QUY TRÌNH VÀ THIẾT BỊ HỆ RẮN KHÍ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

CƠ SỞ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

QUY TRÌNH VÀ THIẾT BỊ HỆ RẮN KHÍ
KHÔNG XÚC TÁC

Giáo viên hướng dẫn: Mai Xuân Tịnh

Sinh viên thực hiện: Võ Văn Hưng
Nguyên Minh Quân
Nguyễn Ngọc Tích
Lê Phúc
Võ Quang Anh

Huế 2015

1


NỘI DUNG CHÍNH
I. Giới thiệu

V. Tài liệu tham khảo

IV. Các quá trình hệ rắn
khí không xúc tác

II. Thiết bị phản ứng

III. Phản ứng khí rắn

2


I. Giới Thiệu


Nội dung chủ yểu của bài này là đi sâu vào cơ chể các quá trình phản ứng, quy luật và nội dung quy luật để giải thích
một số vấn đề công nghệ ,đặc bịêt là các qúa trình phản ứng thường gặp trong công nghiệp hóa học các hợp chất vô
cơ và hữu cơ.



Với ba trạng thái của vật chất: khí , lỏng, rắn , trong công nghịêp người ta gặp đầy đủ các phản ứng giữa các phản
ứng kết hợp giữa các trạng thái này: (ở đây ta chỉ xét trường hợp phản ứng rắn- khí).



Sau đó chúng ta sẽ tìm hiểu các loại thiềt bị phản ứng khác nhau được sử dụng trong lĩnh vực hóa học.

3


II. Thiết bị phản ứng


Thíêt bị phản ứng là thíêt bị trọng tâm của đa số các quá trình biến đổi hóa học.



Người ta định nghĩa thíêt bị phàn ứng là thiết bị mà trong đó xảy ra các phản ứng hóa học , nghĩa là các thíêt bị dùng
để chuyển hóa các chất tham gia phản ứng thành sản phẩm hóa học.



Phản ứng xảy ra trong thiềt bị phản ứng không chỉ là phàn ứng hóa học tuân theo các định luật biến đổi chất thông
thường mà còn bao gồm nhìêu qúa trình khác cùng xảy ra và tác động qua lại lẫn nhau. Ơ mọi qúa trình của phản
ứng dù là qúa trình thu nhịêt hoặc tỏa nhịêt ( Nhịêt hóa học này làm thay đổi nhịêt độ của phản ứng qua đó làm thay
đổi tốc độ của phản ứng và chất lượng sản phẩm.Do nhu cầu và chất lượng sản phẩm cũng như để tránh tạo ra các
sản phẩm phụ không mong muốn, mỗi phản ứng phải được thực hịên ở một đìều kiện nhịêt độ xác định)

4




Lò công nghiệp là một thiết bị trong đó người ta đốt nhiên liệu, tiến hành phản ứng hóa học hay dung năng lượng
điện để cung cấp nhiệt cho việc xử lý nhiệt của nhiều loại vật liệu với sự tham gia của quá trình vật lý và hóa học.

5


II. Thiết bị phản ứng
a) Phân loại thiết bị theo phản ứng:
-Theo pha của hệ:
• Theo bản chất pha : thiết bị phản ứng pha khí, lỏng hoặc rắn
• Theo số pha
- thiết bị phản ứng một pha (đồng thể) : pha khí hoặc lỏng,
- thiết bị phản ứng nhiều pha (dị thể) :
- thiết bị phản ứng hai pha : khí-lỏng, lỏng-lỏng, khí-rắn, lỏng-rắn

- thiết bị phản ứng ba pha : khí-lỏng-rắn.
• Theo trạng thái pha : thiết bị phản ứng pha liên tục hoặc pha phân tán

6


II. Thiết bị phản ứng
a) Phân loại thiết bị theo phản ứng:
-Điều kiện tiến hành quá trình:
• Theo phương thức làm việc:
- thiết bị phản ứng gián đoạn
- liên tục
- bán liên tục
• Theo điều kiện nhiệt
- thiết bị phản ứng đẳng nhiệt- đoạn nhiệt

7


II. Thiết bị phản ứng
a) Phân loại thiết bị theo phản ứng:
-Theo điều kiện thủy động
• Theo chiều chuyển động của các pha :
- thiết bị phản ứng xuôi dòng, ngược dòng hoặc dòng chéo nhau



thiết bị phản ứng dọc trục hoặc xuyên tâm

• Theo chế độ chuyển động :

- thiết bị phản ứng dạng ống ;
- thiết bị phản ứng khuấy trộn hoàn toàn
- thiết bị phản ứng nhiều ngăn.

8


II. Thiết bị phản ứng
• Theo trạng thái tầng xúc tác
- thiết bị phản ứng tầng xúc tác cố định ;
- thiết bị phản ứng tầng xúc tác di động ;
-thiết bị phản ứng tầng sôi ;
- thiết bị phản ứng tầng xúc tác kéo theo

b) Phân loại thiết bị phản ứng theo phương thức làm việt:





Thiết bị phản ứng gián đoạn
Thiết bị phản ứng liên tục
Thiết bị phản ứng bán liên tục

9


III. Phản Ứng Hệ Khí - Rắn


Phản ứng rắn- khí có thể xem là phản ứng quan trọng nhất trong công nghịp hóa chất.



Với pha rắn là chất xúc tác thường gặp trong qúa trình chế bíên dầu mỏ như các qúa trình: cracking xúc tác, isomr
hóa , rforming xúc tác…



Phản ứng với pha rắn là tác nhân như phản ứng nung quặng FS,ZnS…



Khi nghiên cứu tốc độ của các quá trình trong hệ S-G, đặc biệt là trong quá trình nung chất rắn, người ta đưa ra mô
hình hạt hình cầu với lõi chưa phản ứng.Theo mô hình này thì các phản ứng xảy ra trước hết trên bề mặt phản ứng,
sau đó phản ứng ngày càng đi sâu vào thể tích hạt và trong quá trình phản ứng như vậy sẽ hình thành một lớp chất
xốp (tro) bao bọc ở ngoài phần chất rắn còn lại của hạt .

10


(1) Khuếch tán chất khí từ dòng khí lên bề mặt hạt rắn;
(2) Khuếch tán nội qua lớptro;
(3) Phản ứng hóa học trên bề mặt chất rắn;
(4) Khuếch tán sản phẩm trở ra qua lớp tro;
(5) Khuếch tán sản phẩm trở lại vào dòng khí.

11

III. Phản Ứng Hệ Khí - Rắn


Phương trình tổng quát cho một quá trình như vậy có dạng:



Trong đó kg là hệ số chuyển khối trong dòng khí ( là trở lực của quá trình khuếch tán trong dòng khí; là hằng số tốc
độ phản ứng hóa học tính cho một đơn vị bề mặt chất rắn; là hằng số khuếch tán của chất khí trong lớp tro). Động
lực ở đây chính là chất khí cần hấp phụ trong pha khí)

12


IV. Các Quá Trình Không Xúc Tác


Các quá trình không xúc tác trong hệ rắn-khí (S-G) được xử dụng nhiều trong công nghệ hóa học như hấp phụ và giải
hấp phụ chất khí từ chất rắn, thăng hoa và ngưng tụ hơi chất rắn, phân hủy nhiệt nhiên liệu rắn và các quá trình nung
khác nhau.



Các quá trình tiêu biểu cho hệ rắn-khí là nung chất rắn và hấp phụ.

13


IV. Các Quá Trình Không Xúc Tác
a) Nung:



Nung là quá trình xử lý chất rắn ở nhiệt độ cao để thu sản phẩm khí và rắn, đồng thời tạo ra độ bền cơ học cho
chất rắn( quátrìnhlàm khan).



Trong khi nung có thể xảy ra các quá trình hóa lý và hóa học khác nhau như phân hủy nhiệt , thăng hoa, phân ly ,
loại nước cùng với các phản ứng ở pha rắn, phản ứng giữa chất rắn và chất khí và cả phản ứng trong pha - khí.



Khi nung, chất rắn có thể bị nóng chảy một phần và phản ứng với pha khác.

14


Sơ đồ của một quá trình
nung:

15


Một ứng dụng
Quá trình hấp phụ

IV. Các Quá Trình Không Xúc Tác
b) Hấp Phụ:



Hấp phụ là quá trình hấp thụ chất khí lên bề mặt hạt rắn . Hấp phụ khí được xử dụng để thu hồi dung môi để bay hơi ,
để làm sạch không khí khỏi các khí và hơi độc hại , để tách hỗn hơp khít hành các phần riêng biệt…



Hấp phụ và khử hấp phụ đóng vai trò quan trọng trong các quá trình xúc tác dị thể vì đây là giai đoạn chính của quá
trình chuyển hóa các hợp chất . Quá trình hấp phụ chỉ xảy ra trên bề mặt chất rắn.

16


Cân bằng của quá trình hấp phụ được miêu tả bằng quy luật phân bố thành phần chất khí giữa pha khí và pha rắn .
Nó được biểu diễn dưới dạng đường đẳng nhiệt Langmuir.

Trong đó:
G a là lượng chất khí hấp phụ trên một đơn vị khối lượng chất hấp phụ; A, B là các hằng số phụ thuộc vào tính chất của
các pha; là áp suất riêng phần cân bằng của chất khí được hấp phụ.

17


V. Tài Liệu Tham Khảo



CÁM ƠN QUÝ THẦY CÔ VÀ CÁC BẠN

/>

/>oa_hoc.pdf

LẮNG NGHE

18