Bài tập kỹ thuật phản ứng

Kỹ thuật phản ứng là môn học liên quan đến động hóa học, nhiệt hóa học, là một trong 4 môn quá trình thiết bị. Cung cấp kiến thức bổ ích cho chuyên ngành hóa học, cụ thể là ở trong lĩnh vực sản xuất,...Sau khi học xong môn này sẽ giúp ít cho sinh viên có một nền tảng lý thuyết vững chắc, hiểu biết được những sơ đồ quan trọng,...Xin cảm ơn đọc giả

ÔN TẬP KIỂM TRA KTPU Thí dụ 2.3: Cho phản ứng phân hủy pha khí bậc 0: A → 2,7R được thực hiện trong bình

phản ứng có thể tích không đổi với hỗn hợp ban đầu gồm 80% A và 20% khí trơ ta thu được kết quả sau:

a) Nếu hỗn hợp ban đầu có áp suất tổng là 10at gồm A nguyên chất không có khí trơ, xác định áp suất tổng sau 1h?

b) Nếu áp suất riêng phần ban đầu của A là 1at, khí trơ là 9at, xác định áp suất tổng sau 1h?

Bài làm

Ta có: %V= %P

Po= 1at => PAo= 0,8 at , Ptrơ = 0,2 at

Gọi x là lượng A tiêu thụ sau 1h theo phương trình:

Ptổng sau 1h= Ptrơ + PA+ PR= 0,2 + 0,8 - x +2,7x = 1,5 => x = 0,29 at

→ ��=0,290,8 a) Nếu Po= 10 at gồm 100% A => P = PA; PAo= 10at

Sau 1h áp suất tổng là:

P = PA+ PR=10 −0,290,8 10 + 2,7.0,290,8 10 = 16,16 ��

b) Nếu PAo = 1 at, Ptro= 9at => Po= 10 at

P = Ptrơ + PA+ PR= 9at + 1 −0,290,8 1 + 2,7.0,290,8 = 10,62 at

Thí dụ 3.3: Tính thời gian phản ứng.

CH3COOH + C4H9OH → CH3COOC4H9+ H2O

100oC, xúc tác H2SO4nồng độ 0,032 %k.l

Nhập liệu: 4,97 mol Butanol/ mol axit

Phương trình vận tốc (-rA) = k.��2 với k =17,4 ml/mol.ph

ρ = 0,75 g/ml = const

XAf= 50%

Năng suất trung bình 100kg/h, thời gian gián đoạn là 30ph

Bài làm

A + B → R + S Tác chất là nguyên chất, phản ứng là pha lỏng nên �� = 0

Phương trình thiết kế cho khuấy gián đoạn là:

V = const => t =�.�1

�� 0

�� ��� (1−��)2

(-rA) = � ��2 = � ���2 (1 − ��)2 với k = 17,4 ml/mol.ph

t = CAo 0XA ���

�.���2 (1−� � )2 =�.�1

�� 0

�� ��� (1−� � )2

t = �.�1

��

1

1−��−1−01

���= (4,97 ��� ���).(74 �/���)+(1 ��� ���).(60 �/���)1 ��� ���

0,75 �/��

= 0,00175 ���/��

Với XAf= 50% , 60%, 70 %, 80%, 90%, 95%, 99%

t (ph) 32,84 49,26 76,63 131,36 295,57 623,97 3251,23

Nếu lựa chọn 95% hay 99% tuy độ khiết cao nhưng vẫn còn lẫn tạp chất, cần phải trải qua quá trình loại bỏ tạp chất và thời gian phản ứng quá lâu 10h và 60h không đem lại hiệu quả trong sản suất, và ứng dụng của các chất độ tinh khiết gần như tuyệt đối không nhiều, ít đem lại hiệu quả kinh tế, tiêu tốn khá nhiều thời gian, nhiên liệu để phản ứng Vì vậy, nên chọn độ chuyển hóa từ 90% trở xuống để quá trình tối ưu nhất.

Thí dụ 3.1: Xác định lưu lượng mỗi dòng nhập nhiệu

Phản ứng thuận nghịch pha lỏng sơ đẳng

A + B = R + S Với: k1= 7 l/mol.ph , k2 = 3 l/mol.ph , V = 120 lít

Hai dòng nhập liệu riêng biệt có lưu lượng bằng nhau:

- Dòng có nồng độ 2,8 mol A/lít

- Dòng có nồng độ 1,6 mol B/lít

Độ chuyển hóa của tác chất giới hạn đạt 75%

Bài làm

- Dòng nhập liệu ban đầu: CA00= 2,8 mol/l ; CB00= 1,6 mol/l

- Hai dòng nhập liệu riêng biệt có lưu lượng bằng nhau:

→ CA0 = 1,4 mol/l; CB0 = 0,8 mol/l

- Tác chất giới hạn B, XBf = 0,75

→ CBf = CB0(1-XBf) = 0,8.(1-0,75) = 0,2 mol/l

CAf= CA0- CB0.XBf = 1,4 - 0,6 = 0,8 mol/l

CRf= CSf= CB0.XBf= (0,8 mol/l).0,75 = 0,6 mol/l

CB0.XBf = CA0.XAf

- Phương trình vận tốc (-rA) = (-rB) = (+rR) = (+rS) = k1CACB - k2CRCS

→ (-rA)r= (-rB)r= (+rR)r = (+rS)r = k1CAfCBf - k2CRfCSf = (7 l/mol.ph).(0,8 mol/l).(0,2 mol/l) -(3 l/mol.ph).(0,6 mol/l).(0,6 mol/l) = 0,04 mol/l.ph

�

��0 =� ��

�0 =�( − ���− ��0

��)

- Vì B là tác chất giới hạn, viết theo B, XBf = 0,75

(-rB)r = 0,04 mol/l.ph ; V = 120 lít ; CB0= 0,8 mol/l

�

��0 =� ��

�0 =�( − ���− ��0

��)

→ Dòng nhập liệu chung ϑ = V.(−��� )

��0.(���−��0)=(120 l ).(0,04 mol/l.ph)(0,8 mol/l).(0,75) = 8 l/ph

Vậy lưu lượng mỗi dòng nhập liệu là: 4 l/ph

Thí dụ 3.4: Tính thể tích bình phản ứng ống

4PH3(k) → P4(k)+ 6H2(k) (-rPH3) = (10 h-1).CPH3

- Hoạt động ở nhiệt độ 650oC, áp suất 4,6 atm

- XAf = 80%

- Nhập liệu có suất lượng 2kmol/h phosphin nguyên chất

Bài làm 4A → B + 6C (-rA) = (10 h-1).CA

�ố�� = ��0

��1=0

��2=0,8

���

−��= ��0

��1=0

��2=0,8

���

� ��

εA =7 − 4

4 = 0,75

�� = ��0.1 + �1 − ��

� ��

V = k CFA0

A0 0

0,8

1 + εA XA

1 − XA dXA

V = k CFA0

A0 (1 + εA) ln1 − X1

A − εA XA

��0 =(0,082 � ��/��� �)(650 + 273�)4,6�� = 0,06 ���/�

(10h−1) (0.06 mol/l) (1 + 0,75)ln

1

1 − 0,8− 0,75.0,8

Bài tập 3.6: Cho phản ứng tạo thành etylen glicol như sau:

��2�� − ��2�� + �����3 → (��2��)2+ ���� + ��2 Phản ứng sơ đẳng k = 5,2 l/mol.h ở 82oC Hỗn hợp nhập liệu ban đầu đẳng mol đạt độ chuyển hóa 95% từ 2 dòng nguyên liệu có sẳn như sau:

- Dung dịch 15% k.l bicacbonat sodium

- Dung dịch 30% k.l etylen clorhidrin trong nước

a) Tính thể tích bình phản ứng khuấy trộn hoạt động ổn định để sản xuất 50kg/h etilen glycol?

b) Tính thể tích bình phản ứng ống để phản ứng ở cùng điều kiện trên?

c) Tính thời gian phản ứng và thể tích bình phản ứng khuấy trộn hoạt động gián đoạn để sản xuất 50kg/h etilen glycol? Thời gian gián đoạn giữa 2 mẻ là 30 phút

Bài làm

A + B → R + S + T Phân tử lượng của các cấu tử: MA= 80,5 g/mol; MB= 84 g/mol; MR= 62 g/mol;

MS= 58,5 g/mol; MT= 44 g/mol; ρ = 1020 kg/m3= const

Nồng độ ban đầu của hai tác chất:

��00 =

30%

80,5 ��/����

100%

1020 ��/�3

= 3,8 ���/�; ��00=

15%

84 ��/����

100%

1020 ��/�3

= 1,82 ���/�;

Điều kiện đầu: ��0 = ��0 → �0 ��0 = �0 ��0 → ��0 = ��0

�0� ��00 = �0� ��00 �ớ� �0 = �0�+ �0�

trong đó: �0 là lưu lượng dòng nhập liệu chung

�0� ; �0� lần lượt là lưu lượng dòng nhập liệu A, B

→ CCA00

B00 =vv0B

0A =1,823,8 → v0B = 2,08 v0A → �0 = �0�+ �0� = 3,08 �0�

��0 =�0� ��00

�0 =�0� ��00

�0�+�0� =�0� ��00

3,08 � 0� =��00

3,08 =3,8 ���/�3,08 = 1,23 ���/�

a) Thể tích bình phản ứng ống 50 kg /h Etylen Glycol

�ố�� = ��0

��1=0

��2

���

−�� = ��0

��1=0

��2

���

� ��2

�2 = 0,95; �� = 50/62 = 0,806 ����/ℎ → �0� = ��0

��00 = 848/3,8 = 223 �/ℎ

�0� = 2,08 �0� = 463,8 �/ℎ

��0 = 0,848 ����/ℎ = 848 ���/ℎ (−��) = (5,21 �/��� ℎ) ��2 = (5,21 �/��� ℎ) ��02 (1 − ��)2

�ố�� = ��0

0

0,95

���

� ��02 (1 − ��)2 = ��0

� ��02

1

1 − �� 0

0,95

=5,2119 848 ���/ℎ

1,232 = 2044 �í� b) Bình khuấy trộn hoạt động ổn định 50kg/h Etylen Glycol

�

��0 =� ��

�0 =�( − ���− ��0

��)

��0 = 1,23 ���/�; ��0 = 0,848 ����/ℎ = 848 ���/ℎ

��� = 0,95 ; ��0 = 0 (−��) = (5,21 �/��� ℎ) ��02 (1 − ��)2 = (5,21 �/��� ℎ) (1,23 ���/�)2 (1 − 0,95)2

= 0,0197 ���/� ℎ

�� =(848 ���/ℎ) (0,95 − 0)(0,0197 ���/� ℎ) = 40893 �í�

c)

t = k.C1

A0 0

0,95 dX (1−��)2 → t =�.�1

��

1 1−��−1−01 =(5,21 �/���.ℎ)(1,23 ���/�)1 19 = 2,97ℎ Tổng thời gian mỗi mẻ là: �� = 2,97ℎ + 0,5ℎ = 3,47ℎ

Gọi mAvà ��

�� lần lượt là khối lượng và số mol etilen clohidrin cho vào bình mỗi mẻ Phương trình cân bằng sau:

(��) (80,5�/���) ��� ��

80,5�/��� ) 0,95 (62�/���)

→ mA = 237,13 kg etilen clohidrin/mẻ Khối lượng nhập liệu mỗi mẻ:

�� = 237,13 ��/�ẻ + (273,13 ��/�ẻ80,5 �/��� ) (1,23 ���/�) (84�/��� ) = 623,69 ��/�ẻ

Thể tích hỗn hợp (chứa) trong bình: V = 623,69 kg/mẻ1,020 kg/lit = 611,46 lít

ĐỀ ÔN 1) Cho phản ứng pha khí A + 2B → R + S Hỗn hợp ban đầu có áp suất riêng phần của A

là 2at, B là 5at, khí trơ là 3at Hỏi:

a) Khi phản ứng hoàn toàn, áp suất tổng là bao nhiêu?

b) Khi áp suất tổng là 7at, phản ứng đạt được là bao nhiêu?

Bài làm

A + 2B → R + S a) Po= 10at ; PAo= 2 at ; PBo= 5 at ; Ptro= 3at A là tác chất giới hạn ( hết trước) Khi phản ứng hoàn toàn PA= 0; PB= 1at; Ptro= 3at; PR= 2at; PS= 2at

P = PA+ PB+ Ptro+ PR+ PS= 0+1+3+2+2= 8at ( Phản ứng giảm số mol)

b) PR= PRo+∆�� (� − ��) → ��= 0 + −11 (7 − 10) = 3�� như vậy phản ứng đạt hiệu suất (150%)

2) Cho biết đơn vị của các hằng số vận tốc phản ứng k trong những trường hợp sau:

(−rA) = kCA; (−rA) = kCA2/4; (−rA) = kpApB; (−rA) = k Cho biết đơn vị của (-rA) = mol/l.ph; CA= mol/l và pA, pB = at

Bài làm a) (−rA) = kCA → mol/l ph = (k) mol/l → k = 1/ph

b) (−rA) = kCA2/4→ mol/l ph = (k) (mol/l)1/2→ k = (mol/l)ph1/2

c) (−rA) = kpApB → mol/l ph = (k) (at)2 → k =(at)l.ph2.mol

d) (−rA) = k → k = mol/l ph

3) Cho phản ứng như sau: A + B → R + S + T Phản ứng sơ đẳng với CB0 =1,1CA0 và k = 5,2 l/mol.h ở 82oC, 1at Trên cơ sở số liệu này ta xây dựng một thiêt bị sản xuất để xác định tính khả thi của việc sản xuất R từ 2 dòng nhập liệu có sẳn như sau: dung dịch 30% khối lượng A trong nước và dung dịch 20% khối lượng B trong nước

a) Tính thể tích bình phản ứng khuấy trộn lý tưởng và bình phản ứng dạng ống lý tưởng hoạt động ổn định đạt độ chuyển hóa của tác chất A là 90% và năng suất 100kg R/h?

b) T là khí CO2 Hỏi trong cả 2 bình câu a) thu được bao nhiêu khí CO2 tại điều kiện phản ứng?

Cho biết MA = 80,5; MB = 84; MR = 62; MS = 58,5; MT = 44 kg/kmol và giả sử khối lượng riêng của hỗn hợp trong phản ứng không đổi và bằng 1020 kg/m3.

Bài làm

A + B → R + S + T

��00 =

30%

80,5 ��/����

100%

1020 ��/�3

= 3,8 ���/�; ��00 =

20%

84 ��/����

100%

1020 ��/�3

= 2,43 ���/�

Điều kiện đầu: 1,1��0 = ��0 → �0 1,1��0 = �0 ��0 → 1,1��0 = ��0

1,1�0� ��00 = �0� ��00 �ớ� �0 = �0�+ �0�

trong đó: �0 là lưu lượng dòng nhập liệu chung

�0� ; �0� lần lượt là lưu lượng dòng nhập liệu A, B

→ CA00

CB00 = v0B

1,1v0A =2,433,8 → v0B = 1,72 v0A → �0 = �0�+ �0� = 2,72 �0�

��0 =�0� ��00

�0 = �0� ��00

(�0�+�0�)=�0� ��00

2,72 �0� =��00

2,72 =3,8 ���/�2,72 = 1,4 ���/�

a) Thể tích bình phản ứng ống 100 kg R /h

�ố�� = ��0

��1=0

��2

���

−��= ��0

��1=0

��2

���

� �� ��

�2 = 0,9; �� = 100/62 = 1,613 ����/ℎ → �0� = ��0

��00 = 1791/3,8 = 471,3 �/ℎ

�0� = 1,72 �0� = 810,6 �/ℎ

��0 = 1,791 ����/ℎ = 1791 ���/ℎ

��0 ��= ��0 �� → �� =��0 ��

��0 =0,9

1,1= 0,82 (−��) = (5,21 �/��� ℎ) �� �� = (5,21 �/��� ℎ) ��0(1 − ��) ��0(1 − ��)

= (5,21 �/��� ℎ) ��02 (1 − ��)(1,1 − ��)

�ố�� = ��0

0

0,9

���

� ��02 (1 − ��)(1,1 − ��) =

��0

� ��02

0

0,9

��

(1 − ��)(1,1 − ��)

(5,21 �/��� ℎ) (1,4 ���/�)2 6 = 1473 �í�

Bình khuấy trộn hoạt động ổn định 100 kg R/h

�

��0 =

�

� ��0 =

���− ��0

( − ���)

��0 = 1,4 ���/�; ��0 = 1,791 ����/ℎ = 1791 ���/ℎ

��� = 0,9 ; ��0 = 0 (−��) = (5,21 �/��� ℎ) ��02 (1 − ��)(1,1 − ��)

= (5,21 �/��� ℎ) (1,4 ���/�)2 (1 − 0,9)(1,1 − 0,9) = 0,204 ���/� ℎ

�� =(1791 ���/ℎ).(0,9−0)(0,204 ���/�.ℎ) = 7901 �í�

b) Số khí CO2 thu được là:

FA0= 1,791 kmol/h, XAf= 90%

Suy ra: FT= 1,791*0,9 = 1,612 kmol/h

Khối lượng CO2thu được: (1,612 kmol/h).(44 kg/kmol)= 70,9 kg/h

GIẢI ĐỀ THI CUỐI KỲ 2019-2020 Câu 1: Cho phản ứng nối tiếp A → R → S với R là sản phẩm chính và có hằng số vận tốc k1

= 10 h-1, k2= 1 h-1 Xác định thời gian phản ứng, thể tích bình phản ứng khuấy trộn hoạt động liên tục, nồng độ các chất trong dòng ra với lưu lượng nhập liệu là 1000 lit/h, nồng độ tác chất ban đầu của A là 2,8 mol/lit

Bài giải

��0 = 2,8 ���/�; ��0 = 1000 ���/ℎ 2,8 ���/� = 2800 ���/ℎ

CA+ CR+ CS= CA0

���� = 1

�1�2 = 1

10.1= 0,32ℎ ( − ���) = �1 �� = �1 ��0(1 − ��) = 10ℎ−1 2,8 ���/� 0,24 = 6,72���/� ℎ

��� =��0�+ ��

�0 =2,8 − 0,672,8 = 0,76 = 76%

�

��0 =� ��

�0 =�( − ���− ��0

��)

� = ��0.�( − ��� − ��0

��) = 2800 ���/ℎ

0,76 − 0 6,72 ���/� ℎ = 316,7 ���

��

��0 = 1

1 + �1 �=

1

1 + 10(ℎ−1) 0,32ℎ= 0,24 → �� = 0,24.2,8 mol/lit = 0,67 mol/l

��

��0 =

�1 � (1 + �1 �)(1 + �2 �)=

10ℎ−1 0,32ℎ (1 + 10ℎ−1 0,32ℎ)(1 + 1ℎ−1 0,32ℎ) = 0,58

→ �� = 0,58.2,8 ���/� = 1,62 ���/�

��

��0 =

�1�2 �2

(1 + �1 �)(1 + �2 �)=

10ℎ−1 1ℎ−1 0,322ℎ (1 + 10ℎ−1 0,32ℎ)(1 + 1ℎ−1 0,32ℎ) = 0,18

→ �� = 0,18.2,8 ���/� = 0,52 ���/�

Câu 2: Cho phản ứng như sau: A + B → R + S + T

Đây là phản ứng sơ đẳng với hằng số tốc độ phản ứng k = 5,2 lit/mol.h ở 82oC Trên cơ sở

số liệu này ta xây dựng một thiết bị sản xuất thử để định tính khả thi của việc sản xuất R từ

2 dòng nhập liệu có sẳn như sau: dung dịch 20% khối lượng A trong nước và dung dịch 20% khối lượng B trong nước

Tính thể tích bình phản ứng dạng ống hoạt động ổn định có độ chuyển hóa của tác chất A là 90% và năng suất 100kg R/h với tỷ lệ nồng độ ban đầu của hai tác chất là CA0= CB0

Cho biết: MA= 80,5 kg/kmol; MB = 84 kg/kmol; MR= 62 kg/kmol; MS= 58,5 kg/kmol;

MT= 44 kg/kmol và giả sử khối lượng riêng của hỗn hợp trong phản ứng không đổi và bằng

1020 kg/m3.

Bài giải

A + B → R + S + T

��00 =

20%

80,5 ��/����

100%

1020 ��/�3

= 2,53 ���/�; ��00=

20%

84 ��/����

100%

1020 ��/�3

= 2,43 ���/�

Điều kiện đầu: ��0 = ��0 → �0 ��0 = �0 ��0 → ��0 = ��0

�0� ��00 = �0� ��00 �ớ� �0 = �0�+ �0�

trong đó: �0 là lưu lượng dòng nhập liệu chung

�0� ; �0� lần lượt là lưu lượng dòng nhập liệu A, B

→ CA00

CB00 =v0B

v0A =2,532,43 → v0B = 1,04 v0A → �0 = �0�+ �0� = 2,04 �0�

��0 =�0� ��00

�0 = �0� ��00

(�0�+�0�)=�0� ��00

2,04 �0� =��00

2,04 =2,53 ���/�2,04 = 1,24 ���/�

c) Thể tích bình phản ứng ống 100 kg R /h

�ố�� = ��0

��1=0

��2

���

−��= ��0

��1=0

��2

���

� �� ��

�2 = 0,9; �� = 100/62 = 1,613 ����/ℎ → �0� = ��0

��00 = 1792/2,53 = 708,3 �/ℎ

�0� = �0� = 708,3 �/ℎ

��0 = 1,792 ����/ℎ = 1792 ���/ℎ

��0 �� = ��0 �� → �� =��0� ��

�0 =0,91 = 0,9 (−��) = (5,21 �/��� ℎ) �� �� = (5,21 �/��� ℎ) ��0(1 − ��) ��0(1 − ��)

= (5,21 �/��� ℎ) ��02 (1 − ��)2

�ố�� = ��0

0

0,9

���

� ��02 (1 − ��)2 = ��0

� ��02

0

0,9

��

(1 − ��)2 = 1792 ���/ℎ

(5,21 �/��� ℎ) (1,24 ���/�)2 9

= 2496,44 �í�

Câu 3:

a) Phương hướng chung chọn nhiệt độ và thiết bị phản ứng?

Khi thiết kế thiết bị phản ứng cần lưu ý 3 yếu tố: thể tích bình V, năng suất FA0 và độ chuyển hóa XA

- V nhỏ nhất ứng với FA0và XAcho trước

- FA0lớn nhất ứng với V và XAcho trước

- XAlớn nhất ứng với FA0và V cho trước

Trên cơ sở đó chọn T phản ứng như sau:

* Phản ứng không thuận nghịch:

- Thu nhiệt: Chọn T cao giới hạn bởi

+ Phản ứng phụ + Nguồn nhiệt + Thiết bị

- Phát nhiệt: Chọn T cao và giải nhiệt có kiểm soát, giới hạn bởi:

+ Phản ứng phụ + Thiết bị

* Phản ứng thuận nghich:

- Thu nhiệt: K và k đều tăng theo T nên chọn T cao giới hạn bởi:

+ Phản ứng phụ + Nguồn nhiệt + Thiết bị

- Phát nhiệt: K giảm theo T, k tăng theo nhiệt độ nên phải thực hiện trong khoảng nhiệt độ tối ưu nhằm:

+ V nhỏ nhất ứng với FA0 và XAcho trước + FA0lớn nhất ứng với V và XAcho trước + XAlớn nhất ứng với FA0và V cho trước b) Khoảng nhiệt độ tối ưu là gì? Trường hợp nào cần phải áp dụng? Phương pháp xác định khoảng nhiệt độ tối ưu cho các loại thiết bị phản ứng ? ( hình minh họa)

Khoảng nhiệt độ tối ưu được sử dụng với ý nghĩa để tối đa hóa năng suất trong một

thiết bị phản ứng cho trước Khoảng nhiệt độ tối ưu có thể:

+ Đẳng nhiệt cho bình khuấy hoạt động ổn định

+ Thay đổi theo thời gian cho bình khuấy hoạt động gián đoạn

+ Thay đổi theo chiều dài cho bình ống

+ Thay đổi từ bình khuấy này sang bình khuấy khác cho hệ nhiều bình khuấy mắc nối tiếp

Để xác định sự biến đổi nhiệt độ tối ưu từ đó cho năng suất cực đại ta phải biết thành phần của nhập liệu và vận tốc phản ứng là hàm số theo nhiệt độ Từ những số liệu này vận tốc phản ứng theo cả nhiệt độ và độ chuyển hóa được tính và vẽ trên hình 5.5 và hình 5.6 Đường gạch đứt đoạn trên hình cho ta bao hình là đường vận tốc phản ứng cực đại tại mỗi

độ chuyển hóa và nhiệt độ Bằng cách dùng vận tốc phản ứng này tương ứng với mỗi độ chuyển hóa và lấy tích phân bằng để thị cho bình khuấy trộn hoạt động gián đoạn hoặc thiết

bị phản ứng dạng ống hoặc j bình khuấy mắc nối tiếp ta sẽ xác định được năng suất cực đại cho phản ứng thuận nghịch phát nhiệt

ĐỀ THI GIỮA KỲ LỚP THẦY TÂM Câu 1: Cho phản ứng nối tiếp: A → R → S với R là sản phẩm chính và có hằng số vận tốc k1

= 10 h-1, k2= 1 h-1 Với lưu lượng nhập liệu là 1,2 tấn/h, nồng độ tác chất ban đầu của A là 5,6 mol/lit Giả sử khối lượng riêng dòng nhập liệu là không đổi và bằng khối lượng riêng của dung dịch acid sunfuride 98% ở 25oC Xác định thời gian phản ứng để R đạt cực đại, thể tích bình phản ứng khuấy trộn hoạt động liên tục, nồng độ các chất trong dòng ra (thông số khácnếu có tự chọn)

Bài giải

Ta có: ��2��4 98%ở25�� = 1,84 ��/��� = 1840 ��/�3

��0 = 5,6 ���/�; ��0 = 1200 ��/ℎ 5,6���/� 1,84��/��� = 12364,8 ���/ℎ

CA+ CR+ CS= CA0

���� = 1

�1�2 = 1

10.1= 0,32ℎ ( − ���) = �1 �� = �1 ��0(1 − ��) = 10ℎ−1 5,6 ���/� 0,24 = 13,44 ���/� ℎ

��� =��0�+ ��

�0 =5,6 − 1,3445,6 = 0,76 = 76%

�

��0 =

�

� ��0 =

���− ��0

( − ���)

� = ��0.�( − ��� − ��0

��) = 12364,8���/ℎ

0,76 − 0 13,44 ���/� ℎ = 699,2 ���

��

��0 =1 + �1

1 �=

1

1 + 10(ℎ−1) 0,32ℎ= 0,24 → �� = 0,24.5,6 mol/lit = 1,344mol/l

��

��0 =(1 + � �1 �

1 �)(1 + �2 �)=

10ℎ−1 0,32ℎ (1 + 10ℎ−1 0,32ℎ)(1 + 1ℎ−1 0,32ℎ) = 0,58

→ �� = 0,58.5,6 ���/� = 3,248���/�

��

��0 =(1 + ��1�2 �2

1 �)(1 + �2 �) =

10ℎ−1 1ℎ−1 0,322ℎ (1 + 10ℎ−1 0,32ℎ)(1 + 1ℎ−1 0,32ℎ) = 0,18

→ �� = 0,18.5,6 ���/� = 1,008 ���/�

Câu 2: Bình phản ứng khuấy liên tục đạt độ chuyển hóa 80% tác chất A → R theo phản

ứng bậc 2 Dự định thay bằng 3 bình phản ứng có tổng thể tích bằng bình trước

a) Cùng XAf= 80% năng suất tăng bao nhiêu?