Chuong 5 hieu ung nhiet do 2014

Chương 5: Hiệu ứng nhiệt độ Temperature Effect Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 8/24/2017 Heats of Reaction and Temperature 8/24/2017 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ Heats of Reaction and Temperature Standard free energy ∆GO 8/24/2017 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ Heats of Reaction and Temperature Equilibrium Conversion The equilibrium composition, as governed by the equilibrium constant, changes with temperature, and from thermodynamics the rate of change is given by: 8/24/2017 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 5.1 Khái 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 nồng độ tác chất Giảm vận tốc độ nhiệt độ phản chuyển hóa ứng tăng giảm Độ chuyển hóa thiết bị phản ứng hoạt động không đẳng nhiệt nhỏ hoạt động đẳng nhiệt Khi thêm lượng vào hạn chế giảm nhiệt độ hạn chế giảm độ chuyển hóa 8/24/2017 Chuong 5-Hieu ung nhiet 5.1 Khái niệm hiệu ứng nhiệt độ Phản ứng khơng 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 8/24/2017 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 8/24/2017 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 8/24/2017 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 8/24/2017 Figure 9.1 Effect of temperature on equilibrium conversion as predicted by thermodynamics (pressure fixed.) Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ General Graphical Design Procedure 8/24/2017 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 10 Feed Temperature, ΔHrxn Adiabatic Cooling Heat Balance over Reactor Q = UA ΔTlm Adiabatic Reactor with Heating or Cooling Q = UA ΔT Best Temperature Path Optimum Inlet Temperature Exothermic Rxn Inter-stage Cooler Lowers Temp Exothermic Equilibria Inter-stage Cold Feed Lowers Temp Lowers Conversion Exothermic Equilibria 5.5 Khoảng nhiệt độ tối ưu V, FA0, XAf 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) 8/24/2017 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 30 5.5 Khoảng nhiệt độ tối ưu V, FA0, XAf Vận tốc phản ứng hàm số theo XA T cho phản ứng thuận nghịch phát nhiệt 8/24/2017 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 31 5.5 Khoảng nhiệt độ tối ưu V, FA0, XAf 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 ∆G0298K = 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)8/24/2017 Lặp lại câu b vớiChương bình khuấy hoạt động ổn định32 5-Hiệu ứng nhiệt độ 5.5 Khoảng nhiệt độ tối ưu V, FA0, XAf 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 8/24/2017 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 33 8/24/2017 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 34 Vận tốc phản ứng theo XA nhiệt độ khác 8/24/2017 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 35 8/24/2017 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 36 Ways of approaching the ideal temperature profile with heat exchange (b) exothermic reaction 8/24/2017 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 37 Ways of approaching the ideal temperature profile with heat exchange: (c) endothermic reaction 8/24/2017 Chuong 5-Hieu ung nhiet 38