Bài giảng - Kỹ thuật phản ứng - chương 1 doc

08/05/14 Chuong 1- Khai niem mo dau 1 K THUT PHN NG Chemical Reaction Engineering Vuõ Baù Minh Bm Maùy Thieát bò – ÑH Baùch Khoa TP.HCM 08/05/14 Chuong 1- Khai niem mo dau 2 Tài liệu tham khảo 1) Vũ Bá Minh, “Quá trình & TB trong 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. 08/05/14 Chuong 1- Khai niem mo dau 3 Taứi lieọu ủoùc theõm 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 6,Elsevier, 1979. 4) Richard M. Felder, Elementary Principles of Chemical Processes, John Wiley & sons, 2000. 08/05/14 Chuong 1- Khai niem mo dau 4  Kỹ thuật phản ứng đồng thể (Homogeneous chemical reaction eng.)  Kỹ thuật phản ứng dò thể (Heterogeneous chemical reaction eng.) 08/05/14 Chuong 1- Khai niem mo dau 5 Kỹ thuật phản ứng đồng thể • Chương 1: Khái niệm mở đầu (Introduction to Chem. Reaction Eng.) • Chương 2: Xử lý dữ 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) 08/05/14 Chuong 1- Khai niem mo dau 6 Chương 1: Khái niệm mở đầu QUÁ TRÌNH VẬT LÝ HÓA HỌC THUẬN NGHỊCH K. THUẬN NGHỊCH TH. NGHỊCH K. THUẬN NG TRUYỀN KHỐI CƠ, NHIỆT CÂN BẰNG PHA Cân bằng P.Ư 08/05/14 Chuong 1- Khai niem mo dau 7 Chương 1: Khái niệm mở đầu _ • Thiết kế thiết bò phản ứng (T.B.P.Ư)  không có khuôn mẫu,  có thể có nhiều bản thiết kế,  bản thiết kế tối ưu về kinh tế. Liên quan đến nhiều lónh vực khác nhau:  Nhiệt động lực học,  Động hóa học,  Cơ lưu chất,  Truyền nhiệt;  Truyền khối. 08/05/14 Chuong 1- Khai niem mo dau 8 Các quá trình trong qui trình sản xuất công nghiệp 08/05/14 Chuong 1- Khai niem mo dau 9 Trước khi thiết kế cần trả l i hai câu hỏi sau:ơ 1. Phản ứng nào là phản ứng chính ? 2. Tốc độ phản ứng đó như thế nào ? Câu hỏi 1: liên quan đến nhiệt động lực học Câu hỏi 2: liên quan đến các quá trình vận tốc như: động hóa học, truyền nhiệt, truyền khối… 08/05/14 Chuong 1- Khai niem mo dau 10 1.1. Động hóa học (Chemical Kinetics) • “Động học là cách mà thiên nhiên ngăn ngừa mọi quá trình xảy ra cùng một lúc”. • S.E. LeBlanc [...]... pi ) tc (T − T0 ) 08/05 /14 Chuong 1- Khai niem mo dau 13 2 Cân bằng hóa học ∆F = − RT ln K 0 d lnK ∆H Van' t Hoff = 2 dT RT 0 ∆H r, T0 = constant 0 r, T0 ln K T2 K T1 08/05 /14 = − ∆H R 0 r,T0  1 1  −  T   2 T1  Chuong 1- Khai niem mo dau 14 1. 3 Phân loai phản ứng Đồng thể Dò thể Không xúc tác Có xúc tác Phản ứng pha khí Phản ứng pha lỏng Phản ứng cháy cuả ngọn lửa Phản ứng cháy của than Nung... của than Nung quặng Axit + chất rắn Hấp thu + phản ứng Phản ứng ở thể keo 08/05 /14 Tổng hợp ammoniac Oxit hóa ammoniac HNO3 Phản ứng cracking, reforming Tổng hợp metanol 15 Chuong 1- Khai niem mo dau 1. 4 Đònh nghóa vận tốc phản ứng  Dựa trên một đơn vò thể tích hỗn hợp phản ứng 1 dN i ri = , mol/ m 3 h V dt  Dựa trên một đơn vò thể tích bình phản ứng 1 dN i 3 r = , mol/m h Vb dt  Dựa trên một đơn... phụ thuộc nhiệt độ – đònh luật Arrhénius (Temperature dependency) 08/05 /14 Chuong 1- Khai niem mo dau 11 1. 2 Nhiệt động lực học (Chemical thermodynamics)   Nhiệt hấp thu hoặc phóng thích Mức độ phản ứng 1 Nhiệt phản ứng (Heat of reaction) 2 Cân bằng hóa học (Chemical Equilibrium) 08/05 /14 Chuong 1- Khai niem mo dau 12 1 Nhiệt phản ứng T ∆H r,T = ∆H r,T 0 + ∫ ∆C dT p T0 ∆C p = ∑ (N i C pi ) sp − ∑ (N... Plug Flow) 3) Số pha của hỗn hợp phản ứng  Đồng thể  Dò thể 08/05 /14 Chuong 1- Khai niem mo dau 21 Bình phản ứng khuấy trộn 08/05 /14 Chuong 1- Khai niem mo dau 22 Bình ống Thiêt bị phản ứng Naphtha và khí hoàn lưu 08/05 /14 Chuong 1- Khai niem mo dau 23 Kết hợp giữa hình dạng và phương pháp vận hành sẽ có bao nhiêu dạng thiết bò phản ứng ? 08/05 /14 Chuong 1- Khai niem mo dau 24 .. .1. 1 Động hóa học (Chemical Kinetics) Nghiên cứu tốc độ phản ứng hóa học và cơ chế phản ứng 1 Phản ứng đơn và phản ứng đa hợp • (single &multiple reaction) 2 Phản ứng sơ đẳng & không sơ đẳng (elementary & non elementary reaction) 3 Cân bằng cho phản ứng thuận nghòch sơ đẳng ( Chemical Equilibrium) 4 5 Bậc phản ứng (Reaction Order) Sự phụ thuộc nhiệt độ –... O2 → H 2O 2 Chuong 1- Khai niem mo dau 17 Thí dụ 1. 2 • Một người nặng 75 kg tiêu thụ khỏang 6.000 kJ thực phẩm mỗi ngày Giả sử tất cả thực phẩm là glucose và phản ứng tổng quát như sau • C6 H12 O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O - ΔHr = 2. 816 kJ • Tính tốc độ biến dưỡng theo số mol oxygen sử • dụng trên m3 cơ thể trong một giây Cho biết 2. 816 KJ / mol glucose 08/05 /14 Chuong 1- Khai niem mo dau 18 Các yếu tố ảnh... xúc tác 08/05 /14 ' i 1 r = S 1 ' '' ri = W '' i Chuong 1- Khai niem mo dau dN i , mol/ m 2 h dt dN i , mol/ kg.h dt 16 Thí dụ 1. 1 • Một động cơ hỏa tiễn đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu gồm H2 và O2 lỏng Buồng đốt hình trụ có đường kính là 60cm, chiều dài 75cm và quá trình đốt sinh ra sản phẩm cháy 10 8 kg/s Nếu quá trình cháy hòan tòan, tìm vận tốc phản ứng của hydrogen và oxygen • H2 08/05 /14 1 + O2 → H 2O... i 1 dN i == 0 ,1 C A , mol/ kg.h W dt 08/05 /14 Chuong 1- Khai niem mo dau 20 1. 5 Phân lọai thiết bò phản ứng 1) Phương pháp vận hành /họat động (Mode of Operation)  Gián đọan (batch/ unsteady state)  Liên tục (continuous / steady state)  Bán liên tục (semi continuous) 2) Hình dạng thiết bò phản ứng  Khuấy trộn lý tưởng (Ideal Mixing)  Ống/ Đẩy lý tưởng (Ideal Plug Flow) 3) Số pha của hỗn hợp phản. .. 2. 816 KJ / mol glucose 08/05 /14 Chuong 1- Khai niem mo dau 18 Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng  Phản ứng đồng thể Áp suất Nhiệt độ Nồng độ  Phản ứng dò thể  … Truyền khối giữa hai pha Truyền nhiệt Giai đọan kiểm sóat vận tốc (rate controlling step) 08/05 /14 Chuong 1- Khai niem mo dau 19 Thí dụ 1. 3 •     Hóa chất A → 2R, thiết bò chêm bằng hạt cầu không rỗng: a = 200m2/m3 ρ = 2.908 .         − ∆− = =∆ ∆ = −=∆                                     08/05 /14 Chuong 1- Khai niem mo dau 15 1. 3. Phân lo i phản ứnga Đồng thể Không xúc tác Có xúc tác Phản ứng pha khí Phản ứng pha lỏng Dò thể Phản ứng cháy cuả ngọn lửa Phản ứng ở thể keo Phản ứng. mo dau 11 1. 1. Động hóa học (Chemical Kinetics) • Nghiên cứu tốc độ phản ứng hóa học và cơ chế phản ứng. 1. Phản ứng đơn và phản ứng đa hợp (single &multiple reaction) 2. Phản ứng sơ. 2000. 08/05 /14 Chuong 1- Khai niem mo dau 4  Kỹ thuật phản ứng đồng thể (Homogeneous chemical reaction eng.)  Kỹ thuật phản ứng dò thể (Heterogeneous chemical reaction eng.) 08/05 /14 Chuong 1- Khai niem