Bài giảng kỹ thuật phản ứng, bộ môn công nghệ hóa học, đại học nông lâm TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Bài giảng: KỸ THUẬT PHẢN ỨNG GV: ThS Nguyễn Bảo Việt Đào Ngọc Duy Năm học: 2015 – 2016 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 Nông 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 CHƢƠNG 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 CHƢƠNG 2: ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ 12 Phân loại phản ứng đồng thể 12 Các yếu tố ảnh hưởng đến động học phản ứng 13 2.1 Ảnh hưởng nồng độ 13 2.2 Ảnh hưởng nhiệt độ 14 2.2 Hoạt hóa phản ứng 16 CHƢƠNG 3: XỬ LÝ DỮ KIỆN ĐỘNG HỌC 18 Động học phản ứng đơn 18 1.1 Phản ứng bậc zero 18 1.2 Phản ứng bậc 20 1.3 Phản ứng bậc hai 22 1.4 Trường hợp tổng quát 25 Động học phản ứng nối tiếp 26 CHƢƠNG 4: CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN THIẾT KẾ 28 THIẾT BỊ PHẢN ỨNG 28 Giới thiệu dòng chảy thực 28 1.1 Khái niệm: 28 1.2 Thiết bị phản ứng dạng ống: 28 1.3 Thiết bị phản ứng dạng bình khuấy: 29 1.4 Hàm phân bố thời gian lưu: 29 1.5 Phương pháp xác định E(t) F(t) 30 1.6 Áp dụng cho thiết bị thực tế 32 BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng Thiết kế Thiết bị phản ứng 34 2.1 Các vấn đề thiết kế 34 2.2 Thiết bị gián đoạn hay liên tục 35 2.3 Thiết bị phản ứng liên tục 36 2.4 Tính tốn thiết bị phản ứng 38 CHƢƠNG 5: PHẢN ỨNG SINH HỌC 41 Quá trình lên men enzyme 41 1.1 Khái niệm enzyme 41 1.2 Phản ứng enzyme 41 1.3 Động học phản ứng enzyme 43 1.4 Bình lên men gián đoạn 45 1.5 Bình khuấy trộn ổn định 45 1.6 Ảnh hưởng nhiệt độ lên phản ứng enzyme 45 1.7 Ảnh hưởng pH lên phản ứng enzyme 46 1.8 Sư ức chế enzyme 47 Phản ứng lên men vi sinh 50 2.1 Giới thiệu 50 2.2 Động học phản ứng lên men vi sinh 52 2.3 Ảnh hưởng chất thải 53 2.4 Ảnh hưởng nhiệt độ 53 CHƢƠNG 6: ỨNG DỤNG MATLAB ĐỂ MƠ HÌNH HĨA CÁC PHẢN ỨNG HĨA HỌC 57 Sơ lược MATLAB 57 1.1 Giao diện: 57 1.2 Sử dụng lệnh Matlab: 57 1.3 Vẽ đồ thị Matlab: 59 1.4 Bài tập áp dụng 1: 60 Ứng dụng hệ phương trình phi tuyến 61 2.1 Khái niệm: 61 2.2 Bài tập áp dụng 2: 61 Ứng dụng hệ phương trình vi phân 62 3.1 Khái niệm: 62 3.2 Bài tập áp dụng 3: 64 BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng Bài tập 66 Bài tập 68 Bài tập (Ứng dụng computer) 71 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 ngun liệu thơ thành sản phẩm, hầu hết chúng phải trải qua nhiều giai đoạn khác biến đổi hóa học đóng vai trị tảng Kỹ thuật hóa học mơn học sâu phân tích đánh giá yếu tố ảnh hưởng 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 dịng 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 mơ 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 >  Cửa sổ lịch sử lệnh Command History : liệt kê lệnh sử dụng trước  Cửa sổ Worskpace : cho biết biến sử dụng chương trình  Current Directory : cho biết thư mục sử dụng Có thể thay đổi cách click vào nút “…” bên cạnh cửa sổ 1.2 Sử dụng lệnh Matlab: Các lệnh Matlab thực trực tiếp cửa sổ lệnh Command window thông qua file lệnh Thường kết hợp phương thức làm việc 57 BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng A Sử dụng lệnh trực tiếp : Ví dụ 1: Giải phương trình sau : ax2 + bx + c = (cho a = , b= c= -3) Phương trình có nghiệm : Thực Matlab : >> a=2 >> b=5 >> c=-3 >> x1=(-b+sqrt(b^2-4*a*c))/(2*a) x1 = 0.5000 >> x2=(-b-sqrt(b^2-4*a*c))/(2*a) x2 = -3 Chú giải : ta thực gán giá trị a,b,c dấu “=” Lệnh sqrt lệnh lấy bậc biểu thức Sau ta nhập biểu thức tính giá trị biến x1, x2 chương trình tính kết tương ứng * Các phép toán Matlab : B Sử dụng hàm : Để tạo hàm MatLab ta dùng cấu trúc sau : Function [tên kết quả] = tên hàm (danh sách biến) Mỗi hàm tạo Matlab xem M_file (ta hiểu hàm đơn giản tập hợp lệnh sọan thảo trước) Tên hàm thường tên M_file Ví dụ : tạo hàm giải phương trình bậc hai - Mở cửa sổ sọan thảo M_Editor - Nhập lệnh : function [x1,x2]=bachai(a,b,c) 58 BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM - Bài giảng Kỹ thuật phản ứng delta=b^2-4*a*c; x1=(-b+sqrt(delta))/(2*a); x2=(-b-sqrt(delta))/(2*a); Save lại với tên file bachai.m Chú giải: x1 x2 biến xuất kết ta chạy hàm cửa sổ lệnh Các tham số a,b,c phương trình bậc hai “ax2 + bx + c =0” nhập gọi hàm Delta biến phụ hàm, khơng thể ta chạy hàm Phương trình 2x2 + 5x – = giải sau : (Chạy command Window) >> [x1,x2]=bachai(2,5,-3) x1 = 0.5000 x2 = -3 1.3 Vẽ đồ thị Matlab: Ta sử dụng cấu trúc sau muốn vẽ hàm Matlab plot (‘tên hàm’, *khoảng vẽ]) Ví dụ 3: vẽ hàm y = log (x) khỏang x = [1 ; 5] - Tạo file vidu3.m sau : function y = vidu3(x) y = log (x); - Chạy cửa sổ lệnh: >> plot ('vidu3',[1;5]) Ta “insert” tên đồ thị (Title), trục tung (Y Label), trục hoành (Xlabel), text, arrow vào đồ thị 59 BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng 1.4 Bài tập áp dụng 1: Cho phản ứng phân hủy : A → B Hãy vẽ đường biểu diễn nồng độ A theo thời gian tính nồng độ A thời điểm t = 10 phút Kết thực nghiệm sau : t (phút) 12 15 18 21 C (Mol/L) 100 80 65 55 49 45 42 41 38 Giải : Để thực tóan ta sử dụng lệnh plot hàm interp1 Lệnh plot cho phép biểu diễn mối quan hệ x y theo cấu trúc lệnh: plot (x,y) Hàm interp1 làm hàm nội suy đơn giản Nó cho phép nội suy giá trị yi theo xi nhờ vào kiện ban đầu Cấu trúc lệnh: interp1 (x,y,xi) Thực chương trình : >> x = [ 12 15 18 21]; %Khai báo giá trị x >> y = [ 100 80 65 55 49 45 42 41 38]; %Khai báo giái trị y >> plot (x,y) >> y10 = interp1(x,y,10) y10 = 47.6667 60 BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng Ứng dụng hệ phương trình phi tuyến 2.1 Khái niệm: Hệ phương trình phi tuyến dạng phổ biến toán kỹ thuật, đặc biệt cơng nghệ hóa học Các phương trình phi tuyến có dạng đặc trưng f(x) = 0, f(x) thường hàm bậc cao (bậc 2, 3) hàm phức tạp (ln, log) Các hệ phương trình dạng thường khơng thể giải theo cách biến đổi thông thường mà phải áp dụng phương pháp tính gần Các phương pháp yêu cầu điều kiện ban đầu tốn (điều kiện biên) hay nói cách khác giá trị ban đầu biến cần tìm để chạy nội suy Trong Matlab, công cụ giải toán hàm fsolve: fsolve(‘tên hệ phương trình’, x0) Ví dụ 4: Tìm nghiệm hệ phương trình: 2*x1 – x2 – e-x1 = -x1 + 2*x2 – e-x2 = Với giá trị khởi đầu x = [-5 ; 5] Thực sau: - Tạo file vidu4.m để tạo hàm chứa phương trình : function f = vidu4(x) f = [ 2*x(1) – x(2) – exp(-x(1)) ; -x(1) + 2*x(2) – exp(-x(2)) ]; - Chạy cửa sổ lệnh Command window : >>x0 = [-5 -5]; >> fsolve(‘vidu4’,x0) ans = 0.5671 0.5671 Lưu ý: thường ta hay dùng cấu trúc fsolve(‘tên hệ phương trình’, x0, optimset(‘fsolve’)) Cấu trúc cho phép đánh giá xác nghiệm phương trình 2.2 Bài tập áp dụng 2: 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: 61 BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng 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 = k2 = cA0 = cB0 = cC0 = cD0 = Tìm nồng độ chất trạng thái cân Giải: - Tạo hàm baitap.m chứa hệ phương trình trên: function f = baitap1(x) v=1; V=100; k1=1; k2=1; cA0 = 1; cB0 = 2; cC0 =0; cD0=0; f = zeros(4,1); % Tạo ma trận f gồm đơn vị f(1)= v*(cA0 - x(1)) + V*(-k1*x(1)*x(2)); f(2)= v*(cB0 - x(2)) + V*(-k1*x(1)*x(2) - k2*x(2)*x(3)); f(3)= v*(cC0 - x(3)) + V*(k1*x(1)*x(2) - k2*x(2)*x(3)); f(4)= v*(cD0 - x(4)) + V*(k2*x(2)*x(3)); - Thực lệnh sau cửa sổ lệnh : >> c0=[1 0]; >> fsolve('baitap',c0,optimset('fsolve')) ans = 0.0566 0.1666 0.0534 0.8900 Ứng dụng hệ phương trình vi phân 3.1 Khái niệm: Hệ phương trình vi phân dạng phổ biến tóan kỹ thuật Việc giải phương trình khó khăn khơng có hỗ trợ cơng cụ tin học MatLab cung cấp nhiều phương án giải vấn đề Phổ biến sử dụng hàm ode xây dựng tảng phương pháp Runge-Kutta Các hàm thông dụng hàm ode23 ode45 Cách sử dụng hàm giống 62 BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng Tuy nhiên, ode45 phương án khuyến khích sử dụng có độ tin cậy cao Cấu trúc hàm : [T,Y] = ode45(‘tên phương trình’, tspan , y0, option) tspan: khỏang thời gian cho trước y0: điều kiện khởi đầu option: phần mở rộng hàm, thường dùng để xét độ xác Có kiểu hay dùng RelTol AbsTol RelTol độ xác tương đối, khỏang 0.1% AbsTol độ xác tuyệt đối, mặc định 10^-6 Ví dụ 5: Cho hệ phương trình : y’1 = y2*y3 y’2 = -y1*y3 y’3 = -0.51*y1*y2 Có điều kiện sau : y1(0) = ; y2(0) = ; y3(0) = Giải hệ khỏang thời gian t = [0 12] Thực sau : - Tạo hàm vidu5.m chứa hệ phương trình function dydt = vidu5(t,y) dydt = zeros(3,1); %Tạo ma trận có đơn vị dydt(1) = y(2)*y(3); dydt(2) = -y(1)*y(3); dydt(3) = -0.51*y(1)*y(2); - Thực lệnh cửa sổ lệnh : >>tspan = [0 12]; >>y0 = [ 1]; >>*T,Y+ = ode45(‘vidu43’,tspan,y0) Y = -0.6987 -0.7128 0.8650 Nếu ta muốn thu giá trị có độ xác tương đối đến 10^-4 ta làm sau : >>options = odeset(‘RelTol’,1e-4); >>*T,Y+ = ode45(‘vidu43’,tspan,y0,options) Tương tự với AbsTol >>options = odeset(‘AbsTol’,*1e-4 1e-5 1e-4]); 63 BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng Lưu ý: AbSTol cho phép ta xác định độ xác cho giá trị cụ thể hàm 3.2 Bài tập áp dụng 3: Cho chuỗi 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.CB Tại thời điểm t =0 , ta có : CA = ; CB = CC = Cho k1 = k2 = Hãy viết chương trình biểu diễn biến đổi nồng độ chất Giải: - Tạo hàm heviphan.m chứa phương trình function dcdt=heviphan(t,C) global k1 k2 (%global giúp biến xác định hàm) dcdt=zeros(3,1); dcdt(1) = -k1*C(1); dcdt(2) = k1*C(1) – k2*C(2); dcdt(3) = k2*C(2); - Tạo file baitap3.m gồm lệnh sau : clc clf clear global k1 k2 k1=1; k2 = 2; tspan = [0 5]; C0= [5 0]; *t,c+ = ode45(‘heviphan’,tspan,C0) plot(t,c(:,1),’-.’,t,c(:,2),’*’,t,c(:,3),’.’) %hiển thị giá trị C theo t legend(‘cA’,’cB’,’cC’) xlabel(‘time(hour)’) ylabel(‘Nong do, mol/l.s’) title(‘baitap3’) 64 BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng 65 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: CB0 = 2CA0 CC0 = Phản ứng bậc zero thể tích khơng đổi, a/ Hãy mô tả biến đổi nồng độ theo thời gian phản ứng b/ Khi nồng độ A B cân c/ Tác chất hết trƣớc ? Biễu diễn đồ thị 1.2 Hằng số tốc độ phản ứng K phản ứng bậc zero đƣợc 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 hƣởng nhiệt độ lên K có tn theo mơ hình Arrhenius khơng? b/ Nếu phản ứng có dạng A → B với CA0 = kmol/m3 CB0 = kmol/m3 Hãy biểu diễn thay đổi nồng độ chất theo thời gian phản ứng nhiệt độ 340°C c/ Khi toàn chất A đƣợc sử dụng hết cho phản ứng ? Tại đó, nồng độ chất B bao nhiêu? d/ Tính thời gian để A giảm nửa lƣợng ban đầu (tại 340°C) 1.3 Cho phản ứng pha khí đồng thể bậc 0: A → 2.7 R, đƣợc 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 nhƣ sau: Thời gian, ph CA, mol/l 0.1823 36 0.1453 65 0.1216 100 0.1025 160 0.0795 ∞ 0.0494 với CA0 = 0.1823 mol/l; CR0 = 0; CS0 = 55 mol/l Tìm phƣơng trình vận tốc phản ứng 1.5 Tìm bậc tổng quát phản ứng không thuận nghịch: 66 BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng 2H2 + 2NO → N2 + 2H2O từ số liệu thí nghiệm bình phản ứng tích khơng đổi dùng lƣợng 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 đƣợc 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 đƣợc lấy dƣ Xác định tốc độ phản ứng dựa kết thực nghiệm nhƣ 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? 67 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, CB0 = 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: 𝑨 𝒌𝟏 𝑩 𝒌𝟐 𝑪 Biết phản ứng bậc có: K1 = 0.1/min ; K2 = 0.05 /min; CA0 = 1.0 mol/L; CB0 = 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 nhƣ 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 lần lƣợt 2.66 mol/L 10.64 mol/L Xác định bậc phản ứng số tốc độ phản ứng 68 BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng 2.4 Cho phản ứng sau: 2A + B → C Phản ứng có bậc với phƣơng trình động học là: r = -k.CA.CB với k = 0.002 L/mol.s Thiết bị phản ứng có thơng số đầu vào nhƣ sau: Lƣu lƣợng: 10 L/phút CA = mol/L; CB = 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 phƣơng trình vận tốc dựa kết thực nghiệm TN Lưu lượng nhập liệu (cm3/s) Nhiệt độ (°C) Đầu ra: CR (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 69 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 phƣơng trình động học sau: dCA/dt = -k.CA với k = 4.2x10-4/s Các điều kiện ban đầu là: CA0 = CB0 = kmol/m3 lƣu lƣợng dịng chảy 10 m3/h Có phƣơng 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 lƣu trung bình cho phƣơng án để đạt độ chuyển hóa 90% b/ Tính thể tích thiết bị c/ So sánh phƣơng án 2.9 Phản ứng không thuận nghịch sau thực điều kiện khối lƣợng riêng nhiệt độ không đổi: 𝐴 𝑘1 𝑅 𝑘2 𝑆 với k1 = 0.15/phút k2 = 0.05/phút Phản ứng hoạt động liên tục với lƣu lƣợng nhập liệu 150 L/phút Biết CR0 = CS0 = Hãy cho biết phƣơng án sau, phƣơng 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 nhƣ mắc song song d/ Thiết bị dạng ống có V = 300 L 70 BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng Bài tập (Ứng dụng computer) 3.1 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 lƣu lƣợng 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 3.2 Vận tốc biến đổi nồng độ tác chất hỗn hợp phản ứng đƣợc mô tả hệ phƣơng trình sau : dCE/dt = -k1.CE1.5.CS + k2.CES + k3.CES0.8 dCES/dt = k1.CE1.5.CS - k2.CES – k3.CES0.8 dCS/dt = -k1.CE1.5.CS + k2.CES dCP/dt = k3.CES0.8 Vào thời điểm t = 0, nồng độ chất nhƣ sau : CE0 = 10 mol/l CES = CS0 = 100 mol/l Cho k1 = 10; k2 = ; k3 = 10 Viết chƣơng trình xác định nồng độ chất thời điểm t = 10s 71 CP0 = ... 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 Nông Lâm TP. HCM Kỹ thuật. .. xúc tác hóa học ảnh hưởng đến động học phản ứng mà không làm thay đổi nhiệt động học phản ứng 17 BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật phản ứng CHƯƠNG 3: XỬ LÝ DỮ KIỆN ĐỘNG HỌC Động học phản ứng... độ phản ứng, nhiệt độ cao động học phản ứng lớn Tuy nhiên chất thu hay tỏa nhiệt phản ứng hóa học có ảnh hưởng đáng kể đến độ chuyển hóa chất phản ứng 16 BM.CNHH – ĐHNL.TPHCM Bài giảng Kỹ thuật