KTPU_Chuong 6.ppt

kỹ thuật phản ứng

CHƯƠNG 6: ĐẠI CƯƠNG VỀ PHẢN ỨNG DỊ

THỂ

3 THIẾT BỊ PHẢN ỨNG DỊ THỂ

2 PHƯƠNG TRÌNH VẬN TỐC

1 PHÂN LOẠI PHẢN ỨNG DỊ THỂ

1 PHÂN LOẠI PHẢN ỨNG DỊ THỂ

Khi thiết kế phản ứng dị thể thường gặp 2 khó khăn chính:

 Sự phức tạp của phương trình vận tốc phản ứng: vừa phải xét các yếu tố động hóa học cho phản ứng vứa phải xét đến quá trình truyền khối và quá trình thay đổi số pha hiện diện trong hệ

 Phương pháp tiếp xúc pha: trong hệ dị thể lý tưởng mỗi lưu chất có thể theo dòng khuấy trộn hoặc dạng ống (liên tục) hoạt dạng rắn, bọt (không liên tục) Có nhiều cách tiếp xúc pha khác nhau nên không có một phương trình thiết kế tổng quát

áp dụng cho mọi cách tiếp xúc pha

Vì vậy, vấn để thiết kế phản ứng dị thể vẫn còn mang nhiều tính kinh nghiệm dựa trên kết qua thí nghiệm hay nhà máy mẫu

1 PHÂN LOẠI PHẢN ỨNG DỊ THỂ

1.1 Phản ứng khí - rắn

 Phản ứng quan trọng nhất trong công nghiệp hóa chất, phản ứng pha rắn là xúc tác như cracking, đồng hóa, reforming,… phản ứng pha rắn là tác chất như nung quặng FeS, ZnS,…

 Phản ứng khí rắn không xúc tác

• Trong các phản ứng khí rắn không xúc tác vận tốc phản

ứng là hàm số theo thời gian, vị trí, pha rắn thường là dòng liên tục đi qua thiết bị phản ứng

• Để thiết lập biểu thức tốc độ phản ứng ta phải xác định rõ

mô hình phản ứng xảy ra từ đó tiên đoán biểu thức tốc độ hoặc ngược lại

• Có hai mô hình đặc trưng cho phản ứng rắn – khí dị thể: có

sự thay đổi kích thước hạt rắn và không có sự thay đổi kích thước

1 PHÂN LOẠI PHẢN ỨNG DỊ THỂ

1 PHÂN LOẠI PHẢN ỨNG DỊ THỂ

 Phản ứng khí rắn xúc tác

• Chất xúc tác do một phản ứng không được biết nhiều do đó cần

phải dọ dẫm để tìm được xúc tác thích hợp

• Cơ cấu hóa học giống nhau của xúc tác khônng đảm bảo là

hoạt tính xúc tác giống nhau

• Cấu trúc vật lý hoặc tinh thể phần nào cho biết hoạt tính xúc

tác, do đó các nghiên cứu về xúc tác thường tập trung vào cấu trúc bề mặt của vật liệu

• Các phần tử tác chất biến đổi, hoạt hóa, ảnh hưởng lên sự tạo

thành các chất trung gian trong các vùng gần bề mặt xúc tác

• Xúc tác làm giảm hàng rào năng lượng qua đó tác chất biến đổi

thành sản phẩm

• Mặc dù xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng nhưng không làm

thay đổi hằng số cân bằng phản ứng

• Vật liệu làm chất xúc tác phải có bề mặt riêng lớn.

1 PHÂN LOẠI PHẢN ỨNG DỊ THỂ

1.2 Phản ứng lỏng - rắn

Với pha rắn là chất xúc tác ta có phản ứng alkyl hóa với chất xúc tác là AlCl3 Trong phản ứng này chất xúc tác thường tạo phức với tác chất hay sản phẩm tạo thành một hỗn hợp lỏng rắn Lý thuyết mô tả quá trình phản ứng này có khá đơn giản chủ yếu là theo lý thuyết của phản ứng khí rắn

1.3 Phản ứng khí - lỏng - rắn

Trong hệ này 1 tác chất ở thể khí thường gặp trong các phản ứng polime hóa Thí vụ etyen được polyme hóa bằng cách cho etylen hòa tan trong một dung môi với các hạt xúc tác ở thể rắn hay phản ứng hydrogen hóa chất lòng như dầu

ăn với xúc tác ở thể rắn

1 PHÂN LOẠI PHẢN ỨNG DỊ THỂ

1.4 Phản ứng lỏng – lỏng

 Loại phản ứng này rất phổ biến trong tổng hợp hữu cơ

 Phương pháp tính toán chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố sau:

•Biểu thức vận tốc tổng quát bao gồm trong đó vận tốc

truyền khối và vận tốc phản ứng

•Độ hoàn tan cân bằng quyết định phản ứng xảy ra trong

một pha hay cả hai pha

•Mô hình tiếp xúc pha thông thường là mô hình tiếp xúc

pha gián đoạn và hệ khuấy – lắng cùng chiều hoặc nghịch chiều

1.5 Phản ứng khí – lỏng

Quá trình hấp thu chất khí vào chất khí vào chất lòng kèm theo phản ứng hóa học

2 VẬN TỐC PHẢN ỨNG

2.1 Định nghĩa

Vận tốc biến đổi theo vị trí trong hệ thống cũng như theo nhiệt

độ, áp suất, nồng độ Do đó nếu ta cần tính vận tốc phản ứng chất A tồng cộng cho toàn hệ thống ta tiến hành lấy tích phân

V  r A dV  V b  r ' A dV b  S  r " A dS  W  r " ' A dW  V r  r " " A dV r

  rA V    r 'A Vb    r "A S    r " 'A W    r " "A Vr

Trong trường hợp phản ứng giống nhau tại mọi điểm trong hệ thống

2 VẬN TỐC PHẢN ỨNG

2.2 Biểu thức vận tốc

 Nguyên tắc kết hợp

Giả sử ta có một quá trình bao gồm những quá trình thành phần có vận tốc lần lượt là: -r1, -r2, …,-rn

Nếu các quá trình xảy ra độc lập nhau thì vận tốc tổng quát bằng

 











n

r

1

Nếu các quá trình xảy ra nối tiếp nhau ở trạng thái ổn định vận tốc thành phần phải bằng nhau

n

2 VẬN TỐC PHẢN ỨNG

 Những điểm cần lưu ý khi kết hợp

•Phải quy đổi các vận tốc thành phần quy đổi thành cùng

một dạng

•Biểu thức vận tốc tổng quát phải được viết theo nồng độ

hay hiệu nồng độ có thể đo được

 Quá trình kiểm soát vận tốc: trong quá trình phản ứng có trở lực chính và khi vượt qua trở lực này thì phản ứng xảy ra Những quá trình đó gọi là quá trình hay giai đoạn kiểm soát, chúng là quá trình rất chậm so với các quá trình còn lại Vận tốc tổng quát bằng vận tốc quá trình kiểm soát

 Tuyến tính hóa: nhằm mục đích kết hợp các quá trình khác đơn giản hơn tuy chi mang tính gần đúng, hạn chế nhưng đôi khi là biện pháp phải dùng

3 THIẾT BỊ PHẢN ỨNG DỊ THỂ

Thiết bị phản

ứng khí – rắn

không xúc tác

3 THIẾT BỊ PHẢN ỨNG DỊ THỂ

Thiết bị phản

ứng lỏng – lỏng

hoặc khí – lỏng

3 THIẾT BỊ PHẢN ỨNG DỊ THỂ

Thiết bị phản

ứng khí – rắn có

xúc tác