Néi dung m«n häc
ĐỘNG HÓA HỌC VÀ
THIẾT BỊ PHẢN ỨNG
TS. La ThÕ Vinh
Bé m«n: C«ng nghÖ c¸c chÊt v« c¬
Khoa: C«ng nghÖ Hãa häc
Tel: (04)/38692943; 0912540041
Email:
Website: www.sonchiunhiet.vn
Nội dung môn học
Phần I : Những khái niệm cơ bản
(Lý thuyết 3 tuần)
Phần II : Kỹ thuật phản ứng
(Lý thuyết 3 tuần, bài tập 2 tuần)
Phần III: Động học một số quá trình cụ thể (3 tuần)
Bài tập lớn 1 tuần
Thi học kỳ
Phần IV: Động học quá trình kết tinh và xử lý bề mặt (1 tuần)
Phần V: Cân bằng nhiệt (1 tuần)
Phần I: Những khái niệm cơ bản
Tiêu chuẩn phân loại Các loại phản ứng hóa học

Theo cơ chế

- Phản ứng một chiều
- Phản ứng hai chiều (thuận nghịch)
- Phản ứng song song, nối tiếp
- Phản ứng đơn giản, phức tạp
Theo số phân tử tham gia

- Phản ứng đơn phân tử, hai phân tử

e) Thiết bị phản ứng kiểu tầng xúc tác (Packed bed reactor - PBR)
a) b) c)
d)
e)
Nguyên liệu vào
Sản phẩm ra
TĐN
Lp xỳc tỏc
dt
dV
V 

dt
dm
m 

dt
dn
n 

Ta ®Þnh nghÜa
BiÕn thiªn vÒ thÓ tÝch:
[m
3
.h
-1
]
BiÕn thiªn khèi lưîng :
[kg.h
-1

M

i
là hệ số tỷ lợng của các chất trong phơng trình. Trong đó hệ số
tỷ lợng của các chất tham gia phản ứng đợc quy ớc có giá trị âm
còn của sản phẩm đợc quy ớc có giá trị dơng. Nếu gọi M
i
là khối
lợng phân tử của cấu tử i
Ta có
Hay
(Định luật bảo toàn khối lợng)
Hiệu suất chuyển hóa U
2. Đối với thiết bị làm việc liên tục:
0,
0,
0,0,
0,0,
0,
0,
k
kk
Rk
RkRk
k
kk
k
m
mm
Vc













Hiệu suất chuyển hóa tính theo một cấu tử nào đó bằng lợng
cấu tử đó đã tham gia vào phản ứng để tạo thành sản phẩm so
với lợng ban đầu (tính theo %).
1. Đối với thiết bị làm việc gián đoạn:
Hiệu suất chuyển hóa của cấu tử i
Tơng tự đối với tổng tất cả các cấu tử:
kk
k
i
ii
Un
v
nn
0,0,


kk
k

cấu tử i theo cấu tử chìa
khóa k ta có thể tính đợc
U
i
theo U
k

Pkk
kP
P
vnn
vn
S
)(
0,


Pk
AP
A
A
P
P
P
vn
vn
n
n
A
0,

lập, độ chọn lọc S
P
=1
Xét phản ứng

A
A + 
B
B 
P
P
Với thiết bị gián đoạn
Với thiết bị liên tục
Nếu trong hệ chỉ có một
phản ứng duy nhất thì
hiệu suất chuyển hóa U
i
và A
P
là đồng nhất
Độ chọn lọc của sản phẩm, ký hiệu S
P

Pkk
kP
P
vnn
vn
S
)(

,,


Với
Ví dụ: M
H2
= 2 g/mol, có 3mol H
2
/h suy ra m = 3.2 = 6 g/h
0,
0,
00,
00,
0,
0,
k
kk
k
kk
k
kk
k
m
mm
Vc
VcVc
n
nn
U


v
SUnn
0,0,,


Nồng độ phần mol
Với thiết bị dòng liên tục ta cũng nhận đợc công thức
tơng tự






i
kk
k
i
i
i
kk
k
i
i
i
i
i
i
Unn
Unn







i
iii
k
k
ii
k
x
x
xx
U
)(
0,
0,


Nồng độ phần mol của cấu tử i đợc định nghĩa:

i
oi
n
,
Chia tử và mẫu cho ta nhận đợc
Hệ số thay đổi thể tích
Trong các phản ứng pha khí,

là thể tích ban đầu của hệ,
A
là hệ số thay đổi thể
tích ứng với hiệu suất chuyển hoá U
A
V = V
0
+ V = V
0
(1+
A
U
A
)
Ta có:
Với:
N
2
+ 3H
2
= 2NH
3
Quan hÖ gi÷a U vµ 
AA
A
A
AA
AA
A
A





1
1
0,
0,
0,
/1
/1
AAA
AA
A
CC
CC
U




§èi víi cÊu tö A:
Víi c¸c ph¶n øng ®¼ng tÝch (
A
= 0), ta cã:
U
A
= 1-C
A
/C






hm
kmoli
dt
dn
S
r
i
i
.
.
1
2







hkg
kmoli
dt
dn
W
r

dS
dN
r
i
i

dW
dN
r
i
i

dV
RVới hệ đồng nhất:
Với hệ không đồng nhất:
hoặc
Lu ý
Tốc độ phản ứng r
i

là một số dơng nên:

dn
V
r
M
M
V
.
1

Theo cấu tử M:
dV
dN
r
M
M
V

hoặc:
Tốc độ chung của phản ứng
Từ phản ứng tổng quát và định nghĩa về tốc độ
của phản ứng đối với mỗi cấu tử. Ta rút ra:
M
M
L
L
B
B
A
A
i

- Nhiệt độ
- Xúc tác
Tốc độ phản ứng
hoá học phụ thuộc
Dạng tổng quát: r = f
1
(t).f
2
(c)
Với k = f
1
(t)
Vậy ta định nghĩa:
Phơng trình động học
td
Md
td
Ld
td
Bd
td
Ad
r
MLBA
][1][1][1][1


''''
][][][][][][][][
mlba

L
b
B
a
Ac
A
A
A
A
CCCCk
dt
dC
dtV
dn
r .



m
M
l
L
b
B
a
Ap
A
A
ppppk
dt

Ban đầu:
n
A0
n
B0
n
L0
n
M0Phản ứng:
Còn lại:
M
v
v
L
v
v
B
v
v
A
A
M
A
L


A
B
AAB
v
v
Unn .
00

A
L
AAL
v
v
Unn .
00

A
M
AAM
v
v
Unn .
00

Phơng trình động học
Ta có:
Với:
VV
Un

VV
v
v
Unn
V
n
C
A
L
AAL
L
L



0
00

VV
v
v
Unn
V
n
C
A
M
AAM
M
M


Hằng số tốc độ phản ứng
Hằng số tốc độ của phản ứng bằng tốc độ của phản ứng khi nồng độ
các cấu tử tham gia phản ứng đều bằng 1 đơn vị.
)(.
iCA
Cfkr
)(
i
A
C
Cf
r
k
RT
E
ekk

.
0
Theo Arrhenius:
Lý thuyết va chạm
Hai phân tử A và B là các hạt hình cầu bán kính r
A
và r
B
, rắn tuyệt đối, vận động theo cơ
học cổ điển, phân bố tốc độ theo định luật phân bố Maxwell-Boltzman.
Phân bố Maxwell-Boltzman


Cơ học cổ điển xét chuyển động của những hạt vĩ mô, không xem xét tới các tơng tác bên
trong cấu trúc của hạt.
Giả thiết