Kỹ thuật phản ứng

KỸ THUẬT PHẢN ỨNGChemical Reaction EngineeringVũ Bá MinhBm Máy Thiết bị – ĐH Bách Khoa TP.HCMDate1Chuong 1- Khai niem mo dauTài liệu tham khảoVũ Bá Minh, “Quá trình & TB trong công nghệ hóa học- tập 4” , Nxb Đại học QG TP.HCM.Octave Levenpiels; “Chemical Reaction Engineering”, John Wiley&sons, 1999.H. Scot Foggler, “Elements of Chemical Reaction Engineering”,International students edition, 1989.Date2Chuong 1- Khai niem mo dauTài liệu đọc thêmE.B.Nauman, “Chemical Reactor Design”, John Wiley & sons, 1987.Stanley M. Walas, “Reaction Kinetics for Chemical Engineers”,Int. Student Edition, 1990.Coulson & Richardsons, “Chemical Engineering – Vol 6”,Elsevier, 1979.Richard M. Felder, “Elementary Principles of Chemical Processes”, John Wiley & sons, 2000.Date3Chuong 1- Khai niem mo dauKỹ thuật phản ứng đồng thể (Homogeneous chemical reaction eng.)Kỹ thuật phản ứng dị thể (Heterogeneous chemical reaction eng.)Date4Chuong 1- Khai niem mo dauKỹ thuật phản ứng đồng thểChương 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)Date5Chuong 1- Khai niem mo dauChương 1: Khái niệm mở đầu QUÁ TRÌNHVẬT LÝ HÓA HỌCTHUẬN NGHỊCHK. THUẬN NGHỊCHTH. NGHỊCHK. THUẬN NGTRUYỀN KHỐICƠ, NHIỆTCÂN BẰNG PHACân bằng P.ƯDate6Chuong 1- Khai niem mo dauChương 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.Date7Chuong 1- Khai niem mo dauCác quá trình trong qui trình sản xuất cơng nghiệpDate8Chuong 1- Khai niem mo dauTrước khi thiết kế cần trả lời hai câu hỏi sau:Phản ứng nào là phản ứng chính ?Tốc độ phản ứng đó như thế nào ?Câu hỏi 1: liên quan đến nhiệt động lực họcCâu hỏi 2: liên quan đến các quá trình vận tốc như: động hóa học, truyền nhiệt, truyền khốiDate9Chuong 1- Khai niem mo dau1.1. Động hóa học (Chemical Kinetics)“Động học là cách mà thiên nhiên ngăn ngừa mọi quá trình xảy ra cùng một lúc”.S.E. LeBlancDate10Chuong 1- Khai niem mo dau1.1. Động hóa học (Chemical Kinetics)Nghiên cứu tốc độ phản ứng hóa học và cơ chế phản ứng.Phản ứng đơn và phản ứng đa hợp (single &multiple reaction)2. Phản ứng sơ đẳng & không sơ đẳng (elementary & non elementary reaction)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)Date11Chuong 1- Khai niem mo dau1.2. Nhiệt động lực học(Chemical thermodynamics)Nhiệt hấp thu hoặc phóng thíchMức độ phản ứngNhiệt phản ứng (Heat of reaction)2. Cân bằng hóa học (Chemical Equilibrium)Date12Chuong 1- Khai niem mo dau1. Nhiệt phản ứng Date13Chuong 1- Khai niem mo dau2. Cân bằng hóa học Date14Chuong 1- Khai niem mo dau1.3. Phân loại phản ứngĐồng thểKhông xúc tácCó xúc tácPhản ứng pha khíPhản ứng pha lỏngDị thểPhản ứng cháy cuả ngọn lửaPhản ứng ở thể keoPhản ứng cháy của thanNung quặngAxit + chất rắnHấp thu + phản ứngTổng hợp ammoniacOxit hóa ammoniac HNO3Phản ứng cracking, reformingTổng hợp metanol Date15Chuong 1- Khai niem mo dau1.4. Định nghĩa vận tốc phản ứngDựa trên một đơn vị thể tích hỗn hợp phản ứngDựa trên một đơn vị thể tích bình phản ứngDựa trên một đơn vị diện tích bề mặt tiếp xúc phaDựa trên một đơn vị khối lượng chất xúc tácDate16Chuong 1- Khai niem mo dauThí dụ 1.1Một 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. Date17Chuong 1- Khai niem mo dauThí dụ 1.2Một 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 sauC6 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 glucoseDate18Chuong 1- Khai niem mo dauCác yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứngPhản ứng đồng thểÁp suấtNhiệt độNồng độPhản ứng dị thể .Truyền khối giữa hai phaTruyền nhiệt Giai đọan kiểm sóat vận tốc (rate controlling step) Date19Chuong 1- Khai niem mo dauThí dụ 1.3Hóa chất A → 2R, thiết bị chêm bằng hạt cầu không rỗng: a = 200m2/m3ρB = 2.908 kg/m3 (bulk density)ε = 0,40Xác định đơn vị các đại lượng và các dạng phương trình vận tốc khác ?Date20Chuong 1- Khai niem mo dau1.5. Phân lọai thiết bị phản ứngPhương pháp vận hành /họat động (Mode of Operation)Gián đọan (batch/ unsteady state)Liên tục (continuous / steady state)Bán liên tục (semi continuous) Hình dạng thiết bị phản ứngKhuấy trộn lý tưởng (Ideal Mixing)Ống/ Đẩy lý tưởng (Ideal Plug Flow)Số pha của hỗn hợp phản ứngĐồng thểDị thểDate21Chuong 1- Khai niem mo dauBình phản ứng khuấy trộnDate22Chuong 1- Khai niem mo dauBình ốngThiêt bị phản ứngNaphtha và khí hoàn lưuDate23Chuong 1- Khai niem mo dauKết hợp giữa hình dạng và phương pháp vận hành sẽ có bao nhiêu dạng thiết bị phản ứng?Date24Chuong 1- Khai niem mo dau