Phản ứng xúc tác dị thể 6

Giáo trình này trình bày những kiến thức cơ bản của lĩnh vực xúc tác dị thể.

T á đ ä h û ù ù ù dị h å h ä

Tốc độ phản ứng xúc tác dị thể quan hệ

với một đơn vị khối lượng chất xúc tác:

a

r

= − ⋅ (kmol/giờ.kg xúc tác)

c

| Khuếch tán: Xem như không ảnh hưởng đến quá trình

| Nếu áp suất riêng trong pha khí là Pa thì xem áp suất

riêng trên bề mặt là Pa,I

| Có hai trường hợp:

y Phản ứng trên bề mặt khống chế: Phan ưng tren be mặt khong che: Cân bằng hấp Can bang hap phụ không bị phá vỡ trong quá trình và tốc độ tổng cộng phụ

thuộc bởi tốc độ phản ứng trên bề mặt

y Hấp phụ khống chế: Tốc độ phản ứng cao đến mức hấp phụ không đạt được cân bằng và ở trạng thái ổn định lượng chất bị hấp phu thấp hơn cân bằng Thường thì tốc độ hấp phu của một

hap phụ thap hơn can bang Thương thì toc độ hap phụ cua một trong số chất phản ứng là chậm hơn và tốc độ quá trình phụ thuộc vào giai đoạn này, nó khống chế tốc độ toàn quá trình.

Trần Mai Phương – ĐHBK.HCM

Phản ứng trên bề mặt chậm

| Tốc độ của quá trình bị phản ứng trên bề mặt phân chia

Phan ưng tren be mặt chậm

| Toc độ cua qua trình bị phan ưng tren be mặt phan chia pha khống chế

| Phản ứng một chiều, tốc độ phản ứng xảy ra trên bề mặt tỉ lệ thuận với lượng chất phản ứng bị hấp phụ trên bề mặt (lượng này được đo bằng tỉ số bề mặt bị che phủ)

VÍ DUÏ:

Trần Mai Phương – ĐHBK.HCM

N ẾU PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH VÀ CÓ

CHẤT TRƠ I CŨNG BỊ HẤP PHU ( DÙ KHÔNG

THAM GIA PHẢN ỨNG ):

trong đó Kr là hằng số cân bằng

Kr = k1/k'

T HAY θ I VÀO PHƯƠNG TRÌNH TRÊN

Trần Mai Phương – ĐHBK.HCM

T RONG TRƯỜNG HỢP SỐ MOL SẢN PHẨM

KHÔNG BẰNG SỐ MOL CHẤT PHẢN ỨNG

Cơ chế :

A bị h á h t â ät t

- A bị hap phụ tren một trung

tâm hoạt động phản ứng với trung tâm hoạt động còn tự

do bên cạnh Ỉ hợp chất trung gian

- hơp chất trung gian Ỉ chohợp chat trung gian Ỉ cho

các phân tử M, N vẫn bị hấp

phụ trên trung tâm hoạt động

sa c øng phân h û cho ra

- sau cung phan huy cho ra

M, N và trả lại trung tâm hấp

phụ

V Ä Á Ä A 2 Ä Ø θ A

V ẬY TOC ĐỘ TẠO RA A σ 2 PHỤ THUỘC VAO θ A

VÀ θ V

θ V - PHẦN BỀ MẶT CÒN TRỐNG , θ V = 1 – ∑θ I

[ a ( m n / )]

k P P P K

r k = θ θ − θ θ = k ′ −

1 K P K P K P

θ θ θ θ

Trần Mai Phương – ĐHBK.HCM

Nếu có một trong số phân tử chất bị ä g p ị

hấp phụ phân ly thì phải biến đổi

phương trình trên, ví du phản ứng:

2

r = θ θ k

z Tốc độ phản ứng thuận:

1 1 a b

r = θ θ k

Ph â tử A à h i t t â h t đ ä

|Phân tử A cần hai trung tâm hoạt động,

|B cần một trung tâm hoạt động thứ 3

|M, N hấp phụ trên hai trung tâm hoạt động và

cần phản ứng với trung tâm hoạt động còn tự

do để xảy ra phản ứng nghịch r' = k' θ n θ m θ v.

Trần Mai Phương – ĐHBK.HCM

TÍNH CHO A PHÂN LY:

a a a

a a b b m m n n

K P

θ =

+ a a + b b + m m + n n

T á đ ä å ä

Tốc độ tổng cộng

a a b b m m n n

Ph û ứ iữ h i h át bị h á h t â h i t

| Phản ứng giữa hai chất bị hấp phụ trên hai trung

tâm hoạt động khác nhau trên bề mặt, các chất

này không tác dụng với nhau, vậy θi cho từng

chất có thể viết

i i

1 K P

θ =

1 K P +

Trần Mai Phương – ĐHBK.HCM

| Trường hơp phản ứng

| Trương hợp phan ưng

A + B Ỉ Sản phẩm (không hấp phụ trên bề mặt)

trong đó A và B bị hấp phụ trên trung tâm riêng biệt nhau

k K K P P kP P r

1 K P 1 K P 1 K P 1 K P

( 1 K P 1 K P + a a )( + b b) ( 1 K P 1 K P + a a )( + b b)

| Tương tư có một số phản ứng khác.

| Tương tự co một so phan ưng khac.

| Về ý nghĩa vật lý của các thừa số trong các

phương trình Yang và Hougen đề nghị gọi như sau

(thừa số động học).(động lực) r

(thừa số hấp phu)

=

(thưa so hap phụ)

k K K P P kP P

1 a b a b a b

a a b b a a b b

k K K P P kP P r

1 K P 1 K P 1 K P 1 K P

Bảng 2.4: Động học phản ứng, tốc độ phản ứng

trên bề mặt khống chế

Trần Mai Phương – ĐHBK.HCM