2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 1 KỸ THUẬT PHẢN ỨNG Chemical Reaction Engineering Vuõ Baù Minh Bm Maùy Thieát bò – ÑH Baùch Khoa TP.HCM 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 2 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. 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 3 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. 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 4  Kỹ thuật phản ứng đồng thể (Homogeneous chemical reaction eng.)  Kỹ thuật phản ứng dị thể (Heterogeneous chemical reaction eng.) 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 5 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) 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 6 Chương 1: Khái niệm mở đầu QUÁ TRÌNH VẬT LÝ HÓA HỌC THUẬN NGHỊCH K. THUẬN NGHỊCH TH. NGHỊCH K. THUẬ N NG TRUYỀN KHỐI CƠ, NHIỆT CÂN BẰNG PHA Cân bằng P.Ư 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 7 Chương 1: Khái niệm mở đầu _ • Thiết 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 lĩnh vực khác nhau:  Nhiệt động lực học,  Động hóa học,  Cơ lưu chất,  Truyền nhiệt;  Truyền khối. 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 8 Các quá trình trong qui trình sản xuất công nghiệp 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 9 Trước khi thiết kế cần trả lới 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… 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 10 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 [...]... Chuong 1- Khai niem mo dau 14 1.3 Phân lọai phản ứng Đồng thể Không xúc tác Có xúc tác Phản ứng pha khí Dị thể 2/6/2012 Phản ứng pha lỏng Phản ứng cháy cuả ngọn lửa Phản ứng cháy của than Nung quặng Axit + chất rắn Hấp thu + phản ứng Phản ứng ở thể keo Chuong 1- Khai niem mo dau Tổng hợp ammoniac Oxit hóa ammoniac HNO3 Phản ứng cracking, reforming Tổng hợp metanol 15 1.4 Định nghĩa vận tốc phản ứng ... • 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) 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 11... của hệ đẳng áp 2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 3 Các phương pháp xử lý số liệu động học 1 Phương pháp tích phân 2 Phương pháp vi phân 3 Phương pháp thời gian bán sinh (half-life time) 4 Phương pháp tốc độ phản ứng ban đầu (Intial reaction rate) 2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 4 2.1 Thiết bị phản ứng gián đọan có thể tích không đổi (thể tích hỗn hợp phản ứng) • V = const 1 dN i 1 d(C... Chuong 1- Khai niem mo dau 21 Bình phản ứng khuấy trộn 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 22 Bình ống Thiùởt bừ phaón ỷỏng Naphtha vaõ khủ hoaõn lỷu 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 23 Kết hợp giữa hình dạng và phương pháp vận hành sẽ có bao nhiêu dạng thiết bị phản ứng ? 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 24 Chương 2: Xử lý dữ kiện động học (Interpretation of Kinetic Data) 2/6/2012 Chuong 2-Xu ly... kg.h W dt Chuong 1- Khai niem mo dau 20 1.5 Phân lọai thiết bị phản ứng 1) Phương pháp vận hành /họat động (Mode of Operation)  Gián đọan (batch/ unsteady state)  Liên tục (continuous / steady state)  Bán liên tục (semi continuous) 2) Hình dạng thiết bị phản ứng  Khuấy trộn lý tưởng (Ideal Mixing-Stirred Tank)  Ống/ Đẩy lý tưởng (Ideal Plug Flow Reaactor) 3) Số pha của hỗn hợp phản ứng  Đồng thể... dụng trên m3 cơ thể trong một giây Cho biết 2.816 KJ / mol glucose 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 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) 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 19 Thí dụ 1.3 • Hóa chất A → 2R, thiết bị chêm bằng hạt cầu không... thermodynamics)   Nhiệt hấp thu hoặc phóng thích Mức độ phản ứng 1 Nhiệt phản ứng (Heat of reaction) 2 Cân bằng hóa học (Chemical Equilibrium) 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 12 1 Nhiệt phản ứng T H r,T  H r,T 0   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 )   (N i C pi ) tc (T  T0 ) 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 13 2 Cân bằng hóa học 0 F... 2-Xu ly du kien dong hoc 1 • Phương trình vận tốc:  Đặc trưng cho phản ứng  Được xác định từ:  lý thuyết, mô hình cho trước, thực nghiệm  Hai giai đọan: phụ thuộc nồng độ và sự phụ thuộc nhiệt độ 2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 2 Thiết bị phản ứng thí nghiệm có thể họat động gián đọan hoặc liên tục Theo dõi mức độ phản ứng: 1 Nồng độ của một cấu tử 2 Tính chất vật lý của hỗn hợp 3 Áp... ra sản phẩm cháy 108 kg/s Nếu quá trình cháy hòan tòan, tìm vận tốc phản ứng của hydrogen và oxygen • 2/6/2012 H2 1  O2  H 2O 2 Chuong 1- Khai niem mo dau 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... tích hỗn hợp phản ứng  Dựa trên một đơn vị thể tích bình phản ứng  Dựa trên một đơn vị diện tích bề mặt tiếp xúc pha  Dựa trên một đơn vị khối lượng chất xúc tác 2/6/2012 1 dN i ri  , mol/ m 3 h V dt ri ' 1 dN  V b dt 1 dN ri  S dt 1 dN ''' ri  W dt '' Chuong 1- Khai niem mo dau i , mol/m 3 h i , mol/ m 2 h i , mol/ kg h 16 Thí dụ 1.1 • Một động cơ hỏa tiễn đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu gồm H2 . thu + phản ứng Phản ứng ở thể keoPhản ứng cháy cuả ngọn lửa Dị thể Phản ứng pha lỏngPhản ứng pha khí Có xúc tácKhông xúc tácĐồng thể 2/6/2012 Chuong 1- Khai. Chuong 1- Khai niem mo dau 11 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