Bài giảng - Kỹ thuật phản ứng - chương 5 potx

08/05/14 Chuong 5-Hieu ung nhiet
do
1
Chương 5: Hiệu ứng nhiệt độ
Temperature Effect
5.1. Khái niệm
5.2. Bình khuấy lý tưởng hoạt động ổn đònh
5.3. Bình khuấy lý tưởng hoạt động gián đoạn
5.4. Bình ống lý tưởng hoạt động ổn đònh
5.5. Khoảng nhiệt độ tối ưu
08/05/14 Chuong 5-Hieu ung nhiet
do
2
5.1. Khái niệm về hiệu ứng nhiệt độ

Phản ứng không thuận nghòch

Thu nhiệt

Phát nhiệt

Phản ứng thuận nghòch

Thu nhiệt

Phát nhiệt
08/05/14 Chuong 5-Hieu ung nhiet
do
3
Vận tốc phản ứng theo độ chuyển hóa
trong bình phản ứng đọan nhiệt

08/05/14 Chuong 5-Hieu ung nhiet
do
4
Độ chuyển hóa – nhiệt độ cho phản ứng thuận nghòch
bậc 1 trong bình khuấy họat động đọan nhiệt
08/05/14 Chuong 5-Hieu ung nhiet
do
5
5.2. Bình khuấy lý tưởng hoạt động ổn đònh

Bình khuấy lý tưởng hoạt động ổn đònh nên
nhiệt độ không đổi và do đó vận tốc phản ứng là
hằng số.

Giải hệ 3 phương trình:
1) Tốc độ phản ứng;
2) Cân bằng vật chất (phương trình thiết kế)
3) Cân bằng năng lượng
08/05/14 Chuong 5-Hieu ung nhiet
do
6
Điều kiện hoạt động ổn đònh cho bình
khuấy lý tưởng hoạt động ổn đònh-
Ph n ng b c 1ả ứ ậ
( )
(5.3) T T
)H (F
C m
X
(5.2)

e k 1
e k
X
0f
rA0
pt
Af
E/RT
0
E/RT
0
Af
f
f
−
∆−
=
+
=
−
−
τ
τ
08/05/14 Chuong 5-Hieu ung nhiet
do
7
08/05/14 Chuong 5-Hieu ung nhiet
do
8
5.3. Bình khuấy lý tưởng hoạt động gián đoạn

Ph ng trình cân b ng nhi t l ng và quá trình đọan nhiệtươ ằ ệ ượ
( )
(5.6) X X
Cm
NH
T T
(5.5) dXN)H( dTCm
(5.4) )T KS(T
dt
dX
)NH(
dt
dT
Cm
A0A
Pt
A0r
0
AA0rPt
i0
A
A0rPt
−
∆−
=−
∆−=
−+∆−=
08/05/14 Chuong 5-Hieu ung nhiet
do
9

5.4. Bình ống lý tưởng hoạt động ổn đònh
Đọan nhiệt
( )
(5.14) )X X(
Cm
F)H(
T T
(5.13) dXΔHF dTCm
A0A
Pt
A0r
0
ArA0Pt
−
∆−
=−
−=
08/05/14 Chuong 5-Hieu ung nhiet
do
10
5.5. Khoảng nhiệt độ tối ưu V, F
A0,
X
Af

Tối đa hoá năng suất

Khoảng nhiệt độ tối ưu có thể:
a) đẳng nhiệt
b) thay đổi theo thời gian

c) thay đổi theo chiều dài
d) từ bình khuấy này sang bình khuấy khác
08/05/14 Chuong 5-Hieu ung nhiet
do
11
Phản ứng không thuận nghòch / thu & phát
nhiệt

Độ chuyển hoá tối đa không 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 bò giới hạn do vật liệu chế tạo và phản
ứng phụ nếu có.
08/05/14 Chuong 5-Hieu ung nhiet
do
12
Phản ứng thuận nghòch thu nhiệt

Tăng nhiệt độ làm tăng độ chuyển hoá cân
bằng và vận tốc

Sử dụng nhiệt độ cao nhất có thể
08/05/14 Chuong 5-Hieu ung nhiet
do
13
Phản ứng thuận nghòch 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 đònh khoảng nhiệt độ tối ưu (V, F
A0
, X
Af
)
08/05/14 Chuong 5-Hieu ung nhiet
do
14
Vận tốc phản ứng là hàm số theo X
A
và T
cho phản ứng thuận nghòch phát nhiệt
08/05/14 Chuong 5-Hieu ung nhiet
do
15
Thí dụ 5.4: Phản ứng thuận nghòch bậc một
A <=> R
a) Từ 0
0
C đến 100
0
C xác đònh độ chuyển hoá cân bằng X

Ae

theo nhiệt độ cho phản ứng trên. ∆F
0
298K
= - 1.744 cal/mol,
∆H
r,298K
= - 18.000 cal/mol.
b) Phản ứng thực hiện trong bình ống t = 10 phút. Xác đònh
độ chuyển hoá nếu thiết bò phản ứng hoạt động đẳng nhiệt
lần lượt ở 25
0
C, 65
0
C và nhiệt độ tối ưu.
Thí nghiệm động học trong bình gián đoạn:

X
A
= 0,793 sau 19 phút ở 25
0
C

X
A
= 0,691 sau 8 phút ở 35
0
C
c) Lặp lại câu b với bình khuấy hoạt động ổn đònh

08/05/14 Chuong 5-Hieu ung nhiet
do
16
Thí dụ 5.4: Phản ứng thuận nghòch bậc một
A <=> R
d) Sử dụng khoảng nhiệt độ tối ưu cho bình ống với
C
A0
=1mol/lít, tính t để đạt X
A
= 0,76 và xác đònh tỷ lệ tăng
năng suất so với hoạt động đẳng nhiệt. T
max
= 65
0
C.
e) Sử dụng khoảng nhiệt độ tối ưu cho hệ hai bình khuấy
mắc nối tiếp, tính t để đạt X
A
= 0,60 và xác đònh tỷ lệ
tăng năng suất so với hoạt động đẳng nhiệt và nhiệt độ,
độ chuyển hoá đạt được trong mỗi bình.
08/05/14 Chuong 5-Hieu ung nhiet
do
17
08/05/14 Chuong 5-Hieu ung nhiet
do
18
Vận tốc phản ứng theo X
A

tại những nhiệt
độ khác nhau
08/05/14 Chuong 5-Hieu ung nhiet
do
19
08/05/14 Chuong 5-Hieu ung nhiet
do
20