Bài giảng Kỹ thuật phản ứng - Chương 5: Hiệu ứng nhiệt độ Temperature Effect - Trần Tấn Việt

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật phản ứng - Chương 5: Hiệu ứng nhiệt độ Temperature Effect - Trần Tấn Việt

1. 5.1. Khái niệm 5.2. Bình khuấy lý tưởng hoạt động ổn định 5.3. Bình khuấy lý tưởng hoạt động gián đoạn 5.4. Bình ống lý tưởng hoạt động ổn định 5.5. Khoảng nhiệt độ tối ưu 12/30/2022 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 2
2. 5.1. Khaùi nieäm veà hieäu öùng nhieät ñoä ❖Phaûn öùng khoâng thuaän nghòch ▪ Phaùt nhieät: độ chuyển hoá tăng → nhiệt độ tăng . Khi độ chuyển hoá còn thấp Sự tăng vận tốc phản ứng do tăng nhiệt độ lớn hơn sự giảm vận tốc phản ứng do giảm nồng độ tác chất. Thông thường độ chuyển hóa trong thiết bị phản ứng hoạt động không đẳng nhiệt sẽ lớn hơn cho quá trình đẳng nhiệt. Tuy nhiên phản ứng phụ và các yếu tố khác sẽ giới hạn nhiệt độ cho phép. Trong trường hợp này quá trình hoạt động hữu hiệu phụ thuộc vào quá trình truyền nhiệt ra môi trường ngoài để tránh sự quá nhiệt cục bộ 12/30/2022 Chuong 5-Hieu ung nhiet do 4
3. 5.1. Khái niệm về hiệu ứng nhiệt độ ❖Phản ứng thuận nghịch ▪Thu nhiệt: sự tăng nhiệt độ sẽ làm tăng độ chuyển hóa cân bằng và vận tốc. → như phản ứng không thuận nghịch nhiệt độ sử dụng cao nhất có thể được → thiết kế thiết bị phản ứng phải đi kèm với bộ phận cung cấp nhiệt cho hệ thống. ▪Phát nhiệt: Tăng nhiệt độ sẽ làm tăng vận tốc phản ứng thuận nhưng ngược lại nó làm giảm độ chuyển hóa tối đa có thể đạt được. 12/30/2022 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 6
4. 5.2. Bình khuấy lý tưởng hoạt động ổn định Bình khuấy lý tưởng hoạt động ổn định nên nhiệt độ không đổi và do đó vận tốc phản ứng là hằng số. Giải hệ 3 phương trình: ▪ Tốc độ phản ứng; ▪Cân bằng vật chất (phương trình thiết kế) ▪Cân bằng năng lượng 12/30/2022 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 8
5. 12/30/2022 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 10
6. 5.4. Bình ống lý tưởng hoạt động ổn định Đọan nhiệt mtCPdT = FA0 (− ΔHr )dXA (5.13) − ( Hr )FA0 T − T0 = (XA − XA0 ) (5.14) mtCP 12/30/2022 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 12
7. Phản ứng không thuận nghịch / thu & phát nhiệt • Độ chuyển hoá tối đa không phụ thuộc nhiệt độ • Tốc độ phản ứng tăng theo nhiệt độ • Năng suất tối đa đạt được tại nhiệt độ cao nhất có thể. • Nhiệt độ bị giới hạn do vật liệu chế tạo và phản ứng phụ nếu có. 12/30/2022 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 14
8. Phản ứng thuận nghịch phát nhiệt ❖Tăng nhiệt độ sẽ tăng tốc độ phản ứng nhưng làm giảm độ chuyển hoá cân bằng, và ngược lại. ❖Phản ứng được thực hiện với nhiệt độ giảm dần từ lúc bắt đầu đến khi chấm dứt. ❖Xác định khoảng nhiệt độ tối ưu (V, FA0, XAf) 12/30/2022 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 16
9. Thí duï 5.4: Phaûn öùng thuaän nghòch baäc moät A R a) Töø 00C ñeán 1000C xaùc ñònh ñoä chuyeån hoaù caân baèng 0 XAe theo nhieät ñoä cho phaûn öùng treân. ∆F 298K = - 1.744 cal/mol, ∆Hr,298K= - 18.000 cal/mol. b) Phaûn öùng thöïc hieän trong bình oáng t = 10 phuùt. Xaùc ñònh ñoä chuyeån hoaù neáu thieát bò phaûn öùng hoaït ñoäng ñaúng nhieät laàn löôït ôû 250C, 650C vaø nhieät ñoä toái öu. Thí nghieäm ñoäng hoïc trong bình giaùn ñoaïn: 0 ❖ XA = 0,793 sau 19 phuùt ôû 25 C 0 ❖ XA = 0,691 sau 8 phuùt ôû 35 C c) Laëp laïi caâu b vôùi bình khuaáy hoaït ñoäng oån ñònh 12/30/2022 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 18
10. 12/30/2022 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 20
11. 12/30/2022 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 22
12. Ways of approaching the ideal temperature profile with heat exchange: (c) endothermic reaction. 12/30/2022 Chuong 5-Hieu ung nhiet do 24