơn vị các đại lượng và các
dạng phương trình vận tốc khaùc ?

r
04/08/23

''''

i

1 dN i
 0,1 C A , mol/ kg.h
W dt
20