Chuong 1 mo dau

KỸ THUẬT PHẢN ỨNG Chemical Reaction Engineering 8/24/2017 Tài liệu tham khảo 1) Vũ Bá Minh, “Quá trình & TB 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 8/24/2017 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 3”,Elsevier, 1979 4) Richard M Felder, “Elementary Principles of Chemical Processes”, John Wiley & sons, 2000 8/24/2017  Kỹ thuật phản ứng đồng thể (Homogeneous chemical reaction eng.)  Kỹ thuật phản ứng dị thể (Heterogeneous chemical reaction eng.) 8/24/2017 Kỹ thuật phản ứng đồng thể Chương 1: Khái niệm mở đầu (Introduction to Chem Reaction Eng.) Chương 2: Xử lý 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) 8/24/2017 Chương 1: Khái niệm mở đầu QUÁ TRÌNH HÓA HỌC VẬT LÝ THUẬN NGHỊCH KHƠNG THUẬN NGHỊCH TRUYỀN KHỐI CƠ, NHIỆT THUẬN NGHỊCH KHƠNG THUẬN NGHỊCH Cân P.Ư CÂN BAÈNG PHA 8/24/2017 Chương 1: Khái niệm mở đầu Thiết kế thiết bị phản ứng (T.B.P.Ư) khơng có khn mẫu, có thể có nhiều thiết kế, bản thiết kế tối ưu kinh tế Liên quan đến nhiều lĩnh vực khác nhau: Nhiệt động lực học, Động hóa học, Cơ lưu chất, Truyền nhiệt; Truyền khối 8/24/2017 Các q trình qui trình sản xuất cơng nghiệp 8/24/2017 8/24/2017 Chương Sản xuất phân urê 8/24/2017 Chương Cân hóa học Liên hệ biến đổi lượng tự chuẩn ∆Fo số cân K: F0   RT ln K d lnK Van't Hoff  dT H 0r, T0  constant ln 8/24/2017 K T2 K T1 H 0r, T0 RT  H 0r,T0  1     R T1   T2 32 1.3 Phân loại phản ứng Đồng thể Dị thể 8/24/2017 Không xúc tác Có xúc tác Phản ứng pha khí Phản ứng pha lỏng Phản ứng cháy cuả lửa Phản ứng cháy than Nung quặng Axit + chất rắn Hấp thu + phản ứng Phản ứng thể keo Tổng hợp ammoniac Oxit hóa ammoniac HNO3 Phản ứng cracking, reforming Tổng hợp metanol 33 1.4 Định nghĩa vận tốc phản ứng  Dựa đơn vị thể tích hỗn hợp phản ứng dN i ri  , mol/ m h V dt dN  V b dt  Dựa đơn vị thể tích bình phản ứng ri  Dựa đơn vị diện tích bề mặt tiếp xúc pha dN i ri  ,m o l/m h S dt  Dựa đơn vị khối lượng chất xúc tác dN i ri  , m o l/k g h W dt ' i , mol/m h '' ''' 34 8/24/2017 Thí dụ 1.1 Một động hỏa tiễn đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu gồm H2 O2 lỏng Buồng đốt hình trụ có đường kính 60cm, chiều dài 75cm q trình đốt sinh sản phẩm cháy 108 kg/s Nếu trình cháy hịan tịan, tìm vận tốc phản ứng hydrogen oxygen H2 8/24/2017  O2  H 2O 35 Thí dụ 1.2 Một người nặng 75 kg tiêu thụ khỏang 6.000 kJ thực phẩm ngày Giả sử tất thực phẩm glucose phản ứng tổng quát sau C6 H12 O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O -∆Hr = 2.816 kJ Tính tốc độ biến dưỡng theo số mol oxygen sử dụng m3 thể giây Cho biết 2.816 KJ / mol glucose 8/24/2017 36 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 hai pha Truyền nhiệt Giai đoạn kiểm soát vận tốc (rate controlling step) 8/24/2017 37 Thí dụ 1.3 Hóa chất A → 2R, thiết bị chêm hạt cầu không rỗng:  Diện tích bề mặt riêng : a = 200m2/m3 tầng chêm  Khối lượng riêng xốp: ρB = 2.908 kg/m3 (bulk density)  Độ rỗng tầng chêm ε = 0,40  Xác định đơn vị đại lượng dạng phương trình vận tốc khác ? dN A (-r )   0,1 C A , mol/ kg.h W dt ''' A 38 8/24/2017 (-rA''' )  - dN A  0,1 C A , molA/ (kg chat xuc tac).(h) W dt a) Đơn vị CA (mol A)/  thể tích rỗng (-rA''' )  - dN A W dt    mol A  the tich rong   molA  0,1 C , A (kg chat ran)(h)  (kg chat ran)(h)    the tich rong  b) Dựa đơn vị thể tích bình phản ứng Khối lượng chất xúc tác cho đơn vị thể tích bình phản ứng W/Vb = 2908kg/m3 thể tích bình phản ứng dN A mol A W dN A W  dN A  W ''' (-r )         r A  Vb dt ( binh phan ung)(h) Vb W dt Vb  W dt  Vb   ' A    the tich rong   molA (-rA' )  (2,908kg/l) 0,1 C ,   A  the tich rong   (kg chat ran)(h)     0,2908  the tich rong C A , molA / the tich rong  ( binh phan ung)(h) 39 8/24/2017 c) Dựa đơn vị thể tích lưu chất Độ rỗng V/Vb = 0,4 l thể tích rỗng/ l thể tích bình (-rA )  - V dN A Vb dN A mol A   b  (rA' ) V dt ( the tich rong)(h) V Vb dt V   binh phan ung    the tich rong  (-r )   0,2908  C A , molA / the tich rong     ( binh phan ung)(h)   0,4  the tich rong   ' A  (0,727h 1 )(C A , molA/ the tich rong) d) Dựa đơn vị diện tích bề mặt xúc tác (-rA'' )  - V dN A Vb dN A mol A   b  (rA' ) S dt (m be mat)(h) S Vb dt S 3    m binh phan ung m the tich rong  '' (-rA )    0,2908   CA , molA /  the tich rong  m be mat (m binh phan ung)(h)   200   m the tich rong  (1,45.10 )(C A , molA/ the tich rong) (m be mat)(h) 3 40 8/24/2017 1.5 Phân lọai thiết bị phản ứng 1) Phương pháp vận hành /hoạt động (Mode of Operation)  Gián đoạn (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)  Ống/ Đẩy lý tưởng (Ideal Plug Flow) 3) Số pha hỗn hợp phản ứng  Đồng thể  Dị thể 8/24/2017 41 Các dạng bình phản ứng khuấy trộn 8/24/2017 Chuong - Phuong trinh thiet ke 42 Bình phản ứng khuấy trộn 8/24/2017 43 Thiết bị phản ứng dạng ống lý tưởng 8/24/2017 Chuong - Phuong trinh thiet ke 44 Bình ống 8/24/2017 45 Kết hợp hình dạng phương pháp vận hành có dạng thiết bị phản ứng ? 8/24/2017 46