Chương 5: Hiệu ứng nhiệt độ Temperature Effect 06/08/2023 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 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 5.1 Khaùi niệm hiệu ứng nhiệt độ Phản ứng khơng thuận nghịch – Thu nhiệt: độ chuyển hóa tăng → nhiệt độ giảm trừ ta cấp cho hệ thống lượng nhiệt lớn lượng nhiệt phản ứng hấp thu Giảm Giảm nồng độ tác nhiệt độ chất độ chuyển hóa tăng vận tốc phản ứng giảm Độ chuyển hóa thiết bị phản ứng hoạt động khơng đẳng nhiệt nhỏ hoạt động đẳng nhiệt Khi thêm lượng vào hạn chế giảm nhiệt độ hạn chế giảm độ chuyển hóa 06/08/2023 Chuong 5-Hieu ung nhiet 5.1 Khái niệm 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 tăng nhiệt độ lớn giảm vận tốc phản ứng giảm nồng độ tác chất Thơng thường độ chuyển hóa thiết bị phản ứng hoạt động không đẳng nhiệt lớn cho trình đẳng nhiệt Tuy nhiên phản ứng phụ yếu tố khác giới hạn nhiệt độ cho phép Trong trường hợp trình hoạt động hữu hiệu phụ thuộc vào trình truyền nhiệt mơi trường ngồi để tránh q nhiệt cục 06/08/2023 Chuong 5-Hieu ung nhiet Vận tốc phản ứng không thuận nghịch theo độ chuyển hóa bình phản ứng đọan nhiệt Hình 5.1 Vận tốc phản ứng theo độ chuyển hóa bình phản ứng đoạn nhiệt 06/08/2023 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 5.1 Khái niệm hiệu ứng nhiệt độ Phản ứng thuận nghịch  Thu nhiệt: tăng nhiệt độ làm tăng độ chuyển hóa cân vận tốc → phản ứng không thuận nghịch nhiệt độ sử dụng cao → thiết kế thiết bị phản ứng phải kèm với phận cung cấp nhiệt cho hệ thống  Phát nhiệt: Tăng nhiệt độ làm tăng vận tốc phản ứng thuận ngược lại làm giảm độ chuyển hóa tối đa đạt 06/08/2023 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ Độ chuyển hóa – nhiệt độ cho phản ứng thuận nghịch bậc bình khuấy họat động đọan nhiệt Hình 5.2 Độ chuyển hóa - nhiệt độ cho phản ứng thuận nghịch bậc bình khuấy hoạt động đoạn nhiệt 06/08/2023 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 5.2 Bình khuấy lý tưởng hoạt động ổn định Bình khuấy lý tưởng hoạt động ổn định nên nhiệt độ khơng đổi vận tốc phản ứng số Giải hệ phương trình:  Tốc độ phản ứng;  Cân vật chất (phương trình thiết kế)  Cân lượng 06/08/2023 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ Điều kiện hoạt động ổn định cho bình khuấy lý tưởng hoạt động ổn địnhPhản ứng bậc X Af  k0 e   E/RTf  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) 06/08/2023 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 10 5.3 Bình khuấy lý tưởng hoạt động gián đoạn Phương trình cân nhiệt lượng 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 hoá suất Khoảng nhiệt độ tối ưu có thể: • đẳng nhiệt • thay đổi theo thời gian • thay đổi theo chiều dài • từ bình khuấy sang bình khuấy khác 06/08/2023 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 13 Phản ứng không 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 nhiệt độ cao • Nhiệt độ bị giới hạn vật liệu chế tạo phản ứng phụ 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 vận tốc Sử dụng nhiệt độ cao 06/08/2023 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 15 Phản ứng thuận nghịch phát nhiệt Tăng nhiệt độ tăng tốc độ phản ứng làm giảm độ chuyển hoá cân bằng, ngược lại Phản ứng thực với nhiệt độ giảm dần từ lúc bắt đầu đến 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 hàm số theo XA 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 A R a) Từ 00C đến 1000C xác định độ chuyển hoá cân XAe theo nhiệt độ cho phản ứng ∆F0298K = 1.744 cal/mol, ∆Hr,298K= - 18.000 cal/mol b) Phản ứng thực bình ống t = 10 phút Xác định độ chuyển hoá thiết bị phản ứng hoạt động đẳng nhiệt 250C, 650C nhiệt độ tối ưu Thí nghiệm động học bình gián đoạn:  XA = 0,793 sau 19 phút 250C  XA = 0,691 sau phút 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 A R d) Sử dụng khoảng nhiệt độ tối ưu cho bình ống với CA0=1mol/lít, tính t để đạt XA = 0,76 xác định tỷ lệ tăng 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 xác định tỷ lệ tăng suất so với hoạt động đẳng nhiệt nhiệt độ, độ chuyển hoá đạt bình 06/08/2023 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 19 06/08/2023 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 20