chương 2 động học các phản ứng dị thể

Phản ứng dị thể: phản ứng xảy ra giữa các chất không cùng pha với nhausự cháy của các nhiên liệu rắn hoặc lỏng, sự khử các oxyt rắn bới chất khí, các phản ứng chuyển hóa hyrocacbon với

Trang 1

Chương 2 ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG DỊ THỂ

2.1.SỰ KHUYẾCH TÁN

2.1.1 Định luật Fick 1

2.1.2 Định luật Fick 2

2.2.ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG DỊ THỂ THƯỜNG GẶP

2.2.1.Động học các phản ứng bề mặt

2.2.2.Các miền phản ứng

2.2.3.Động học các phản ứng xúc tác

2.2.4.Động học quá trình hoà tan

2.2.5.Động học quá trình kết tinh

Trang 2

Phản ứng dị thể: phản ứng xảy ra giữa các chất không cùng pha với nhau

(sự cháy của các nhiên liệu rắn hoặc lỏng, sự khử các

oxyt rắn bới chất khí, các phản ứng chuyển hóa

hyrocacbon với xúc tác rắn)

Phản ứng không xảy ra trong pha thể tích mà trên bề mặt tiếp xúc giữa các pha liên quan đến sự chuyển chất của quá trình dị thể

1.SỰ KHUYẾCH

TÁN

Trang 3

Qúa trình phản ứng dị thể thường xảy ra, ít nhất, 3 giai đoạn sau:

1.Vận chuyển các chất tham gia phản ứng đến bề mặt phân cách

pha- vùng phản ứng (đưa oxy đến bề mặt than để thực hiện phản

ứng đốt cháy, đưa các hydrocacbon đến bề mặt xúc tác rắn để thực hiện các phản ứng chuyển hóa)

2 Phản ứng hoá học bề mặt xảy ra trên ranh giới phân cách pha.

3.Vận chuyển các sản phẩm ra khỏi vùng phản ứng.

Tốc độ phản ứng dị thể phụ thuộc vào tốc độ của từng giai đoạn

Tốc độ giai đoạn nào chậm nhất sẽ quyết định tốc độ chung của cả quá trình.

TÁN

Trang 4

Khuếch tán là một quá trình chuyển hoá chất trong không gian dẫn đến sự san bằng nồng độ trong dung dịch.

Khuếch tán xảy ra một cách tự diễn biến khi có sự chênh lệch nồng độ Dòng chất sẽ đi từ miền nồng độ cao sang miền nồng độ thấp Động học của khuếch tán là gradient nồng độ.

Trong khuếch tán, chất di chuyển theo không gian và thời gian, do đó nồng độ của chất là hàm số của toạ độ (x,y,z) và thời gian t

C=f(x,y,z,t) 1.SỰ KHUYẾCH

TÁN

Trang 5

Tốc độ khuyếch tán vkt được định nghĩa là lượng chất chuyển qua một đơn vị thời gian, qua một đơn vị thiết diện khuyếch tán

.

kt

dn v

S dt

=

dn:lượng chất khuyếch tán dt:khoảng thời gian khuyếch tán S:thiết diện khuyếch tán (vuông góc với hướng khuyếch tán)

TÁN

Trang 6

.

dC/dx: biến thiên nồng độ theo

hướng khuếch tán x

D: hệ số khuyếch tán, chính là vận

tốc khuyếch tán khi gradient nồng

độ bằng đơn vị

Tốc độ khuyếch tán phụ thuộc vào gradient nồng độ Gradient càng lớn thì sự khuyếch tán càng nhanh và càng thuận lợi

ĐỊNH LUẬT FICK 1

Giá trị vận tốc luôn luôn dương

TÁN

Trang 7

Cho biết mối quan hệ giữa nồng độ, thời gian và khoảng cách khuyếch tán

Trong 1 thời gian t có một lượng P1 chất đi qua S1, một phần lưu lại S1 và một phần đi qua S2 Hiệu số dòng khuếch tán P1-P2 được tích tụ trong một đơn vị thời gian là S.dx=dx Nồng độ trong thể tích dx biến thiên là dC Lượng chất tăng lên trong thể tích dx sau thời gian dt là dx.dC Như vậy:

Trang 8

a: khoảng cách khuyếch tán Tốc độ biến thiên nồng độ

D: hệ số khuyếch tán, chính là vận tốc khuyếch tán khi gradient nồng độ bằng đơn vị.

Phản ánh mối quan hệ giữa tốc độ biến thiên nồng độ trong lớp khuyếch tán với gradient nồng độ

Trang 9

Đó là trường hợp khi lượng chất khuyếch tán đi vào nguyên tố thể tích dx đúng bằng lượng đi ra Do đó, nồng độ của chất không biến đổi theo thời gian, nghĩa là

ĐỘNG HỌC KHUYẾCH TÁN ỔN ĐỊNH

Trang 10

TÁN

ĐỘNG HỌC KHUYẾCH TÁN ỔN ĐỊNH

Vận tốc khuyếch tán trong trường hợp khuếch tán

ổn định được xác định bằng công thức

Trang 11

1.ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG BỀ MẶT:

Phản ứng dị thể thường gặp là phản ứng dị thể khí-rắn, lỏng –rắn.

Pha rắn thường là chất tham gia phản ứng (cacbon trong phản ứng cháy, oxyt trong phản ứng khử) hoặc các chất xúc tác rắn (zeolit trong phản ứng cracking hydrocacbon).

2.ĐỘNG HỌC MỘT SỐ PHẢN ỨNG DỊ THỂ THƯỜNG GẶP

Trang 12

1.ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG BỀ MẶT:

Khi pha khí hoặc lỏng tiếp xúc với pha rắn ở trạng thái động (thí dụ như dòng khí hoặc lỏng chảy qua các hạt rắn) thì trên bề mặt bao giờ cũng tồn tại một màng khí lỏng ổn định với độ dày Sự chuyển chất qua màng luôn tuân theo các Định luật khuyếch tán Do đó, màng được gọi là màng khuyếch tán Phía bên ngoài màng là

pha thể tích được dùng các biện pháp cưỡng bức như khuấy trộn, đối lưu nên nồng độ pha thể tích gần như giống nhau tại mọi điểm.

δ

Trang 13

*Tốc độ khuyếch tán rất nhỏ so với tốc độ phản ứng bề mặt vkt = vpubm

Giả sử nồng độ của A trong pha khí là C 1, trên bề mặt của R, nồng độ của A là

C 2 , nhưng vì nên chất A chuyển đến bao nhiêu thì lập tức phản ứng hết bấy nhiêu.

v = v

1.ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG BỀ MẶT

Tốc độ phản ứng = tốc độ khuếch tán 2.ĐỘNG HỌC MỘT SỐ PHẢN ỨNG DỊ THỂ THƯỜNG GẶP

Trang 14

khoảng 7kcal/mol

2-1.ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG BỀ MẶT

Khi E kt 7 nên kiểm tra phản ứng có bị khống chế bởi quá trình khuyếch tán ko?

≤

Trang 15

*Tốc độ khuyếch tán tương đương với tốc độ phản ứng bề mặtvkt = vpubm

Trang 16

*Tốc độ khuyếch tán tương đương với tốc độ phản ứng bề mặtvkt = vpubm

1 2

Trang 17

1 1 1

kt pubm pu

k k k

*Tốc độ khuyếch tán tương đương với tốc độ phản ứng bề mặt vkt = vpubm

Trở lực

Trở lực phản ứng chung bằng tổng trở lực của từng giai đoạn

Trang 18

*Tốc độ phản ứng bề mặt rất nhỏ so với tốc độ khuyếch tán vpubm = vkt

Tốc độ phản ứng chung được quyết định bởi tốc độ phản ứng bề mặt

Vì vkt rất lớn, nên ở bề mặt rắn:

PHẢN ỨNG LÀ BẬC KHÔNG

TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG LÀ MỘT ĐẠI LƯỢNG KHÔNG ĐỔI THEO THỜI GIAN 1.ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG BỀ MẶT

Trang 19

2 CÁC MIỀN PHẢN ỨNG

Miền động học

Miền khuyếch tán

Miền quá độ

Miền khuếch tán

Miền quá độ

Miền phản ứng nói lên quan hệ giữa các tốc độ của mỗi giai đoạn (khuếch tán, hóa học) đối với tốc

độ chung của quá trình Miền động học thường tồn tại ở khoảng nhiệt

độ thấp, khi nâng nhiệt độ, pư tiến dần vào miền quá độ sau đó đi vào vùng khuếch tán

Trang 20

2 ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN Ứ NG XÚC TÁC

Phản ứng xúc tác khí –rắn

Xúc tác rắn

Để thực hiện phản ứng, chất A phải được hấp phụ hóa học trên

bề mặt xúc tác theo phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir

pA áp suất của A trong pha khí

Trang 23

2 ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN Ứ NG XÚC TÁC

Phản ứng xúc tác rắn-lỏng

Xúc tác rắn

Để thực hiện phản ứng, chất A phải được hấp phụ hóa học trên bề

mặt xúc tác theo phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freudlich

1

Trang 24

số đối với chất tan

Trang 25

ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH HOÀ TAN

Hoà tan là một phản ứng hoá học bề mặt Dưới tác dụng của dung môi, các phân tử của bề mặt rắn bị solvat hoá và tách khỏi mạng lưới cứng, tạo thành một dung dịch bão hoà bề mặt với nồng độ C 0 (nồng độ bão hoà)

Vì tốc độ khuyếch tán từ bề mặt rắn qua màng khuyếch tán thường chậm hơn giai đoạn solvat hoá, do đó, trên bề mặt chất tan luôn bão hoà chất tan.

δ

Trang 26

Động học của quá trình hoà tan rắn vào lỏng thực chất là quá trình khuyếch tán với nồng độ ban đầu là C0,nồng độ C và hướng khuyếch tán là từ bề mặt rắn đến pha lỏng Tốc độ quá trình khuyếch tán là:

Trang 27

Phương trình động học của quá trình hoà tan là:

00

1 ln

ht

C k

Trang 28

ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH KẾT TINH

Kết tinh là quá trình hình thành các tinh thể rắn từ pha lỏng Đó là quá trình chuyển pha

Kết tinh bao gồm 2 giai đoạn:

*Giai đoạn tạo mầm tinh thể, gắn liền với điều kiện quá lạnh (hoặc quá bão

Trang 29

A RT m

C = Be −

Nồng độ của mầm được xác định như sau:

B:hằng số

Am:Công tạo mầm

Như vậy, tại một nhiệt độ nhất định công Am càng nhỏ thì nồng độ mầm càng lớn và ngược lại.

Gọi vm là tốc độ tạo mầm, số mầm tạo thành trong một đơn vị thời gian

Trang 30

( )

3 2

v kv C

v k e

v k e e

B A

T T

T

M B

Tốc độ tạo mầm

Tốc độ khuyếch tán

Đối với mầm lập phương

Trang 31

22

Trang 32

*Khi độ quá bão hòa nhỏ: Tốc độ tạo mầm nhỏ hơn tốc độ phát triển mầm, số lượng mầm ít, tính thể lớn

*Khi độ bão hòa lớn:Tốc độ tạo mầm lớn hơn tốc độ phát triển mầm: Lượng mầm tạo ra nhiều, tính thể nhỏ

*Khi có mầm lạ (tạp chất không tan) thì sự xuất hiện mầm tinh thể dễ dàng hơn trên các mầm lạ, nhất là giữa mầm lạ

và mầm kết tinh có cấu trúc tương tự nhau

Định dạng
Số trang	32
Dung lượng	1,68 MB