Bai giang_Ky thuat phan ung

BÀI GIẢNG SỐ 1 SỐ TIẾT: 03 I. TÊN BÀI GIẢNG: KHÁI NIỆM MỞ ĐẦU II. MỤC TIÊU: Bài học giúp cho người học có khả năng hiểu và nắm được những khái niệm cơ bản nhất, những yêu cầu ban đầu của môn học để áp dụng cho những khái niệm và quy trình sâu hơn. III. ĐỒ DÙNG VÀ PHƯƠNG TIỆN GIẢNG DẠY: - Giáo trình kỹ thuật phản ứng. - Tài liệu tham khảo: kỹ thuật phản ứng – Ngô Thị Nga. - Máy chiếu overhead hoặc projector IV. NỘI DUNG BÀI GIẢNG 1. Giới thiệu môn học (30 phút) • Thế nào là kĩ thuật phản ứng Kỹ thuật phản ứng gắn liền với các quá trình trong đó có các phản ứng hoá học xảy ra.Trong các ngành công nghiệp quan trọng như công nghiệp hoá chất, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp luyện kim, công nghiệp vật liệu xây dựng thì quá trình biến đổi hoá học là quá trình cơ bản. • Quy trình công nghệ hoá học cơ bản liên quan đến kĩ thuật phản ứng và đánh giá. Những phản ứng xảy ra trong thiết bị phản ứng không chỉ là những phản ứng hoá học tuân theo những định luật biến đổi thuần tuý mà còn nhiều quá trình cùng xảy ra và tác động qua lại lẫn nhau.Các quá trình xảy ra trong thiết bị phản ứng là quá trình tổng hợp bao gồm quá trình thuỷ lực, quá trình truyền nhiệt, quá trình chuyển khối và phản ứng hoá học. • Giới thiệu giáo trình tài liệu tham khảo 2. Những khái niệm cơ bản (30 phút) • Hỗn hợp phản ứng Hỗn hợp phản ứng: là tập hợp các chất tham gia phản ứng bao gồm: các chất trực tiếp tham gia phản ứng và các chất trợ phản ứng. Các chất tham gia phản ứng là các chất trực tiếp tham gia vào phản ứng để tạo thành sản phẩm, các chất tham gia ban đầu sẽ chuyển hoá trong quá trình phản ứng và tạo ra sản phẩm phản ứng. Các chất trợ phản ứng(xúc tác) là những chất không tham gia vào biến đổi hoá học mà chỉ có tác dụng làm thay đổi tốc độ phản ứng. Các chất trợ phản ứng không làm thay đổi tính chất hoá-lý.Chúng là những chất như: xúc tác, chất trơ, dung dịch đệm. 1 • Nồng độ Nồng độ phần mol x j của cấu tử j;là số mol của cấu tử j trên tổng số mol của hỗn hợp phản ứng: ∑ = = n j j j n n x 1 Nồng độ phần khối lượng: j y của cấu tử j là khối lượng của cấu tử j trên tổng khối lượng hỗn hợp phản ứng: j y = ∑ = n j j m m 1 Nồng độ mol C j (gọi tắt nồng độ ) là tỷ số giữa số mol cấu tử j chia cho thể tích phản ứng: C j = ∑ = n j j V n 1 • Áp suất Áp suất riêng phần P j : đối với phản ứng hệ khí, người ta thường dùng áp suất riêng phần thay cho nồng độ của cấu tử.Quan hệ giữa áp suất riêng phần và nồng độ cấu tử j như sau: P j = V TRn j = C j .R.T Áp suất toàn phần: P= ∑ = n j j P 1 P= R V TRn • Thể tích thiết bị phản ứng: là thể tích hỗn hợp phản ứng chiếm trong thiết bị phản ứng và thực hiện phản ứng • Thể tích phản ứng: 3. Động hoá học phản ứng (30 phút) • Phản ứng đơn và phản ứng đa hợp Phản ứng đơn giản: Là những phản ứng xảy ra chỉ theo cùng một loại trao đổi nguyên tố, có nghĩa là chỉ có một phản ứng duy nhất. Những phản ứng này chỉ cần một phương trình lượng hoá và một phương trình vận tốc để biểu diễn quá trình phản ứng. A + B → D Ví dụ: 2C + O 2 → 2CO Phản ứng đa hợp: là phản ứng mà trong hỗn hợp phản ứng xảy ra nhiều phản ứng. Ta phải cần hơn một phương trình lượng hoá học và phương trình vận tốc để biểu diễn quá trình phản ứng. 2 • Phản ứng sơ đẳng và không sơ đẳng. Phản ứng sơ đẳng: Là loại phản ứng xảy ra trong một giai đoạn theo thuyết va chạm và phương trình vận tốc được suy ra từ phương trình lượng hoá học. Ví dụ: Xét phản ứng có phương trình lượng hoá học A + B → R Phương trình vận tốc BAA CCKr )( =− Ngược lại, khi không có sự liên hệ giữa phương trình lượng hoá học và phương trình vận tốc phản ứng sơ đẳng thường xác định bằng thực nghiệm. Ví dụ: Phản ứng giữa hidro và brom H 2 + 2 Br → 2HBr 2 22 2 2/1 1 )( Br HBr BrH HBr C C K CCK r + =+ • Cân bằng cho phản ứng thuận nghịch sơ đẳng. Xét phản ứng thuận nghịch sơ đẳng A + B ↔ R + S Về nguyên lý phản ứng xảy ra theo hai hướng ngược nhau. Tốc độ phản ứng quá trình thuận và nghịch là khác nhau.  Phản ửng thuận: BAThR CCKr )( 1 =−  Phản ứng nghịch: SRNgR CCKr )( 2 −= Vận tốc của cả quá trình bằng tổng quá trình thuận và nghịch. NgRThRR rrr )()( +−= Ở điều kiện cân bằng không có sự thành lập R tức R r = 0 0)()( =+− NgRThR rr Đây là quá trình cân bằng động bởi vì quá trình phản ứng vẫn diễn ra chỉ không có sự thay đổi nồng độ tại thời điểm cân bằng trạng thái CBHH biểu diễn trạng thái giới hạn đạt được sau một thời gian phản ứng vô cùng dài trong hệ cô lập và chỉ có tác động ngoài có thể làm thay đổi được trạng thái này. Từ các biểu thức trên ta có thể rút ra: BA SR CC CC K K . . 2 1 = Người ta đặt K c = 2 1 K K : Hằng số cân bàng phản ứng Canbang BA SR C CC CC K K K         == . . 2 1 • Bậc phản ứng. Xét phương trình vận tốc phản ứng: d D b B a AA CCCKr .)( =− ( a + b + d =n) Với a,b,c là hệ số hoặc không là hệ số của phương trình lượng hoá học. 3 Bậc a theo tác chất A Bậc b theo tác chất B Bậc d theo tác chất D n: bậc tổng quát của phản ứng và không nhất thiết là số nguyên • Độ chuyển hoá, năng suất và hiệu suất. Độ chuyển hóa X A : Độ chuyển hóa của cấu tử A là tỷ số giữa số mol cần cho phản hóa học của cấu tử tham gia phản ứng và số mol ban đầu của cấu tử đó. 0 A A A N N X Tg = = 0 1 A A N N − Tg A N : Số mol cấu tử A tham gia phản ứng A N : Số mol cấu tử A còn lại sau phản ứng 0 A N : Số mol ban đầu cấu tử A 4. Nhiệt động lực học (25 phút) • Nhịêt phản ứng Nhiệt phản ứng là lượng nhiệt phóng thích hoặc hấp thu bởi phản ứng được quy về nhiệt độ tác chất R Q . 21 − +∆= AUQ R U ∆ : Biến thiên nội năng của hệ A 1-2 : Công quá trình biến đổi từ trạng thái 1 → 2 Nếu áp suất không đổi, nhiệt phản ứng bằng với sự biến đổi Entholpy. 21, − ∆+∆=∆= UHQ PR )(TSU ∆=∆ ∫ = − 2 1 21 V V PdVA • Cân bằng hoá học: mối liên hệ giữa các thông số trạng thái, nồng độ, áp suất, hằng số cân bằng, phân loại, đơn vị, mối liên hệ giữa hằng số cân bằng, nhiệt độ, áp suất. 5. Phân loại phản ứng (20 phút) Phân loại theo cơ chế: phản ứng đơn giản và phản ứng phức tạp. Phân loại theo số pha: phản ứng đồng thể và dị thể. Phân loại theo phương thức làm việc: phản ứng theo phương thức gián đoạn, liên tục, bán liên tục. Phân loại theo chế độ nhiệt: phản ứng đẳng nhiệt, đoạn nhiệt và đa biến nhiệt. Trong kỹ thuật phản ứng ta quan tâm đến số pha hiện diện trong hệ do đó thường chia phản ứng thành 2 loại: đồng thể và dị thể. 4 Phản ứng đồng thể: Là phản ứng mà tất cả cấu tử dị thể tham gia trong hệ có cùng trạng thái pha ( rắn, lỏng, khí ). Phản ứng dị thể: thì các cấu tử tham gia phản ứng có trạng thái từ hai pha trở lên. V. TỔNG KẾT BÀI Bài học đưa ra những khái niệm đầu tiên để có thể nghiên cứu, học tập đạt hiệu quả môn kỹ thuật phản ứng. Ôn tập lại những vấn đề đã học liên quan đến môn học áp dụng sau này. VI. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP VỀ NHÀ 1./ Tại sao nói kỹ thuật phản ứng là ngành khoa học tổng quan và phức tạp ? 2./ Các yêu cầu tiên ban đầu để thiết kế được thiết bị phản ứng là gì? 3/ Các loại hằng số cân bằng phản ứng và chuyển đổi tương ứng từng loại. 4/ Độ chuyển hoá là gì? cách xác định nó trong một phản ứng cụ thể. VII. RÚT KINH NGHIỆM (Về thời gian, nội dung,phương pháp, chuẩn bị .) Ngày 01 tháng 09 năm 2007 Tổ bộ môn duyệt Giáo viên Nguyễn Hữu Trung Nguyễn Hữu Trung 5 BÀI GIẢNG SỐ 2 SỐ TIẾT: 03 I. TÊN BÀI GIẢNG: KHÁI NIỆM MỞ ĐẦU (Tiếp theo) II. MỤC TIÊU: Bài học giúp cho người học nắm vững lí thuyết về phản ứng như phân loại phản ứng, vận tốc phản ứng, hằng số tốc độ phản ứng, yếu tố ảnh hưởng, các loại thiết bị phản ứng thông thường. III. ĐỒ DÙNG VÀ PHƯƠNG TIỆN GIẢNG DẠY: - Giáo trình kỹ thuật phản ứng. - Tài liệu tham khảo: kỹ thuật phản ứng – Ngô Thị Nga. - Máy chiếu overhead hoặc projector IV. NỘI DUNG BÀI GIẢNG 1. Vận tốc phản ứng (30 phút) • Định nghĩa Vận tốc phản ứng là biến thiên số mol trên một đơn vị thời gian trong một không gian xác định. • Phân loại và biểu thức vận tốc phản ứng - Dựa trên một đơn vị thể tích hỗn hợp phản ứng Vdt dN r A A 1 = - Dựa trên một đơn vị thể tích bình phản ứng R A A Vdt dN 'r 1 = - Dựa trên một đơn vị diện tích bề mặt riêng Sdt dN "r A A 1 = - Dựa trên một đơn vị khối luợng xúc tác Wdt dN '"r A A 1 = • Các loại đơn vị vận tốc phản ứng • Các yếu tố ảnh hưởng tới vận tốc phản ứng • Xác định vận tốc phản ứng bằng thực nghiệm 2. Phân loại thiết bị phản ứng (30 phút) • Phân lọai theo phương pháp hoạt động • Phân loại theo hình dạng bình phản ứng hay chế độ thuỷ động lực. 6 • Phân loại theo số pha của hỗn hợp phản ứng. • Giới thiệu và giảng về một số thiết bị phản ứng thông thường ứng dụng trong thực tế công nghệ sản xuất. 7 3. Ôn tập tổng quát cho chương 1 (15 phút) • Các loại nồng độ sử dụng và đơn vị cơ bản của từng loại. • Biểu thức vận tốc phản ứng được xác định từ các loại phản ứng. • Ảnh hưởng các yếu tố nhiệt độ nồng độ đến vận tốc, hằng số cân bằng, hệ số tốc độ. • Chế độ nhiệt động lực học của phản ứng. • Động hoá học của phản ứng. 4. Ví dụ về nhiệt động lực học của các phản ứng (15 phút) • Cách tính entapy, ∆H. • Cách tính entropy, ∆S. • Xác định hằng số cân bằng của phản ứng. 5. Ví dụ về động hoá học (15 phút) • Cách tính hằng số tốc độ. • Cách xác định độ chuyển hoá X A của 1 cấu tử • Xác định vận tốc phản ứng ở điều kiện xác định 6. Hướng dẫn giải bài tập (30 phút) • Các bước tiến hành bài toán. • Công thức sử dụng. • Kết quả xử lý. • Yêu cầu chung khi tiến hành bài toán cho chính xác. V. TỔNG KẾT BÀI Bài giảng chủ yếu chuyên sâu về vấn đề vận tốc phản ứng và những kiến thức đầu tiên về thiết bị phản ứng chuẩn bị cho việc áp dụng vào những bài học sau. VI. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP VỀ NHÀ 1./ Các loại vận tốc phản ứng ? 2./ Đơn vị và cách chuyển đổi các biểu thức vận tốc? 3./ Ưu và nhựơc điểm của 1 số loại thiết bị phản ứng cơ bản? 4/ Sự phụ thuộc của hằng số tốc độ theo nhiệt độ? VII. RÚT KINH NGHIỆM (Về thời gian, nội dung,phương pháp, chuẩn bị .) Ngày 01 tháng 09 năm 2007 8 Tổ bộ môn duyệt Giáo viên Nguyễn Hữu Trung Nguyễn Hữu Trung 9 BÀI GIẢNG SỐ 3 SỐ TIẾT: 03 I. TÊN BÀI GIẢNG: XỪ LÝ DỮ KIỆN ĐỘNG HỌC II. MỤC TIÊU: Bài học giúp cho người học thiết lập, nghiên cứu, xây dựng các biểu thức vận tốc phản ứng và bậc phản ứng với những thiết bị phản ứng đơn giản trong thiết bị phản ứng gián đoạn có thể tích không đổi. III. ĐỒ DÙNG VÀ PHƯƠNG TIỆN GIẢNG DẠY: - Giáo trình kỹ thuật phản ứng. - Tài liệu tham khảo: kỹ thuật phản ứng – Ngô Thị Nga. - Máy chiếu overhead hoặc projector IV. NỘI DUNG BÀI GIẢNG Mục đích: tiến hành nghiên cứu, khảo sát, thiết lập và xân dựng các biểu thức tốc độ phản ứng với thiết bị phản ứng gián đoạn có thể tích không đổi và thay đổi trong quá trình làm việc. Các phương trình tốc độ phản ứng được thiết lập dựa trên cơ sở của lý thuyết mô hình và số liệu thực nghiệm theo hai giai đoạn: sự phụ thuộc nồng độ ở nhiệt độ không đổi, sự phụ thuộc nhiệt độ của hằng số tốc độ phản ứng Hai phương pháp xử lý số liệu động học Phương pháp tích phân: sử dụng trong trường hợp cơ chế tương đối đơn giản, số liệu thực nghiệm phân tán nhưng cần phải giải thuyết cơ chế. Phương pháp vi phân: thích hợp trong những trường hợp phức tạp nhưng cần nhiều số liệu chính xác và tập trung. 1. Thiết bị phản ứng có thể tích không đổi (45 phút) • Biểu thức vận tốc trong thiêt bị phản ứng có thể tích không đổi. dt dN V r A A 1 =− dt )V.C(d V A 1 = = dt dC.VdV.C V AA + 1 dt dC A = dt dp RT r A A 1 =− • Khảo sát sự liên hệ giữa vận tốc phản ứng với nồng độ, áp suất, số mol. .ba .srn −−−++= ∆ V N RT p C AA A == = V NN . n a V N A 00 − − ∆ RTCp AA = )PP( n a p A 00 −−= ∆ 10 [...]... cho phản ứng bậc hai? 5/ Cách xác định bậc phản ứng và hằng số tốc độ phản ứng VII RÚT KINH NGHIỆM (Về thời gian, nội dung,phương pháp, chuẩn bị ) Ngày 01 tháng 09 năm 2007 Tổ bộ môn duyệt Giáo viên Nguyễn Hữu Trung Nguyễn Hữu Trung 13 BÀI GIẢNG SỐ 4 SỐ TIẾT: 03 I TÊN BÀI GIẢNG: XỪ LÝ DỮ KIỆN ĐỘNG HỌC (Tiếp theo) II MỤC TIÊU Bài học giúp cho người... tại sao phản ứng bất thuận nghịch là trường hợp riêng của phả ứng thuận nghịch VII RÚT KINH NGHIỆM (Về thời gian, nội dung,phương pháp, chuẩn bị ) Ngày 01 tháng 09 năm 2007 Tổ bộ môn duyệt Giáo viên Nguyễn Hữu Trung Nguyễn Hữu Trung 17 BÀI GIẢNG SỐ 5 SỐ TIẾT: 03 I TÊN BÀI GIẢNG: XỪ LÝ DỮ KIỆN ĐỘNG HỌC (Tiếp theo) II MỤC TIÊU: Bài học giúp cho người... số biên đổi thể tích 4/ Ưu và nhược dỉểm của phương pháp vi phân xử lý số liệu VII RÚT KINH NGHIỆM (Về thời gian, nội dung,phương pháp, chuẩn bị ) Ngày 01 tháng 09 năm 2007 Tổ bộ môn duyệt Giáo viên Nguyễn Hữu Trung Nguyễn Hữu Trung 20 BÀI GIẢNG SỐ 6 SỐ TIẾT: 03 I TÊN BÀI GIẢNG: ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 2 II MỤC TIÊU: Bài học giúp cho người học kiểm... nào chúng ta dùng phương pháp vi phân và tích phân 2./ Bài tập về nhà chương 2 VII RÚT KINH NGHIỆM (Về thời gian, nội dung,phương pháp, chuẩn bị ) Ngày 01 tháng 09 năm 2007 Tổ bộ môn duyệt Giáo viên Nguyễn Hữu Trung Nguyễn Hữu Trung 22 BÀI GIẢNG SỐ 7 SỐ TIẾT: 03 I TÊN BÀI GIẢNG: PHƯƠNG TRÌNH THIẾT KẾ II MỤC TIÊU: Bài học giúp cho người học hiểu... thiết kế cho bị khuấy ổ định? 4./ Đặc điểm của thiết bị khuấy ổn định VII RÚT KINH NGHIỆM (Về thời gian, nội dung,phương pháp, chuẩn bị ) Ngày 01 tháng 09 năm 2007 Tổ bộ môn duyệt Giáo viên Nguyễn Hữu Trung Nguyễn Hữu Trung 26 BÀI GIẢNG SỐ 8 SỐ TIẾT: 03 I TÊN BÀI GIẢNG: PHƯƠNG TRÌNH THIẾT KẾ (Tiếp theo) II MỤC TIÊU: Bài học giúp cho người... thiết kế và ứng dụng của thiết bị khuấy gián đoạn và dạng ống 29 VII RÚT KINH NGHIỆM (Về thời gian, nội dung,phương pháp, chuẩn bị ) Ngày 01 tháng 09 năm 2007 Tổ bộ môn duyệt Giáo viên Nguyễn Hữu Trung Nguyễn Hữu Trung 30 BÀI GIẢNG SỐ 9 SỐ TIẾT: 03 I TÊN BÀI GIẢNG: ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 3 II MỤC TIÊU: Bài học giúp cho người học tổng... trình cân bằng năng lượng và vật chất cho từng loại thiết bị cụ thể VII RÚT KINH NGHIỆM (Về thời gian, nội dung,phương pháp, chuẩn bị ) Ngày 01 tháng 09 năm 2007 Tổ bộ môn duyệt Giáo viên Nguyễn Hữu Trung Nguyễn Hữu Trung 32 BÀI GIẢNG SỐ 10 SỐ TIẾT: 03 I TÊN BÀI GIẢNG: ÁP DỤNG PHƯƠNG TRÌNH THIẾT KẾ II MỤC TIÊU: Bài học giúp cho người học... phản ứng đơn là gì? 4./Đặc điểm của hệ nhiều bình khuấy mắc song song? VII RÚT KINH NGHIỆM (Về thời gian, nội dung,phương pháp, chuẩn bị ) Ngày 01 tháng 09 năm 2007 Tổ bộ môn duyệt Giáo viên Nguyễn Hữu Trung Nguyễn Hữu Trung 35 BÀI GIẢNG SỐ 11 SỐ TIẾT: 03 I TÊN BÀI GIẢNG: ÁP DỤNG PHƯƠNG TRÌNH THIẾT KẾ (tiếp theo) II MỤC TIÊU: Bài học giúp... toán • Công thức sử dụng • Kết quả xử lý • Yêu cầu chung khi tiến hành bài toán cho chính xác • Biểu thức tích phân cho những phản ứng cụ thể • Cách dựng đồ thị và hệ số góc A, hệ số B từ phương trình y = Ax + B 3 Bài tập dùng phương pháp vi phân xử lý số liệu (30 phút) • Các bước tiến hành bài toán • Công thức sử dụng • Kết quả xử lý • Yêu cầu chung khi tiến hành bài toán cho chính xác • Phương pháp... các thông số công nghệ của hệ thống III ĐỒ DÙNG VÀ PHƯƠNG TIỆN GIẢNG DẠY: - Giáo trình kỹ thuật phản ứng - Tài liệu tham khảo: kỹ thuật phản ứng – Ngô Thị Nga - Máy chiếu overhead hoặc projector IV NỘI DUNG BÀI GIẢNG 1 Ôn tập tổng quát chương 2 (30 phút) • Biểu thức vận tốc phản ứng tổng quát, đơn vị cấu trúc • Đặc điểm và cách tiến hành khi dùng phương pháp tích phân xử lý số liệu • Đặc điểm và cách . .............................................................................................................................................. Ngày 01 tháng 09 năm 2007 Tổ bộ môn duyệt Giáo viên Nguyễn Hữu Trung Nguyễn Hữu Trung 5 BÀI GIẢNG SỐ 2 SỐ TIẾT: 03 I. TÊN BÀI. 01 tháng 09 năm 2007 8 Tổ bộ môn duyệt Giáo viên Nguyễn Hữu Trung Nguyễn Hữu Trung 9 BÀI GIẢNG SỐ 3 SỐ TIẾT: 03 I. TÊN BÀI