KTPU_Chuong 6.ppt

kỹ thuật phản ứng

CHƯƠNG 6: ĐẠI CƯƠNG VỀ PHẢN ỨNG DỊ THỂ PHÂN LOẠI PHẢN ỨNG DỊ THỂ PHƯƠNG TRÌNH VẬN TỐC THIẾT BỊ PHẢN ỨNG DỊ THỂ www.themegallery.com PHÂN LOẠI PHẢN ỨNG DỊ THỂ Khi thiết kế phản ứng dị thể thường gặp khó khăn chính:  Sự phức tạp phương trình vận tốc phản ứng: vừa phải xét yếu tố động hóa học cho phản ứng vứa phải xét đến trình truyền khối trình thay đổi số pha diện hệ  Phương pháp tiếp xúc pha: hệ dị thể lý tưởng lưu chất theo dịng khuấy trộn dạng ống (liên tục) hoạt dạng rắn, bọt (khơng liên tục) Có nhiều cách tiếp xúc pha khác nên khơng có phương trình thiết kế tổng quát áp dụng cho cách tiếp xúc pha Vì vậy, vấn để thiết kế phản ứng dị thể cịn mang nhiều tính kinh nghiệm dựa kết qua thí nghiệm hay nhà máy mẫu www.themegallery.com PHÂN LOẠI PHẢN ỨNG DỊ THỂ 1.1 Phản ứng khí - rắn  Phản ứng quan trọng công nghiệp hóa chất, phản ứng pha rắn xúc tác cracking, đồng hóa, reforming,… phản ứng pha rắn tác chất nung quặng FeS, ZnS,…  Phản ứng khí rắn khơng xúc tác • Trong phản ứng khí rắn không xúc tác vận tốc phản ứng hàm số theo thời gian, vị trí, pha rắn thường dịng liên tục qua thiết bị phản ứng • Để thiết lập biểu thức tốc độ phản ứng ta phải xác định rõ mơ hình phản ứng xảy từ tiên đốn biểu thức tốc độ ngược lại • Có hai mơ hình đặc trưng cho phản ứng rắn – khí dị thể: có thay đổi kích thước hạt rắn khơng có thay đổi kích thước www.themegallery.com PHÂN LOẠI PHẢN ỨNG DỊ THỂ www.themegallery.com PHÂN LOẠI PHẢN ỨNG DỊ THỂ  Phản ứng khí rắn xúc tác • Chất xúc tác phản ứng khơng biết nhiều cần phải dọ dẫm để tìm xúc tác thích hợp • Cơ cấu hóa học giống xúc tác khơnng đảm bảo hoạt tính xúc tác giống • Cấu trúc vật lý tinh thể phần cho biết hoạt tính xúc tác, nghiên cứu xúc tác thường tập trung vào cấu trúc bề mặt vật liệu • Các phần tử tác chất biến đổi, hoạt hóa, ảnh hưởng lên tạo thành chất trung gian vùng gần bề mặt xúc tác • Xúc tác làm giảm hàng rào lượng qua tác chất biến đổi thành sản phẩm • Mặc dù xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng không làm thay đổi số cân phản ứng • Vật liệu làm chất xúc tác phải có bề mặt riêng lớn www.themegallery.com PHÂN LOẠI PHẢN ỨNG DỊ THỂ 1.2 Phản ứng lỏng - rắn Với pha rắn chất xúc tác ta có phản ứng alkyl hóa với chất xúc tác AlCl3 Trong phản ứng chất xúc tác thường tạo phức với tác chất hay sản phẩm tạo thành hỗn hợp lỏng rắn Lý thuyết mơ tả q trình phản ứng có đơn giản chủ yếu theo lý thuyết phản ứng khí rắn 1.3 Phản ứng khí - lỏng - rắn Trong hệ tác chất thể khí thường gặp phản ứng polime hóa Thí vụ etyen polyme hóa cách cho etylen hịa tan dung mơi với hạt xúc tác thể rắn hay phản ứng hydrogen hóa chất lòng dầu ăn với xúc tác thể rắn www.themegallery.com PHÂN LOẠI PHẢN ỨNG DỊ THỂ 1.4 Phản ứng lỏng – lỏng  Loại phản ứng phổ biến tổng hợp hữu  Phương pháp tính tốn chịu ảnh hưởng yếu tố sau: •Biểu thức vận tốc tổng quát bao gồm vận tốc truyền khối vận tốc phản ứng •Độ hoàn tan cân định phản ứng xảy pha hay hai pha •Mơ hình tiếp xúc pha thơng thường mơ hình tiếp xúc pha gián đoạn hệ khuấy – lắng chiều nghịch chiều 1.5 Phản ứng khí – lỏng Quá trình hấp thu chất khí vào chất khí vào chất lịng kèm theo phản ứng hóa học www.themegallery.com VẬN TỐC PHẢN ỨNG 2.1 Định nghĩa Vận tốc biến đổi theo vị trí hệ thống theo nhiệt độ, áp suất, nồng độ Do ta cần tính vận tốc phản ứng chất A tồng cộng cho tồn hệ thống ta tiến hành lấy tích phân V   rA .dV V   r' A .dVb S   r" A .dS W   r" ' A .dW V   r" " A .dVr b r Trong trường hợp phản ứng giống điểm hệ thống   rA .V   www.themegallery.com r' A  Vb   r" A  S   r" ' A  W   r" " A  Vr VẬN TỐC PHẢN ỨNG 2.2 Biểu thức vận tốc  Nguyên tắc kết hợp Giả sử ta có q trình bao gồm q trình thành phần có vận tốc là: -r1, -r2, …, -rn Nếu trình xảy độc lập vận tốc tổng quát n  rt    ri  i 1 Nếu trình xảy nối tiếp trạng thái ổn định vận tốc thành phần phải  rt  r2  r3   rn www.themegallery.com VẬN TỐC PHẢN ỨNG  Những điểm cần lưu ý kết hợp •Phải quy đổi vận tốc thành phần quy đổi thành dạng •Biểu thức vận tốc tổng quát phải viết theo nồng độ hay hiệu nồng độ đo  Q trình kiểm sốt vận tốc: q trình phản ứng có trở lực vượt qua trở lực phản ứng xảy Những trình gọi q trình hay giai đoạn kiểm sốt, chúng q trình chậm so với q trình cịn lại Vận tốc tổng qt vận tốc q trình kiểm sốt  Tuyến tính hóa: nhằm mục đích kết hợp q trình khác đơn giản chi mang tính gần đúng, hạn chế biện pháp phải dùng www.themegallery.com THIẾT BỊ PHẢN ỨNG DỊ THỂ Thiết bị phản ứng khí – rắn không xúc tác www.themegallery.com THIẾT BỊ PHẢN ỨNG DỊ THỂ Thiết bị phản ứng lỏng – lỏng khí – lỏng www.themegallery.com THIẾT BỊ PHẢN ỨNG DỊ THỂ Thiết bị phản ứng khí – rắn có xúc tác www.themegallery.com