Kỹ thuật Thiết bị Phản ứng

1 Nêu định nghĩa, cơng thức tính khái niệm: Bước phản ứng, hiệu suất chuyển hóa, độ lựa chọn chuyển hóa hiệu suất thu sản phẩm - Bước phản ứng: tỉ số mol thay đổi cấu tử hỗn hợp sản phẩm phản ứng hệ số tỉ lượng cấu tử  Đối với hệ kín: : số mol đầu cuối  Đối với hệ mở: F: lưu lượng mol - Độ chuyển hóa: % lượng cấu tử tham gia phản ứng tạo sản phẩm  Hệ kín:  Hệ mở:  Thuận nghịch: số mol cấu tử lại đạt giá trị CB - Độ chọn lọc: hiệu suất chuyển hóa - Hiệu suất thu sản phẩm: tỉ số % sản phẩm thu so với lượng nguyên liệu ban đầu Phương trình cân vật chất cho TBPW đồng thể dạng ống khuấy trộn lý tưởng - Cân vật chất dạng tổng quát cho phân tố thể tích - Gọi :   Số hạng thứ FAo.(1 - xA ).∆t số hạng thứ hai : FAo.(1 - xA - ∆xA).∆t ;   Số hạng thứ ba (- rA ) ∆V ∆t ; Số hạng thứ tư trình trạng thái ổn định + Đối với thiết bị phản ứng dạng ống: Vậy FAo.(1 - xA ).∆t − FAo.(1 - xA - ∆xA).∆t −(- rA ) ∆V ∆t = Hay : FAo ∆xA − (- rA ) ∆V = Chia vế cho ∆V lấy giới hạn cho ∆V → 0, ta có : + Đối với thiết bị phản ứng khuấy trộn: Phương trình : FAo(1-xAo).∆t − FAo (1-xAf).∆t − (-rA ).V.∆t = Hay :  Vì TBPW nhiều ngăn xem dạng trung gian TBPW dạng ống dạng TBPW dạng khuấy trộn liên tục? Vẽ hình ảnh minh họa - Đặc điểm : vận hành liên tục  Gồm nhiều ngăn, ngăn có lắp cánh khuấy để khuấy trộn liên tục hỗn hợp phản ứng chuyển động từ ngăn đầu tới ngăn cuối nhờ chảy tràn  Nếu số ngăn tăng đến vô cực thể tích ngăn giảm đến tối thiểu cho tổng thể tích khơng đổi Lúc biến thiên nồng độ tác chất ngăn liên tiếp bé vẽ đường liên túc thay cho đường gấp khúc để biến thiên nồng độ tác chất từ ngăn đầu tới ngăn cuối Do dạng thiết bị xem TBPW dạng trung gian - Sơ đồ : Nêu điểm khác biệt TBPW tầng xúc tác di động, tầng sôi kéo theo ( nguyên tắc hoạt động, lực tác động liên quan đến đặc điểm chuyển động dòng lưu thể xúc tác, vận tốc bề mặt dòng lưu thể, kích thước xúc tác hạt) Vẽ sơ đồ minh họa - Tầng xúc tác di động:  Các hạt chất xúc tác luôn chuyển động tịnh tiến từ xuống tác dụng lực trọng trường  Tùy theo chiều chuyển động dòng lưu thể => TBPW tầng xúc tác di động xi dòng, ngược dòng chéo dòng - Tầng sôi  Các hạt chất xúc tác kéo lên ( hay nhiều dòng lưu thể chuyển động từ lên ) lại rơi xuống tác dụng lực trọng trường tạo trạng thái giả sôi Lực trọng trường cân với lực kéo lên dòng lưu thể Phải trì cho Theo chất dòng lưu thể, người ta phân biệt: Tầng sơi khí rắn, tầng sơi lỏng rắn, tầng sơi khí lỏng rắn Tầng kéo theo  Các hạt chất xúc tác kéo lên ( hay nhiều dòng lưu thể chuyển động từ lên ) dòng kéo theo TBPW  Lực kéo hay nhiều lưu thể thằng lực trọng trường Vẽ sơ đồ  - - Giải thích biến thiên đường cong tổn thất áp suất dòng lưu thể qua tầng xúc tác theo vận tốc bề mặt dòng lưu thể Chọn vận tốc bề mặt dòng lưu thể để đảm bảo trạng thái tầng sôi kéo theo cho TBPW ? - : Tầng xúc tác trạng thái cố định => ( Do tầng xúc tác cố định => khoảng cách hạt không thay đổi => => lực ma sát => ) : Tầng xúc tác trạng thái sôi => =const ( Do tầng xúc tác sôi => => khoảng cách hạt tăng tương ứng => =const => =const ) : Tầng xúc tác kéo theo => ( Do lực kéo theo dòng lưu thể thắng lực trọng trường hạt xúc tác bị kéo theo dòng lưu thể, => tăng khoảng cách hạt lên lớn sơ với độ tăng => => ) Cơ chế phản ứng hệ khí với chất xúc tác rắn ( bước, trình, hình minh họa ) ? - bước phản ứng xảy hạt xúc tác:  Quá trình di chuyển chất tham gia phản ứng qua lớp biên thuỷ lực kết hợp đối lưu khuyếch tán  Khuyếch tán vào mao quản hạt xúc tác đến tâm hoạt hóa  Hấp phụ tâm hoạt hóa  Phản ứng hóa học tạo sản phẩm  Nhả sản phẩm Khuyếch tán sản phẩm từ tâm hoạt hóa khỏi mao quản đến bề mặt hạt xúc tác  Di chuyển sản phẩm qua lớp biên thuỷ lực vào dòng khí q trình:  Q trình di chuyển chất qua lớp biên thuỷ lực kết hợp đối lưu khuyếch tán (bước 7) Quá trình gọi trình cấp khối ngồi  Q trình khuyếch tán vào mao quản (bước 6) Về nguyên lý miêu tả định luật khuyếch tán (định luật Fick II) gọi khuyếch tán  Quá trình hấp phụ nhả hấp phụ (bước 5)  Q trình phản ứng hóa học (bước 4)  - Q trình phản ứng khí-rắn ( với pha rắn chất xúc tác ) trình hấp phụ hóa học hay hấp phụ vật lý ? Phân biệt ? - Q trình phản ứng khí-rắn q trình hấp phụ hóa học - Phân biệt Lực hấp phụ Hấp phụ hóa học Lực liên hết hóa học Hấp phụ vật lí Lực Van der Walls, giữ lại phần tử bị hấp phụ bề mặt hạt xúc tác, cấu trúc phân tử phần tử bị hấp phụ không bị thay đổi Nhiệt hấp phụ Nhiệt hấp phụ tương đương nhiệt hóa học (, có ảnh hưởng lớn đến vận tốc phản ứng Nhiệt hấp phụ tương đương nhiệt ngưng tụ ảnh hưởng không đáng kể đến tốc độ trình Chiều Có tính chiều Cấu tử bị hấp phụ bề mặt xúc tác trở thành chất hoạt hóa trung gian tiếp tục tham gia vào phản ứng Có tình thuận nghịch Liên kết SF Liên kết bề mặt mạnh Liên kết bề mặt yếu Nguyên tắc hấp phụ Hấp phụ hóa học xảy với cấu tử riêng lẻ Nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng tốc độ trình hấp phụ tăng Q trình hấp phụ khơng phụ thuộc vào cấu trúc phân tử mà phụ thuộc vào độ lớn phân tử Khi nhiệt độ tăng tốc độ trình hấp phụ giảm Phạm vi hấp phụ Chỉ xảy tâm hoạt hóa Có khả hấp phụ tồn bề mặt • • • Khi Re < : Xác định uT theo định luật Stokes: Khi Re > : Xác định uT theo định luật Newton : Khi < Re < : Áp dụng công thức : ... với thiết bị phản ứng dạng ống: Vậy FAo.(1 - xA ).∆t − FAo.(1 - xA - ∆xA).∆t −(- rA ) ∆V ∆t = Hay : FAo ∆xA − (- rA ) ∆V = Chia vế cho ∆V lấy giới hạn cho ∆V → 0, ta có : + Đối với thiết bị phản. .. độ tăng => => ) Cơ chế phản ứng hệ khí với chất xúc tác rắn ( bước, trình, hình minh họa ) ? - bước phản ứng xảy hạt xúc tác:  Quá trình di chuyển chất tham gia phản ứng qua lớp biên thuỷ lực... (bước 5)  Q trình phản ứng hóa học (bước 4)  - Q trình phản ứng khí-rắn ( với pha rắn chất xúc tác ) trình hấp phụ hóa học hay hấp phụ vật lý ? Phân biệt ? - Q trình phản ứng khí-rắn q trình