Bài giảng Kỹ thuật phản ứng

2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 1 KỸ THUẬT PHẢN ỨNG Chemical Reaction Engineering Vuõ Baù Minh Bm Maùy Thieát bò – ÑH Baùch Khoa TP.HCM 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 2 Tài liệu tham khảo 1) Vũ Bá Minh, “Quá trình & TB trong công nghệ hóa học- tập 4” , Nxb Đại học QG TP.HCM. 2) Octave Levenpiels; “Chemical Reaction Engineering”, John Wiley&sons, 1999. 3) H. Scot Foggler, “Elements of Chemical Reaction Engineering”,International students edition, 1989. 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 3 Tài liệu đọc thêm 1) E.B.Nauman, “Chemical Reactor Design”, John Wiley & sons, 1987. 2) Stanley M. Walas, “Reaction Kinetics for Chemical Engineers”,Int. Student Edition, 1990. 3) Coulson & Richardsons, “Chemical Engineering – Vol 6”,Elsevier, 1979. 4) Richard M. Felder, “Elementary Principles of Chemical Processes”, John Wiley & sons, 2000. 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 4 Kỹ thuật phản ứng đồng thể (Homogeneous chemical reaction eng.) Kỹ thuật phản ứng dị thể (Heterogeneous chemical reaction eng.) 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 5 Kỹ thuật phản ứng đồng thể • Chương 1: Khái niệm mở đầu (Introduction to Chem. Reaction Eng.) • Chương 2: Xử lý dữ kiện động học • (Interpretation of Chemical Kinetics Data) • Chương 3: Phương trình thiết kế (Design Equation) • Chương 4: Áp dụng phương trình thiết kế • (Application of Design Equation) • Chương 5: Hiệu ứng nhiệt độ. (Temperature Effects) • Chương 6: Dòng chảy thực (Real Flow) 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 6 Chương 1: Khái niệm mở đầu QUAÙ TRÌNH VAÄT LYÙ HOÙA HOÏC THUAÄN NGHÒCH K. THUAÄN NGHÒCH TH. NGHÒCH K. THUAÄN NG TRUYEÀN KHOÁI CÔ, NHIEÄT CAÂN BAÈNG PHA Caân baèng P.Ö 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 7 Chương 1: Khái niệm mở đầu _ • Thiết kế thiết bị phản ứng (T.B.P.Ư)  không có khuôn mẫu,  có thể có nhiều bản thiết kế,  bản thiết kế tối ưu về kinh tế. Liên quan đến nhiều lĩnh vực khác nhau:  Nhiệt động lực học,  Động hóa học,  Cơ lưu chất,  Truyền nhiệt;  Truyền khối. 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 8 Các quá trình trong qui trình sản xuất công nghiệp 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 9 Trước khi thiết kế cần trả lới hai câu hỏi sau: 1. Phản ứng nào là phản ứng chính ? 2. Tốc độ phản ứng đó như thế nào ? Câu hỏi 1 liên quan đến nhiệt động lực học. Câu hỏi 2 liên quan đến các quá trình vận tốc như: động hóa học, truyền nhiệt, truyền khối… 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 10 1.1. Động hóa học (Chemical Kinetics) • “Động học là cách mà thiên nhiên ngăn ngừa mọi quá trình xảy ra cùng một lúc”. • S.E. LeBlanc 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 11 1.1. Động hóa học (Chemical Kinetics) • Nghiên cứu tốc độ phản ứng hóa học và cơ chế phản ứng. 1. Phản ứng đơn và phản ứng đa hợp (single &multiple reaction) 2. Phản ứng sơ đẳng & không sơ đẳng (elementary & non elementary reaction) 3. Cân bằng cho phản ứng thuận nghịch sơ đẳng ( Chemical Equilibrium) 4. Bậc phản ứng (Reaction Order) 5. Sự phụ thuộc nhiệt độ – định luật Arrhénius (Temperature dependency) 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 12 1.2. Nhiệt động lực học (Chemical thermodynamics)  Nhiệt hấp thu hoặc phóng thích  Mức độ phản ứng 1. Nhiệt phản ứng (Heat of reaction) 2. Cân bằng hóa học (Chemical Equilibrium) 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 13 1. Nhiệt phản ứng )T (T )C(N )T (T )C(N H H )C(N )C(N C dTC H H 0tcpi0piTr,Tr, pipip T T p0Tr,Tr, ii0 ii 0       sp tcsp 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 14 2. Cân bằng hóa học              12 0 Tr, T T 0 T r, 2 0 T r, 0 T 1 T 1 R H K K ln constant H T R H dT lnK d Hofft Van' Kln RT F 0 1 2 0 0 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 15 1.3. Phân lọai phản ứng Tổng hợp ammoniac Oxit hóa ammoniac HNO3 Phản ứng cracking, reforming Tổng hợp metanol Phản ứng cháy của than Nung quặng Axit + chất rắn Hấp thu + phản ứng Phản ứng ở thể keoPhản ứng cháy cuả ngọn lửa Dị thể Phản ứng pha lỏngPhản ứng pha khí Có xúc tácKhông xúc tácĐồng thể 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 16 1.4. 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 bềmặt tiếp xúc pha  Dựa trên một đơn vị khối lượng chất xúc tác h.mmol/ , dt dN V 1 r 3ii  h.mol/m , dt dN V 1 r 3i b ' i  h.mmol/ , dt dN S 1 r 2i''i  h.kgmol/ , dt dN W 1 r i'''i  2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 17 Thí dụ 1.1 • Một động cơ hỏa tiễn đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu gồm H2 và O2 lỏng. Buồng đốt hình trụ có đường kính là 60cm, chiều dài 75cm và quá trình đốt sinh ra sản phẩm cháy 108 kg/s. Nếu quá trình cháy hòan tòan, tìm vận tốc phản ứng của hydrogen và oxygen. • OH O 2 1 H 222  2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 18 Thí dụ 1.2 • Một người nặng 75 kg tiêu thụ khỏang 6.000 kJ thực phẩm mỗi ngày. Giả sử tất cả thực phẩm là glucose và phản ứng tổng quát như sau • C6 H12 O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O • - ΔHr = 2.816 kJ • Tính tốc độ biến dưỡng theo số mol oxygen sử dụng trên m3 cơ thể trong một giây. Cho biết 2.816 KJ / mol glucose 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 19 Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng Phản ứng đồng thể Áp suất Nhiệt độ Nồng độ Phản ứng dị thể  …. Truyền khối giữa hai pha Truyền nhiệt Giai đọan kiểm sóat vận tốc (rate controlling step) 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 20 Thí dụ 1.3 • Hóa chất A → 2R, thiết bị chêm bằng hạt cầu không rỗng:  a = 200m2/m3  ρB = 2.908 kg/m3 (bulk density)  ε = 0,40  Xác định đơn vị các đại lượng và các dạng phương trình vận tốc khác ? h.kgmol/ ,C 0,1 dt dN W 1 - r A i i ''''  2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 21 1.5. Phân lọai thiết bị phản ứng 1) Phương pháp vận hành /họat động (Mode of Operation)  Gián đọan (batch/ unsteady state)  Liên tục (continuous / steady state)  Bán liên tục (semi continuous) 2) Hình dạng thiết bị phản ứng  Khuấy trộn lý tưởng (Ideal Mixing-Stirred Tank)  Ống/ Đẩy lý tưởng (Ideal Plug Flow Reaactor) 3) Số pha của hỗn hợp phản ứng  Đồng thể (Homogeneous)  Dị thể (Heterogeneous) 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 22 Bình phản ứng khuấy trộn 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 23 Bình ống Thiùởt bừ phaón ỷỏng Naphtha vaõ khủ hoaõn lỷu 2/6/2012 Chuong 1- Khai niem mo dau 24 Kết hợp giữa hình dạng và phương pháp vận hành sẽ có bao nhiêu dạng thiết bị phản ứng ? 2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 1 Chương 2: Xử lý dữ kiện động học (Interpretation of Kinetic Data) 2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 2 • Phương trình vận tốc:  Đặc trưng cho phản ứng  Được xác định từ:  lý thuyết, mô hình cho trước, thực nghiệm  Hai giai đọan: phụ thuộc nồng độ và sự phụ thuộc nhiệt độ 2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 3 Thiết bị phản ứng thí nghiệm có thể họat động gián đọan hoặc liên tục Theo dõi mức độ phản ứng: 1. Nồng độ của một cấu tử 2. Tính chất vật lý của hỗn hợp 3. Áp suất tổng của hệ đẳng tích 4. Thể tích của hệ đẳng áp. 2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 4 Các phương pháp xử lý số liệu động học 1. Phương pháp tích phân 2. Phương pháp vi phân 3. Phương pháp thời gian bán sinh (half-life time) 4. Phương pháp tốc độ phản ứng ban đầu (Intial reaction rate) 2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 5 2.1. Thiết bị phản ứng gián đọan có thể tích không đổi (thể tích hỗn hợp phản ứng) • V = const (2.1) dt dC dt dC V dV C V 1 dt )Vd(C V 1 dt dN V 1 r iiiiii    (2.2) dt dp RT 1 r ii  2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 6 Trong thực tế, thường đo áp suất tổng hỗn hợp phản ứng trong pha khí để theo dõi phản ứng (2.4) )P (P n r p RT C p R cho (2.3) )P (P n a p RT C p hay V N N n a V N V xa. N V N RT p C 0R0RR 0A0AA 0A0A0AA A            2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 7 2.1.1. Phương pháp tích phân 1) Giả thiết cơ chế và phương trình vận tốc tương ứng 2) Sắp xếp lại 3) Xác định giá trị F(CA)theo thực nghiệm 4) Vẽ F(CA) theo t 5) Nếu không thẳng, giả thiết lại f(kC) dt dC r AA  kf(C) dt dC r AA  kdt )f(C dC A A  kt dtk )(C F )f(C dC t 0 A C C A A A A0   2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 8 Hình 2.1 2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 9 (1) Phản ứng không thuận nghịch bậc 1 lọai một phân tử A sản phẩm kt C C ln dtk C dC Ck dt dC A0 A t 0 C C A A A A A A0     2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 10 Độ chuyển hóa (conversion), XA là phần tác chất đã chuyển hóa thành sản phẩm kt )X (1ln dtk X 1 dX )X k(1 dt dX dX C dC )X 1(C V )X (1 N V N C )X (1 N N A t 00 A A A A AA0A AA0 AA0A A AA0A         AX 2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 11 - dCA/dt = kCA 0,6.. CB0,4 là bậc một nhưng không áp dụng được Hình 2.2. Phản ứng bậc một 2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 12 (2) Phản ứng không thuận nghịch bậc 2 lọai hai phân tử A + B sản phẩm A0 B0 AA0B0AA0A0 A A0A B B0A A0 BA BA A C C M )X.C )(C X.C C (k dt dX C r X C X C (2.12) C.Ck dt dC dt dC r     2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 13    tX A 0 A0 0 AA A AA 2 A0 A A0A dtkC )X )(MX (1 dX )X. M )( X. 1 (Ck dt dX C r 2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 14 Nếu CB0 >> CA0 thì CB gần như không đổi, phản ứng xem như giả bậc một 1 M kt )C (C kt 1) (M C M.C C ln C . C C .C ln )X (1 M X M ln X 1 X 1 ln A0B0A0 A B AB0 A0B A A A B        2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 15 Hình 2.3 2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 16 Lưu ý a) 2A → sản phẩm kt X 1 X. C 1 C 1 C 1 (2.14) )X (1 kC Ck dt dC r A A A0A0A 2 AA0 22 A A A     2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 17 (3) Phương trình vận tốc thực nghiệm có bậc n    1)kt (n 1 X 1Chay 1 n 1)kt, n ( C C .Ck dt dC r n 1 A n 1 A0 n 1 A0 n 1 A n A A A      2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 18 (4) Phương trình vận tốc thực nghiệm có bậc 0 1 n kt, X C C C k dt dC r AA0A A0 A A   2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 19 (5) Phản ứng không thuận nghịch bậc tổng quát theo thời gian bán sinh t1/2 aA + bB → sản phẩm C.Ck dt dC r bB a A A A  2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 20 Nếu tác chất hiện diện theo tỷ lệ lượng hóa học, chúng sẽ giữ tỷ lệ đó trong suốt quá trình phản ứng. Như vậy tại thời điểm bất kỳ CB/ CA = b/a C 1) (n k 1 2 t C k dt dC hay .... a bk ...)C a b.(Ck dt dC r n 1 A0 ' 1 n 1/2 n A 'A .. b a b b A a A A A              AC 2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 21 (6) Phản ứng song song không thuận nghịch (parallel reaction) A → R, k1 A → S, k2 A2 S S A1 R R A21A2A1 A A C k dt dC r C k dt dC r C )k (k C k C k dt dC r    2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 22 CA + CR + CS = const 2 1 SS RR 2 1 S R S R 21 A0 A k k C C C C k k dC dC r r t)k k ( C C ln 0 0      2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 23 Hình phản ứng song song 2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 24 (7) Phản ứng nối tiếp không thuận nghịch (consecutive reaction) A → R → S , k1 và k2 R2 S R2A1 R A1 A C k dt dC C k C k dt dC C k dt dC    2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 25 Phương trình tính               12 tk tk A01R k A01R2 R kt 0AA1 0A A k k e e C k C e C k C k dt dC e C Chay t k C Cln 21 1t 2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 26 Tại thời điểm bất kỳ CA0 = CA + CR + CS    tkA0S21 tk A0S12 tk 12 1tk 12 2 A0S 2 1 21 e 1 C C k k e 1 C C k k e k k k e k k k 1 C C                2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 27 Thời điểm nồng độ R đạt cực đại  122 k k / k 2 1 A0 maxR, 12 1 2 tblog max k k C C k k k kln k 1 t                 2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 28 (8) Phản ứng thuận nghịch bậc 1 A R KC = K = hằng số cân bằng 2 1 AA0A0 AA0R0 Ae Re C C A0 R0 C Ae A AA0R02AA0A01 R2A1 A A0 AR k k XC C XC C C C K 1 K C C K X 0 dt dC )XC (C k )XC (C k Ck Ck dt dXC dt dC dt dC             e e 2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 29 Vẽ đường biểu diễn – ln (1 – XA/XAe) theo t ta được đường thẳng có hệ số góc là k1(1 + 1/KC). Phản ứng thuận nghịch được xem là không thuận nghịch nếu nồng độ dựa trên CA0 - CAe     tk k t K 1 1k C C C C ln X X 1ln X Xk k dt dX 21 C 1 Ae0A eAA Ae A AAe21 A                       2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 30 2.1.2. Phương pháp vi phân Giả thiết cơ chế (-rA) = - dCA/dt = k.f(C) Từ đường cong C theo t xác định (-dCA/dt) tại những thời điểm khác nhau Lập bảng giá trị CA, (-dCA/dt) theo t và tính giá trị hàm số f(C). Vẽ (-dCA/dt) theo f(C), nếu là đường thẳng thì phương trình vận tốc ban đầu phù hợp với thực nghiệm. Nều không được đường thẳng qua gốc tọa độ, giả thiết lại cơ chế khác (hàm số f(C)). 2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 31 2.2. Thiết bị phản ứng gián đọan có thể tích (thể tích hỗn hợp phản ứng) thay đổi   0 X 0 X1 X A AA0 ii iiii i A AA V V V X 1V V dt dV V C dt dC dt dVC VdC dt V)d(C V 1 dt dN V 1 r          2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 32 Viết lại các biểu thức           dt dX X 1 C dt X 1dN X 1V 1 dt dN V 1 r X 1 X 1C X 1V X 1N V N C A AA A0 AA0 AA0 A A AA A A0 AA0 AA0A A               2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 33 2.3. Nhiệt độ và tốc độ phản ứng • Định luật Arrhénius • k = k0 e- E / RT • với: • k0: thừa số tần số (frequency factor) • E : năng lựơng họat hóa (activation energy), J/mol • R: hằng số khí = 8,27 J/mol.K • T: K 2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 34 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên tốc độ phản ứng 2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 35 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên tốc độ phản ứng a) Bình thường b) Phản ứng dị thể do quá trình truyền khối kiểm sóat, (-r) tăng chậm theo T. c) Phản ứng nổ, (-r) tăng nhanh tại nhiệt độ bốc cháy. d) Phản ứng xúc tác do tốc độ hấp phụ kiểm sóat (T tăng làm giảm hấp phụ) hay phản ứng enzym. e) Phản ứng phức tạp có phản ứng phụ và tăng đáng kể tại nhiệt tăng. f) Phản ứng thuận nghịch phát nhiệt 2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 36 2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 37 Quá trình truyền nhiệt cho bình phản ứng 2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 38 2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 39 Thí dụ 2.1. Xác định tốc độ phản ứng cho phản ứng sau: (CH3)3COO(CH3)3 C2H6 + 2CH3COCH3 Phản ứng được thực hiện trong bình kín, gián đọan, đẳng nhiệt và ghi nhận áp suất tổng thay đổi theo thời gian như sau với di-tert-butil-peroxid là nguyên chất Thời gian, ph 0,0 2,5 5,0 10,0 15,0 20,0 Áp suất tổng, mmHg 7,5 10,5 12,5 15,8 17,9 19,4 pA, mmHg 2/6/2012 Chuong 2-Xu ly du kien dong hoc 40 Câu hỏi ôn tập 1. Các phương pháp theo dõi phản ứng? 2. Phương pháp xử lý số liệu động học? 3. Xử lý số liệu động học cho pha khí 2/6/2012 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 1 Chương 3: Phương trình thiết kế 2/6/2012 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 2 3.1. Cân bằng vật chất & năng lượng tổng quát 1. Cân bằng vật chất cho một phân tố thể tích (Lượng tác chất nhập vào) - (Lượng tác chất ra khỏi) - (Lượng tác chất phản ứng) = (Lượng tác chất tích tu (biến đổi)ï) 2/6/2012 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 3 PHÂN TỐ THỂ TÍCH (TÍCH TỤ) VÀO RA PHẢN ỨNG 2/6/2012 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 4 2. Cân bằng năng lượng (Năng lượng các dòng nhập vào) - (Năng lượng các dòng ra khỏi) + (Năng lượng trao đổi với môi trường ngòai) = (Năng lượng tích tu (biến đổi)ï) 2/6/2012 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 5 PHÂN TỐ THỂ TÍCH (TÍCH TỤ) VÀO RA TRAO ĐỔI 2/6/2012 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 6 Các dạng bình phản ứng khuấy trộn 2/6/2012 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 7 3.2. Thiết bị phản ứng khuấy trộn lý tưởng 1. Hoạt động ổn định • Với: XA0 , XAf là độ chuyển hóa của dòng nhập liệu và dòng sản phẩm • v là lưu lượng của dòng nhập liệu, m3/s   )r ( X X C v. V F Vhay 0 t V. r t )X 1 ( F t )X 1 ( F Af A0Af A0A0 AfAfAA0A 00     2/6/2012 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 8 Xác định nhiệt độ của dòng sản phẩm để tính vận tốc phản ứng – cân bằng nhiệt lượng • mt : suất lượng dòng nhập liệu, kg/s • Cp : nhiệt dung riêng dòng nhập liệu (sản phẩm), J/kg.0C ΔHr: nhiệt phản ứng, J/mol K : hệ số truyền nhiệt, W/m2.0C S : diện tích bề mặt truyền nhiệt, m2 0 )T K.S.(T H V. ).r ( C ).T (T mhay 0 )T KS(T F H)X (X C )T (T m fnrApf0t fnA0rA0Afpf0t   2/6/2012 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 9 Thí dụ 3.1: Xác định lưu lượng mỗi dòng nhập liệu 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% 2/6/2012 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 10 Thí dụ 3.2: Xác định phương trình vận tốc cho phản ứng phân hủy pha khí A → R + S xảy ra đẳng nhiệt trong bình khuấy trộn họat động ổn định 0,960,880,750,630,22XA (với CA0 =0,002 mol/l 19244,013,55,100,423τ =V/v ph 54321Số TN 2/6/2012 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 11 Bảng 3.1 0,0210,961925 0,0640,8844,04 0,1430,7513,53 0,2270,635,102 0,6390,220,4231 XA Thí nghiệm số V= ,ph v  A A 1- X 1+ X C oA A A X = (-r )  , . , . . 50 002 0 22 104 10 0 423  , . , , . , 50 002 0 63 24 7 10 5 10  , . , , . , 50 002 0 75 111 10 13 5  , . , . 50 002 0 88 4 10 44  , . , . 50 002 0 96 1 10 192  2/6/2012 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 12 3.2. Thiết bị phản ứng khuấy trộn lý tưởng 2. Hoạt động gián đọan dt dX N V )r ( dt dX N dt )]X 1([N d V )r ( dt dN V )r ( 0 t ; N t V. )r ( A A0A A A0 AA0 A A A AA       2/6/2012 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 13 Sắp xếp lại và lấy tích phân                        AA A A0 A A X 0 AAA A A0 X 0 AA0A A A0 AA0 C C A A X 0 A A A0 X 0 A A A0 )X (1 r dX C )X (1V r dX N t )X (1 V V * r dC V r dX C t const V * V r dX N t   2/6/2012 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 14 Thí dụ 3.3: a) Tính thời gian phản ứng b) Thể tích bình phản ứng khuấy gián đọan CH3COOH + C4H9OH→CH3COOC4H9 + H2O  1000C, xúc tác H2 SO4 nồng độ 0,032%k.l  Nhập liệu: 4,97 mol butanol/mol axit  Phương trình vận tốc (-rA)= k.CA2 với k = 17,4 ml/ mol.ph  ρ = 0,75 g/ml = const  XAf = 50% 2/6/2012 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 15 3.3. Thiết bị phản ứng dạng ống lý tưởng            Af 0 00 X 0 A A A0 A0 AA AAA AAAAAA )r( dX F V F )r ( dV dX 0 V V, Chia 0 V r XF hay 0 t V. r t )X X 1 ( F t )X 1 ( F 2/6/2012 Chuong 3 - Phuong trinh thiet ke 16 Thí dụ 3.4: Tính thể tích bình phản ứng ống 4PH3(k) → P4(k) + 6H2(k)  (-rPH3) = (10 h-1) CPH3  Họat động ở nhiệt độ 6500C, áp suất 4,6 atm  Xaf = 80%  Nhập liệu có suất lượng 2 kmol/h phosphin n