Chuong 2 xu ly du kien dong hoc

 dC A  k CA dt CA   C A0  ln t dC A  k  dt CA CA  kt C A0 Phương trình vận tốc (PTVT):  Đặc trưng cho phản ứng  Được xác định từ:  lý thuyết, mơ hình cho trước, thực nghiệm Xác định PTVT: Hai giai đoạn: phụ thuộc nồng độ sự phụ thuộc nhiệt độ 8/24/2017 Chương Xử lý kiện động học Thiết bị phản ứng thí nghiệm hoạt động gián đoạn liên tục Theo dõi mức độ phản ứng: Nồng độ cấu tử Tính chất vật lý hỗn hợp Áp suất tổng hệ đẳng tích Thể tích hệ đẳng áp 8/24/2017 Chương Xử lý kiện động học Các phương pháp xử lý số liệu động học Phương pháp tích phân (integral method) Phương pháp vi phân (differential method) Phương pháp thời gian bán sinh (half-life time) Phương pháp tốc độ phản ứng ban đầu (Intial reaction rate) 8/24/2017 Chương Xử lý kiện động học 2.1 Thiết bị phản ứng gián đoạn tích không đổi (thể tích hỗn hợp phản ứng) V = const (thể tích hỗn hợp phản ứng thực ) dN i d(C i V ) C i dV  V dC i dC i ri     V dt V dt V dt dt (2.1) • Khí lý tưởng dpi ri  RT dt (2.2) Trong thực tế, thường đo áp suất tổng hỗn hợp phản ứng pha khí để theo dõi phản ứng aA+ bB Tại t=0 Tại t NAo + = rR + sS NBo + = NRo + NSo + Ntr NR =NRo + rx NS =NSo + sx, Ntr NA= NAo -ax NB= Nbo -bx + Tổng số mol ban đầu: No= NAo+ NBo+ …+NRo+ NSo+ NAo+ Ntr Tại thời điểm t : N = No + x (r+ s+ … – a –b – …) = No+ xn Với n = r+ s+ … – a –b – … 8/24/2017 Chương Xử lý kiện động học pA N A N A0  a x N A0 a N  N0 CA      RT V V V n V hay cho R Với p A  C A RT  p A0 p R  C R RT  p R0 a  (P  P0 ) n r  (P  P0 ) n (2.3) (2.4) Po: p suất tổng lúc ban đầu hệ P: p suất tổng thời điểm t hệ pAo: p suất riêng phần ban đầu A pRo: p suất riêng phần ban đầu R 8/24/2017 Chương Xử lý kiện động học 2.1.1 Phương pháp tích phân 1) Giả thiết chế phương trình vận tốc tương ứng dC A  rA    kf(C) dt 2) Sắp xếp lấy tích phân dC A  rA    f(kC) dt dC A   kdt f(C A ) CA t dC A    F (C A )  k  dt  kt f(C A ) C A0 3) Xác định giá trị F(CA)theo thực nghiệm 4) Vẽ F(CA) theo t 5) Nếu không thẳng, giả thiết lại Hình 2.1 8/24/2017 Chương Xử lý kiện động học (1) Phản ứng không thuận nghịch bậc loại phân tử A→sản phẩm 1) PTVT có dạng: 2) Tách, lấy tích phân ( đơn vị k laø [s-1]) 10 8/24/2017 dC A   k CA dt CA t dC A    k  dt CA C A0 CA  ln  kt C A0 Chương Xử lý kiện động học Thí dụ 2.2 dP  k (3Po  P)n dt Với bình phản ứng gián đoạn tích khơng đổi: Cuối cùng, giả sử n = Biểu thức tích phân cho: dP  k(3Po  P) dt 2Po ln  kt 3Po  P t, ph P, mmHg 2Po/(3Po-P), 0,0 2,5 5,0 10,0 15,0 20,0 7,5 10,5 12,5 15,8 17,9 19,4 1,00 1,25 1,50 2,24 3,26 4,84 36 8/24/2017 Chương Xử lý kiện động học 2.2 Thiết bị phản ứng gián đoạn tích (thể tích hỗn hợp phản ứng) thay đổi dN i d(C i V) VdC i  C i dV ri    V dt V dt V dt dC i C i dV  ri   dt V dt V  V0 1   A X A  → Thể tích hỗn hợp phản ứng A  37 VX A   VX A  VX A  8/24/2017 → phần thể tích biến đổi Chương Xử lý kiện động học Viết lại biểu thức N A N A0 1  X A   XA CA    C A0 V V0 1   A X A    AXA N A0d1  X A  dN A  rA     V dt V0 1   A X A  dt C A0 dX A    A X A dt 38 8/24/2017 Chương Xử lý kiện động học 2.2 Thiết bị phản ứng gián đoạn tích (thể tích hỗn hợp phản ứng) thay đổi 1- Phản ứng bậc 0: Trong phản ứng bậc vận tốc phản ứng độc lập với nồng độ tác chất  rA  CA0 dN A dX A    k V dt   A X A dt dX A CAo CA  ln(1   A X A ) o o  A X A A CAo  V   ln    kt A  Vo   39 XA 8/24/2017 Chương Xử lý kiện động học 2.2 Thiết bị phản ứng gián đoạn tích (thể tích hỗn hợp phản ứng) thay đổi 2- Phản ứng bậc một: phương trình vận tốc phản ứng bậc loại phân tử là: 1 dN A = kCA V dt CA kCA (1  XA ) dX o o A =  A X A dt   AXA Dẩng tđch phên laâ: –ln (1  X A ) = kt hay biïíu diïỵn theo thïí tđch tưíng cưång ca hïå :  V   ln    = kt    V A o  40 8/24/2017 Chương Xử lý kiện động học 2.2 Thieát bị phản ứng gián đoạn tích (thể tích hỗn hợp phản ứng) thay đổi 3- Phản ứng bậc hai: 2A  sẫn phêím A + B  sẫn phêím C A  CB o o Phûúng trịnh vêån tưëc phẫn ûáng lâ: CA dX A   XA o = kCA   A X A dt o    A XA    XA   X A A dX = (1   A ) X A   ln (1  X ) = kC t A A A A o o (1  X )2  XA A  41 8/24/2017 Chương Xử lý kiện động học 2.2 Thiết bị phản ứng gián đoạn tích (thể tích hỗn hợp phản ứng) thay đổi 4- Phản ứng bậc n: n   XA  dN A n n  = kCA = kCA   V dt o   A X A  dạng tích phân là: X A (1  A X A ) n1 n1 kt dX = C A Ao n o (1  XA )  42 8/24/2017 Chương Xử lý kiện động học 2.3 Nhiệt độ tốc độ phản ứng Định luật Arrhénius k = k0 e- E / RT với: k0: thừa số tần số (frequency factor) E : lựơng hoạt hóa (activation energy), J/mol R: số khí = 8,27 J/mol.K T: K 43 8/24/2017 Chương Xử lý kiện động học Ảnh hưởng nhiệt độ lên tốc độ phản ứng a) Bình thường b) Phản ứng dị thể trình truyền khối kiểm sóat, (-r) tăng chậm theo T c) Phản ứng nổ, (-r) tăng nhanh nhiệt độ bốc cháy d) Phản ứng xúc tác tốc độ hấp phụ kiểm sóat (T tăng làm giảm hấp phụ) hay phản ứng enzym e) Phản ứng phức tạp có phản ứng phụ tăng đáng kể nhiệt tăng f) Phản ứng thuận nghịch phát nhiệt 44 8/24/2017 Chương Xử lý kiện động học 45 8/24/2017 Chương Xử lý kiện động học Quá trình truyền nhiệt cho bình phản öùng 46 8/24/2017 Chương Xử lý kiện động học 47 8/24/2017 Chương Xử lý kiện động học Câu hỏi ôn tập Các phương pháp theo dõi phản ứng? Phương pháp xử lý số liệu động học? Xử lý số liệu động học cho pha khí 48 8/24/2017 Chương Xử lý kiện động học