Chuong 7 mo dau pu di the

Chương 7: Giới thiệu về phản ứng dị thể Phân loại phản ứng dị thể:1- Phản ứng khí - rắn : Pha rắn là chất xúc tác : cracking, đồng phân hóa, reforming.... polyme hóa etylen: etylen hòa

KỸ THUẬT PHẢN ỨNG

DỊ THỂ Heterogenous Chemical Reaction Engineering

Chương 9: Phản ứng lưu chất – lưu chất 3

Chương 10: Phản ứng xúc tác rắn 4

Tài liệu tham khảo

1 Vũ Bá Minh, “Quá trình thiết bị, tập 4, Kỹ

thuật phản ứng” nxb Đại học Quốc gia

TP.HCM

2 Octave Levenspiel, “Chemical Reaction

Engineering”, John Wiley&sons, 1999.

3 H Scott Fogler, “Elements of Chemical

Reaction Engineering”, Int Student edition,

1989.

4 J.M Smith, “Chemical Reaction Kinetics”,

McGraw Hill, 1970

Chương 7: Giới thiệu về phản ứng dị thể Phân loại phản ứng dị thể:

1- Phản ứng khí - rắn : Pha rắn là chất xúc tác : cracking, đồng phân hóa,

reforming ; pha rắn là tác chất: nung quặng FeS, ZnS,

2- Phản ứng lỏng - rắn : chất xúc tác pha rắn: phản ứng alkyl hóa với chất xúc

tác là AlCl3

3- Phản ứng khí - lỏng - rắn: các phản ứng polime hóa (polyme hóa etylen:

etylen hòa tan trong một dung môi với các hạt xúc tác ở thể rắn);

hydrogen hóa chất lỏng như dầu ăn với chất xúc tác ở thể rắn.

4- Phản ứng lỏng - lỏng: tổng hợp hữu cơ (phản ứng alkyl hóa hydrocarbon

với dung dịch acid sulfuric làm chất xúc tác )

5- Phản ứng khí - lỏng: là quá trình hấp thu chất khí vào chất lỏng có kèm

theo phản ứng hóa học (phản ứng hấp thu bằng etanolamin, hấp thu

bằng dung dịch KOH).

→ Hệ khí (lỏng) - lỏng , hệ khí - rắn không xúc tác và hệ khí - rắn có xúc

tác.

Sơ đồ nguyên lý quá trình lọc dầu

Phản ứng

Cracking

Chất xúc tác sử dụng cho quá trình Cracking và

Reforming

Fluid Catalyst Cracking (FCC)

Chương 1: Giới thiệu về phản ứng dị thể 1.1 Hai vấn đề phát sinh:

1 Sự phức tạp của phương trình vận tốc

phản ứng ( The complication of Rate Equation)

2 Phương pháp tiếp xúc giữa các pha

(Contacting Patterns for Two-Phase Systems)

Phản ứng cháy của than với lượng không khí không đủ

Khí than ướt từ hơi nước

Có bao nhiêu giai đọan (steps) trong phản ứng

8/24/2017 12

Có bao nhiêu giai đọan cho quá trình hấp thu bọt O2 của vi khuẩnphân tán lơ lững trong dung dịch trong quá trình lên men hiếu khí(Aerobic Fermentation) để sinh ra sản phẩm

Thí dụ 1.2

h m mol/

, dt

dN V

1

Định nghĩa vận tốc phản ứng

 Dựa trên một đơn vị thể

tích hỗn hợp phản ứng

 Dựa trên một đơn vị thể

tích bình phản ứng

 Dựa trên một đơn vị diện

tích bề mặt tiếp xúc pha

 Dựa trên một đơn vị

khối lượng chất xúc tác

 Dựa trên một đơn vị

thể tích chất xúc tác

h mol/m

, dt

dN V

, dt

dN S

1

h kg mol/

, dt

dN W

1

ri' ''  i

h m3 mol/

, dt

dN Vr

1

ri' ''  i

Biểu thức vận tốc

1 Nguyên tắc kết hợp

 Quá trình thành phần xảy ra song song

Các quá trình thành phần xảy ra song song nhau thì vận tốc

tổng quát lớn hơn vận tốc thành phần bất kỳ Nếu các quá trình xảy ra độc lập với nhau thì vận tốc tổng quát

 Quá trình thành phần xảy ra nối tiếp

Biểu thức vận tốc

2 Những điểm cần lưu ý khi kết hợp

 Cần qui đổi các phương trình vận tốc ra cùng một

Biểu thức vận tốc

3 Quá trình kiểm sóat vận tốc (Rate controlling Step)

 Trở lực chính cho quá trình phản ứng → vượt qua trở lực thì phản ứng xảy ra.

 Những quá trình sinh ra những trở lực chính gọi là quá trình hay giai đoạn kiểm soát vận tốc tổng quát của phản ứng

Thí dụ 1.3 Phương trình vận tốc tổng

quát cho quá trình tuyến tính

Tác chất A có nồng độ loãng khuếch tán qua lớp phim khí lên bề mặt tác chất rắn B, phản ứng

xảy ra trên bề mặt chất rắn để sinh ra sản phẩm

R khuếch tán ngược trở lại dòng vật liệu Xác

định phương trình vận tốc tổng quát cho phản ứng xảy ra trên bề mặt chất rắn trên

8/24/2017 20

a) Quaá trònh töíng quaát xem nhû coá ba quaá trònh thaânh phêìn xaãy ra nöëi tiïëp nhau:

* A khuïëch taán tûâ doâng khñ qua lúáp phim àïën bïì mùåt chêët rùæn B

* Taåi bïì mùåt chêët rùæn B phaãn ûáng xaãy ra vaâ sinh ra R

* R khuïëch taán qua lúáp phim àïí vaâo doâng khñ

Hình 7.1

Theo định luật Fick, thông lượng A khuếch tân văo bề mặt chất rắn B theo phương x lă:

vúâi kk lađ hïơ söị truýìn khöịi l m s / 2  vađ D lađ hïơ söị khúịch taân , m2/s

Quaâ trònh phaên ûâng lađ bíơc möơt theo A dûơa trïn möơt ăún võ diïơn tñch bïì mùơt tiïịp xuâc pha

ÚÊ ăiïìu kiïơn öín ắnh vađ cho nhûông quaâ trònh nöịi tiïịp:

Thí dụ 1.4 Phương trình vận tốc tổng quât

cho quâ trình tuyến tính

2 A

"

"

C k



A

r

Lặp lại thí dụ trín với giai đọan phản ứng lă bậc hai theo A

b) Giaê sûê phaên ûâng lađ bíơc 2:

Ta coâ : Qr  k Cr r2, úê traơng thaâi öín ắnh k Ck  k  Cr   k Cr r2

Giaêi phûúng trònh bíơc 2 theo Cr ta coâ:

2k

  



2 Phương pháp tiếp xúc giữa các pha

(Contacting Patterns for Two-Phase Systems)

Khuấy trộn và ống lý tưởng

Cùng chiều, ngược chiều, thẳng góc

Phương trình vận tốc phù hợp vận tốc phản ứng và mô hình tiếp xúc giữa hai pha.

Thí dụ 1.5

Hóa chất A phản ứng tạo thành hóa chất R trong TBPƯ chêm

bằng các hạt vật chêm hình cầu không rỗng σ = 200 m2/m3 tầngchêm ρb = 2.908kg/m3 tầng chêm ε = 0,40

Phương trình vận tốc có dạng như sau, xác định đơn vị cho các đạilượng và biến đổi ra các dạng biểu thức vận tốc khác

