Bai giang ky thuat phan ung

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Bài giảng: KỸ THUẬT PHẢN ỨNG GV: ThS Nguyễn Bảo Việt Năm học: 2014 – 2015 Tài liệu lưu hành nội *** BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng Số tín chỉ: LT Số tiết: - Lý thuyết: 21 - Bài tập: Tài liệu học tập: Bài giảng kỹ thuật phản ứng, Bộ mơn Cơng nghệ Hóa học, Đại học Nơng Lâm TP.HCM Kỹ thuật phản ứng, Vũ Bá Minh, 2009, Nhà xuất ĐHQG TP.HCM Chemical Reaction Engineering, 3rd edition, Octave Levenspiel, 1999, Wiley-VCH (tham khảo) BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng Mục lục CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT PHẢN ỨNG Định nghĩa Động học phản ứng Phân tích nhiệt động học Phân tích động học phản ứng 4.1 Phân loại phản ứng 4.2 Tốc độ phản ứng CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ 11 Phân loại phản ứng đồng thể 11 Các yếu tố ảnh hưởng đến động học phản ứng 12 2.1 Ảnh hưởng nồng độ 12 2.2 Ảnh hưởng nhiệt độ 13 2.2 Hoạt hóa phản ứng 15 CHƯƠNG 3: XỬ LÝ DỮ KIỆN ĐỘNG HỌC 17 Động học phản ứng đơn 17 1.1 Phản ứng bậc zero 17 1.2 Phản ứng bậc 19 1.3 Phản ứng bậc hai 21 1.4 Trường hợp tổng quát 24 Động học phản ứng nối tiếp 25 CHƯƠNG 4: CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN THIẾT KẾ 27 THIẾT BỊ PHẢN ỨNG 27 Giới thiệu dòng chảy thực 27 1.1 Khái niệm: 27 1.2 Thiết bị phản ứng dạng ống: 27 1.3 Thiết bị phản ứng dạng bình khuấy: 28 1.4 Hàm phân bố thời gian lưu: 28 1.5 Phương pháp xác định E(t) F(t) 29 1.6 Áp dụng cho thiết bị thực tế 31 BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng Thiết kế Thiết bị phản ứng 33 2.1 Các vấn đề thiết kế 33 2.2 Thiết bị gián đoạn hay liên tục 34 2.3 Thiết bị phản ứng liên tục 35 2.4 Tính tốn thiết bị phản ứng 37 CHƯƠNG 5: PHẢN ỨNG SINH HỌC 40 Quá trình lên men enzyme 40 1.1 Khái niệm enzyme 40 1.2 Phản ứng enzyme 40 1.3 Động học phản ứng enzyme 42 1.4 Bình lên men gián đoạn 44 1.5 Bình khuấy trộn ổn định 44 1.6 Ảnh hưởng nhiệt độ lên phản ứng enzyme 44 1.7 Ảnh hưởng pH lên phản ứng enzyme 45 1.8 Sư ức chế enzyme 46 Phản ứng lên men vi sinh 49 2.1 Giới thiệu 49 2.2 Động học phản ứng lên men vi sinh 50 2.3 Ảnh hưởng chất thải 51 2.4 Ảnh hưởng nhiệt độ 52 Bài tập 53 Bài tập 55 Bài tập (Ứng dụng computer) 58 Bài tập 60 BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT PHẢN ỨNG Định nghĩa Khi ta chuyển hóa nguyên liệu thô thành sản phẩm, hầu hết chúng phải trải qua nhiều giai đoạn khác biến đổi hóa học đóng vai trò tảng Kỹ thuật hóa học mơn học sâu phân tích đánh giá yếu tố ảnh hưởng đến trình hóa học đề giải pháp kiểm soát chúng Các đối tượng nghiên cứu kỹ thuật hóa học nhìn chung bao gồm: Động học phản ứng, thiết kế thiết bị phản ứng, kiểm sốt dòng chảy thiết bị trao đổi nhiệt Động học phản ứng Hình 1.1 Mối quan hệ độ chuyển hóa động học phản ứng BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng Như mô tả hình 1.1, động học phản ứng nhấn mạnh khía cạnh tốc độ phản ứng Các phản ứng hóa học khơng có tốc độ phản ứng cố định trừ số phản ứng bậc (sẽ phân tích chương 3) Vì động học phản ứng thường đánh giá dựa mức độ chuyển hóa sản phẩm theo thời gian Có phản ứng nhanh chóng đạt đến độ chuyển hóa cao số phản ứng khác lại chuyển hóa chậm Như ví dụ đây, phản ứng trường hợp rõ ràng đạt trạng thái cân nhanh phản ứng trường hợp nói phản ứng có động học cao Phản ứng 1: A + B → C + D t= 0s 10 10 0 t = 1s 9 1 t = 5s 8 2 ………………………………………………………………… t = 10s 6 4 (cân bằng) Phản ứng 2: A + B → C + D t= 0h 10 10 0 t = 1h 9 1 t = 5h 8 2 ………………………………………………………………… t = 10h 6 (cân bằng) BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng Phân tích nhiệt động học Cho phản ứng: aA + bB  cC + dD Trong đó: A, B: tác chất C, D: sản phẩm a, b, c, d: hệ số phản ứng Hằng số cân phản ứng là: K d C eqc Deq  a b Aeq B eq Nếu K lớn: độ chuyển hóa cao K = 1: phản ứng cân (intermediate) K nhỏ: chuyển hóa diễn chậm Mối quan hệ động học nhiệt động học phản ứng biểu diễn theo phương trình sau: R.T.lnK = -ΔG = -ΔH + T.ΔS Trong đó: R: số khí lý tưởng = 8.314 J/Kmol 0.082 L.atm/Kmol T: nhiệt độ tuyệt đối (K) ΔG: lượng tự Gibbs ΔH: biến thiên entalpy + Nếu ΔH >0: phản ứng thu nhiệt (endothermal) + Nếu ΔH 0 Trong trường hợp, giá trị tốc độ phản ứng r số dương Đối với phản ứng hóa học, tốc độ phản ứng thường biểu diễn theo nồng độ: ri   dC d (Ci.V ) V dCi   i V dt V dt dt Mối quan hệ tốc độ phản ứng chất tham gia phản ứng với tỉ lệ chất phản ứng đẳng tích: aA + bB  cC + dD ( rA ≠ rB ≠ rC ≠ rD ) V = const, nên: N A N B NC N D    C A CB CC CD rA   dCC  dC A  dCB  dCD ; rB  ; rC  ; rD  dt dt dt dt Vì vậy: rA rB rC rD    a b c d Đối với phản ứng đẳng tích, khí lý tưởng, tốc độ phản ứng biểu diễn theo phương trình chuyển đổi sau: Pi V  N i R.T Ci  Ni P dPi  i  ri   V R.T R.T dt BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng Hình 5.6 Ảnh hưởng pH lên hoạt động enzyme Xanh : pepsin (pH tối ưu 3) – Đỏ: salivary amalase (pH tối ưu 7.2) (Trích http://click4biology.info/c4b/3/chem3.6.htm) 1.8 Sư ức chế enzyme Sự ức chế enzyme đóng vai trò quan trong phản ứng enzyme làm giảm hiệu phản ứng Có nhiều loại ức chế enzyme nhìn chung chia làm nhóm ức chế cạnh tranh ức chế không cạnh tranh a/ Ức chế cạnh tranh: Sư ức chế cạnh tranh xảy có nhiều hợp chất hóa học có cơng thức cấu tạo khác có cấu trúc khơng gian tương tự Do đó, hợp chất cạnh tranh kết nối với enzyme phản ứng vị trí hoạt hóa nhiên phản ứng khơng xảy khơng tương thích enzyme chất Trong trường hợp tốc độ phản ứng enzyme chất thích hợp khơng bị ảnh hưởng Tuy nhiên cạnh tranh không gian, số enzyme kết nới với chất cần thiết bị giảm đó, hiệu phản ứng giảm Phương pháp giải vấn đề phải tăng lượng enzyme sử dụng cho phản ứng lên cao mức bình thường Một ví dụ tượng mơ tả hình 5.7 cạnh tranh manolate lên phàn ứng enzyme hóa succinate 46 BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng Hình 5.7 Sự ức chế cạnh tranh phản ứng enzyme (Trích http://2012books.lardbucket.org/books/introduction-to-chemistry-generalorganic-and-biological/s21-08-enzyme-inhibition.html ) Các phương trình cần thiết để mơ tả ức chế cạnh tranh: r k3 CE CSA k3 CE CSA  CM  CSA  N CSB0 CM CM (1  N CSB0 )  CSA Với CM = (k2+k3)/k1, mol/m3 N= k4/k5, m3/mol 47 BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng b/ Sự ức chế không cạnh tranh: Khác với ức chế cạnh tranh, ức chế không cạnh tranh xày chất lạ kết nối với enzyme vị trí khác với vị trí hoạt hóa enzyme chất chọn lọc Trong trường hợp này, enzyme bị giảm hoạt tính nên tốc độ phản ứng giảm Phương pháp giải vấn đề trường hợp phải tăng lượng chất lên để tăng va chạm có lợi enzyme chất thíhc hợp Hình 5.8 Sự ức chế không cạnh tranh (http://www.tokresource.org/tok_classes/biobiobio/biomenu/enzymes/competitive_inhi bit_c_la_784.jpg ) Tốc độ phản ứng enzyme trường hợp tính sau: r k3 C E CSA CM  CSA  N CSB0 CM  L.CSA.CSB0 Với CM = (k2+k3)/k1; N= k4/k5; k3 C E CSA (1  L.CSB0 )   CSA  N CSB0 CM ( )  L.CSB0 L= k6/k7 48 BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng Phản ứng lên men vi sinh 2.1 Giới thiệu Phản ứng lên men vi sinh thực tế phản ứng enzyme enzyme vi sinh vật tiết điểu khiển Nói cách khác, vi sinh vật sử dụng hợp chất hóa học thức ăn thải sản phẩm thông qua chuỗi phản ứng enzyme bên thể chúng Phản ứng vi sinh kiểm sốt phức tạp nhiều so với phản ứng enzyme Một số vấn đề quan trọng xem xét phản ứng lên men vi sinh bao gồm: - Vi sinh vật cần có dinh dưỡng để tồn phát triển - Các vi sinh vật cần có thời gian để thích ứng với thay đổi môi trường - Các chất thải vi sinh vật gây ức chế phản ứng chúng Hình 5.9 Mơ hình sinh trưởng vi sinh vật Ngày này, phản ứng lên men vi sinh ứng dụng rộn rãi nhiều lĩnh vực Các vi sinh vật hiếu khí xem giải pháp hiệu cho vấn đề xử lý mô trường vận hành điều kiện thích hợp Ngược lại, vi sinh vật yếm khí nguồn nguyên liệu quan trọng cho nhiều sản phẩm lên men ngành công nghiệp thực phẩm rượu, bia, phô mai….Đồng thời phản ứng vi sinh dùng để sản xuất enzyme quan trọng, hợp chất quý có giá trị kinh tế cao hư vitamin, biệt dược… 49 BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng Bảng 5.2 Ứng dụng phản ứng lên men vi sinh công nghiệp Sản phẩm cuối Ethanol Sản xuất Môi trường Vi sinh vật Bia Lúa mạch Sachromyces cerevisiae Rượu Nước nho Sachromyces cerevisiae Nhiên liệu Chất thải Sachromyces cerevisiae Acid Acetic Giấm Ethanol Acetobacter Acid Lactic Phô mai, yoghurt Sữa Lactobacillus, Streptococcus Cải chua Củ cải Lactobacillus plantarum Xúc xích Thịt Pediococcus Acetone, Butanol Dược, cơng nghiệp Mật rỉ Clostridium acetobutylicum Glycerol Hóa chất Sachromyces cerevisiae Acid Citric Hương liệu Aspergillus Methanol Nhiên liệu Acid Acetic Methanosarcina Sorbone Vitamin C Sorbitol Gluconobacter (http://www.pearsonhighered.com/tortora10einfo/assets/pdf/TortoraFunkeCase_10e_C H05.pdf) 2.2 Động học phản ứng lên men vi sinh Khác với phản ứng lên enzyme, phản ứng lên men vi sinh biểu diễn theo mơ hình Monod với giả thiết môi trường phản ứng đồng nhất:   max CS CS  K S  max  k CC Với: CC: nồng độ tế bào KS: số Monod Hình 5.10 Đường biểu diễn tốc độ phản ứng theo mơ hình Monod 50 BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng Bảng 5.3 Hằng số Monod số vi sinh vật Vi sinh vật Saccharomyces Escherichia Aspergillus Candida Pseudomonas Hansenula Cryptococcus Klebsiella Cơ chất Glucose Glucose Lactose Phosphate Glucose Glycerol Oxygen Methanol Methane Methanol Ribose Thiamine CO2 Magnesium Potassium Sulphate Hằng số Ks (mg/l) 25 4.0 20 1.6 5.0 4.5 0.042 0.7 0.4 120.0 3.0 1.4x10-7 0.4 0.56 0.39 2.7 2.3 Ảnh hưởng chất thải Các chất thải phản ứng lên men đa dạng Chúng CO2, ethanol polysaccharide Sự tồn chúng dẫn đến vấn đề sau: - Tiêu diệt vi sinh vật - Thay đổi pH môi trường - Làm giảm nồng độ vi sinh vật - Tăng độ nhớt dung dịch Trong trường hợp này, số Monod phản ứng biểu diễn lại sau: K 'S  K S (1  CR n ) CR * C*: nồng độ chất thải tối đa mà phản ứng chấp nhận n: bậc chất thải 51 BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng Hình 5.11 Ảnh hưởng chất thải lên phản ứng lên men vi sinh 2.4 Ảnh hưởng nhiệt độ Cũng enzyme, vi sinh vật chịu ảnh hưởng mạnh mẽ nhiệt độ nhìn chung chúng bền nhiệt Trong hầu hết enzyme bị bất hoạt 60-70 độ C, nhiều vi sinh vật tồn nhiệt độ cao 100°c -18°C Điều xuất phát từ khả chống chịu lớp vỏ bảo vệ tế bào Ngoài ra, vi sinh vật có khả thích ứng với thay đổi môi trường xung quanh biến đổi diễn chậm Tốc độ chết vi sinh vật nhiệt độ định mơ tả phương trình: N  N e  kd t Với N0: tổng số vi sinh vật ban đầu kd: số bất hoạt (chết) vi sinh vật nhiệt độ định Sự phụ thuộc kd vào nhiệt độ tuân theo mô hình Arrhenius: kT  kTref e Ea 1 (  ) R Tref T Trong đó: Ea: lượng hoạt hóa vi sinh vật (KJ/mol) R: 8.314 (J/K.mol) 52 BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng Bài tập 1.1 Cho phản ứng A + 3B → 2C với điều kiện ban đầu: C B0 = 2CA0 CC0 = Phản ứng bậc zero thể tích khơng đổi, a/ Hãy mơ tả biến đổi nồng độ theo thời gian phản ứng b/ Khi nồng độ A B cân c/ Tác chất hết trước ? Biễu diễn đồ thị 1.2 Hằng số tốc độ phản ứng K phản ứng bậc zero xác định nhiệt độ khác nhau: K (mol/m3 min) 522 755 1700 4020 5030 Nhiệt độ (°C) 319 330 354 378 383 a/ Ảnh hưởng nhiệt độ lên K có tn theo mơ hình Arrhenius khơng? b/ Nếu phản ứng có dạng A → B với CA0 = kmol/m3 C B0 = kmol/m3 Hãy biểu diễn thay đổi nồng độ chất theo thời gian phản ứng nhiệt độ 340°C c/ Khi toàn chất A sử dụng hết cho phản ứng ? Tại đó, nồng độ chất B bao nhiêu? d/ Tính thời gian để A giảm nửa lượng ban đầu (tại 340°C) 1.3 Cho phản ứng pha khí đồng thể bậc 0: A → 2.7 R, thực bình phản ứng tích khơng đổi với hỗn hợp ban đầu gồm 80%A 20% khí trơ ta có kết sau: Thời gian, h Áp suất tổng, at 1.5 a/ Nếu hỗn hợp ban đầu có áp suất tổng 10 at gốm A ngun chất (khơng chứa khí trơ), xác định áp suất tổng sau 1h b/ Nếu ban đầu A có áp suất riêng phần at, khí trơ có áp suất riêng phần ban đầu 9at Xác định áp suất tổng sau 1h 1.4 Phản ứng pha lỏng A → R + S xày sau: Thời gian, ph CA, mol/l 36 65 100 160 ∞ 0.1823 0.1453 0.1216 0.1025 0.0795 0.0494 với CA0 = 0.1823 mol/l; C R0 = 0; C S0 = 55 mol/l Tìm phương trình vận tốc phản ứng 53 BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng 1.5 Tìm bậc tổng qt phản ứng khơng thuận nghịch: 2H2 + 2NO → N2 + 2H2O từ số liệu thí nghiệm bình phản ứng tích khơng đổi dùng lượng đẳng mol H2O NO: Áp suất tổng , mmHg t1/2, s 200 265 240 186 280 115 320 104 360 67 1.6 Cho phản ứng sau: (ở 279.2°C) SO2Cl2 → Cl2 + SO2 Ở điều kiện thể tích hỗn hợp khơng đổi, theo dõi áp suất tổng cộng theo thời gian liệu sau: t, ph Pt, mmHg 3.4 325 15.7 335 28.1 345 41.1 355 54.5 365 68.3 375 82.4 385 96.3 395 1.7 Một phản ứng pha khí A B A lấy dư Xác định tốc độ phản ứng dựa kết thực nghiệm sau: PA0 (mmHg) 500 125 250 250 PB0 (mmHg) 10 15 10 20 t1/2 (min) 80 213 160 80 1.8 Cho phản ứng A + B + C → P Dựa kết thực nghiệm, xây dựng biểu thức tốc độ phản ứng TN CA0 (M) 0.151 0.251 0.151 0.151 CB0 (M) 0.213 0.105 0.213 0.250 CC0 (M) 0.398 0.325 0.525 0.480 Nếu nồng độ tác chất 0.1 M tốc độ phản ứng bao nhiêu? 54 r0 (M/s) 0.480 0.356 1.102 0.988 BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng Bài tập 2.1 Cho phản ứng thuận nghịch sau: k1 A + B C k2 Giả sử phản ứng stoichiometry và: dCC/dt = k2.CA CB – k1.CC Điều kiện ban đầu: CA0 = mol/L, C B0 = mol/L, CC0 = 0.1 mol/L Với k1 = 0.5/ph; k2 = 2.0 L/ph.mol Xác định nồng độ chất A, B , C theo thời gian phản ứng 2.2 Cho chuỗi phản ứng: Biết phản ứng bậc có: K1 = 0.1/min ; K2 = 0.05 /min; CA0 = 1.0 mol/L; C B0 = CC0 = mol/L Xác định nồng độ chất A, B , C theo thời gian phản ứng 2.3 Cho phản ứng song song sau: A + B → P1 (bậc n) A + B → P2 (bậc n*) Giả sử n = n* Nồng độ chất A theo thời gian sau: t, ph 10 20 40 60 80 100 CA, mol/L 20 18.2 16.7 14.3 11.1 9.1 7.7 6.7 Sau 100 phút, nồng độ cácsản phẩm 2.66 mol/L 10.64 mol/L Xác định bậc phản ứng số tốc độ phản ứng 55 BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng 2.4 Cho phản ứng sau: 2A + B → C Phản ứng có bậc với phương trình động học là: r = -k.C A.CB với k = 0.002 L/mol.s Thiết bị phản ứng có thơng số đầu vào sau: Lưu lượng: 10 L/phút CA = mol/L; C B = mol/L; CC = mol/L Độ chuyển hóa phản ứng X = 0.8 a/ Xác định thể tích bình CSTR dùng cho phản ứng b/ Xác định thể tích thiết bị PFR dùng cho phản ứng 2.5 Phản ứng pha lỏng A → 2R thực bình phản ứng thể tích Lít hoạt động liên tục Ta có CA0 = M Xác định phương trình vận tốc dựa kết thực nghiệm TN Lưu lượng nhập liệu (cm3/s) Nhiệt độ (°C) Đầu ra: C R (mol/L) 13 1.8 15 13 1.5 15 84 1.8 2.6 Cho bình phản ứng dạng ống thể tích khơng đổi hoạt động 100°C, at thực phản ứng: 2A → R + S Trong dòng nhập liệu có chứa 20% khí trơ 100 molA/h Tính thể tích thiết bị để đạt độ chuyển hóa 95% dựa liệu khảo sát phản ứng: t, s PA, at t, s PA, at 1.00 140 0.31 20 0.80 200 0.17 40 0.68 260 0.09 60 0.58 330 0.04 80 0.49 420 0.01 100 0.42 56 BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng 2.7 Cho phản ứng bậc 2: 2N2O → 2N2 + O2 , có k = 977 cm3/mol.s 895°C Biết áp suất ban đầu at, tính độ chuyển hóa phản ứng thời điểm 1s, 10s 10 phút 2.8 Cho phản ứng A → B có phương trình động học sau: dCA/dt = -k.CA với k = 4.2x10-4/s Các điều kiện ban đầu là: CA0 = C B0 = kmol/m3 lưu lượng dòng chảy 10 m3/h Có phương án thiết kế: - Chỉ dùng bình CSTR - Dùng kết hợp CSTR nối PFR (đầu vào thiết bị PFR có CA = 0.5 kmol/m3) Giả sử nhiệt độ ổn định a/ Tính thời gian lưu trung bình cho phương án để đạt độ chuyển hóa 90% b/ Tính thể tích thiết bị c/ So sánh phương án 2.9 Phản ứng không thuận nghịch sau thực điều kiện khối lượng riêng nhiệt độ không đổi: với k1 = 0.15/phút k2 = 0.05/phút Phản ứng hoạt động liên tục với lưu lượng nhập liệu 150 L/phút Biết C R0 = CS0 = Hãy cho biết phương án sau, phương án cho suất R tốt a/ Bình khuấy trộn liên tục V = 300 L b/ bình khuấy trộn liên tục V =150 L/bình nối tiếp c/ bình khuấy mắc song song d/ Thiết bị dạng ống có V = 300 L 57 BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng Bài tập (Ứng dụng computer) 3.1 Trong thiết bị phản ứng có phản ứng sau : A + B → C r1=k1.cA.cB C + B → D r2=k2.cC.cB Gọi nồng độ chất trạng thái ổn định : x1 = cA x2 = cB x3 = cC x4 = cD Sau biến đổi biểu thức ta có hệ phương trình sau : v(cA0 − x1) + V(−k1.x1.x2) = v(cB0 − x2) + V(−k1.x1.x2 − k2.x3.x2) = v(cC0 − x3) + V(k1.x1.x2 − k2.x3.x2) = v(cD0 − x4) + V(k2.x3.x2) = Với v thể tích hệ trước phản ứng , V thể tích hệ thời điểm cân Cho thông số sau : V = 100; v = 1; k1 = 1; k2 = cA0 = 1; cB0 = 2; cC0 = cD0 = Tìm nồng độ chất trạng thái cân 3.2 Cho hệ phản ứng sau : A + B → C r1=k1.cA.cB C + B → D r2=k2.cC.cB A→E r3 = k3.cA Cho lưu lượng dòng vào: v = 0.1 lit/s gồm chất A B Nồng độ ban đầu A : cA0 = 0.5 M Gọi y = cB0 / cA0 Giả sử thể tích hỗn hợp khơng đổi suốt q trình xảy phản ứng Tìm nồng độ chất thời điểm cân với y = 0.5, y = y = Biết hệ số phản ứng 298K 315K có giá trị sau : k1(298K) = 2.1 × 10 −2 l/mol.s k1(315K) = 3.6 × 10 −2 l/mol.s k2(298K) = 1.5 × 10 −2 l/mol.s k2(315K) = 4.5 × 10 −2 l/mol.s k3(298K) = 0.00012 s−1 k3(315K) = 0.00026 s−1 58 BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM 3.3 Cho chuỗi phản ứng : Bài giảng Kỹ thuật phản ứng A→B→C Vận tốc phản ứng biểu diễn qua hệ phương trình vi phân sau : dCA/dt = -k1.CA dCB/dt = k1.CA – k2.CB dCC/dt = k2.C B Tại thời điểm t =0 , ta có : CA = ; C B = CC = Cho k1 = k2 = Hãy viết chương trình biểu diễn biến đổi nồng độ chất 3.4 Vận tốc biến đổi nồng độ tác chất hỗn hợp phản ứng mơ tả hệ phương trình sau : dCE/dt = -k1.C E1.5.CS + k2.C ES + k3.C ES0.8 dCES/dt = k1.CE1.5.CS - k2.C ES – k3.C ES0.8 dCS/dt = -k1.CE1.5.CS + k2.C ES dCP/dt = k3.C ES0.8 Vào thời điểm t = 0, nồng độ chất sau : CE0 = 10 mol/l CES = CS0 = 100 mol/l Cho k1 = 10 ; k2 = ; k3 = 10 Viết chương trình xác định nồng độ chất thời điểm t = 10s 59 CP0 = BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng Bài tập 4.1 Cho phản ứng chất S enzyme A bình khuấy liên tục V = 6L Dựa liệu thực nghiệm, tìm phương trình vận tốc phản ứng CE0 (mol/l) CA0 (mol/l) CA (mol/l) q, (lít/h) 0.02 0.2 0.04 3.0 0.01 0.3 0.15 4.0 0.001 0.69 0.60 1.2 4.2 Phản ứng phân hủy sucrose enzyme sucrase: sucrose → sản phẩm Điều kiện ban đầu: CA0 = mol/m3 C E0 – 0.01 mol/m3 Xác định vận tốc phản ứng dựa liệu biến đổi nồng độ sản phẩm theo thời gian t, h 10 CA, mol/m3 0.68 0.16 0.006 60 ... đến q trình hóa học đề giải pháp kiểm soát chúng Các đối tượng nghiên cứu kỹ thuật hóa học nhìn chung bao gồm: Động học phản ứng, thiết kế thiết bị phản ứng, kiểm sốt dòng chảy thiết bị trao đổi... luật Guldberg – Waage: Phân tích động học phản ứng 4.1 Phân loại phản ứng Phản ứng hóa học nhìn chung có phân thành nhóm bao gồm: phản ứng đồng thể (Homogeneous) hay phản ứng dị thể (Heterogeneous)... phản ứng chúng xảy Năng lượng hoạt hóa thơng số có ý nghĩa quan trọng động học phản ứng Nhìn chung, phản ứng có lượng hoạt hóa cao xảy chậm Hình 2.2 Năng lượng hoạt hóa phản ứng hóa học 13 BM.CNHH