KỸ THUẬT PHẢN ỨNG
• ThS. Hồ Văn Sơn
9/12/2012
1
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Chương 1. Các khái niệm cơ bản
Phân loại phản ứng
Phân loại theo cơ chế: phản ứng đơn giản và
phản ứng phức tạp.
Ø Phân loại theo số pha: phản ứng đồng thể và dị
thể.
Ø Phân loại theo phương thức làm việc: phản ứng
theo phương thức gián đoạn, liên tục, bán liên
tục.
Ø Phân loại theo chế độ nhiệt: phản ứng đẳng nhiệt,
đoạn nhiệt và đa biến nhiệt.
Trong kỹ thuật phản ứng ta quan tâm đến số pha và
thành phần xúc tác trong hệ, thường chia phản
ứng thành: đồng thể và dị thể có xúc tác hoặc
không xúc tác
1.
Ø
9/12/2012
2
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Ø Phản ứng đơn giản: Là những phản ứng xảy ra chỉ
theo cùng một loại trao đổi nguyên tố, có nghĩa là
chỉ có một phản ứng duy nhất. Những phản ứng
này chỉ cần một phương trình lượng hoá và một
phương trình vận tốc để biểu diễn quá trình phản

nitric acid
- Phản ứng cracking
- Tổng hợp methanol
9/12/2012
4
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
• 2. Phương trình tỷ lượng
• Hệ có phản ứng hóa học dang:
ν1A1 + ν2A2 → ν3A3 + v4A4
Với hệ kín: vi/vk = (ni0-ni)/(nk0-nk)
Hệ mở: ṅi là mật độ dòng liên tục của cấu tử thứ i
(kmol/h, mol/s)
vi/vk = (ṅi0 - ṅi)/(ṅk0 - ṅk)
Nếu Ai là sản phẩm, Ak là chất phản ứng (vk<0)
vi/|vk| = (ni0-ni)/(nk0-nk)
Gọi k là cấu tử chìa khóa, Uk là độ chuyển hóa
ni = ni0 + vi/|vk| . nk0.Uk
9/12/2012
5
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
• Hoặc CiVR = CioVoR + vi/|vk| CkoVoR.Uk
• Hệ mở ṅi = ṅi0 + vi/|vk| CkoVoR.Uk
• Nếu cấu tử thứ i và k đêu là chất phản ứng
• ṅi0 Uk = |vi|/|vk| . ṅk0.Uk
• Và các nguyên liệu phối trộn theo tỷ lượng hóa học
|vi|/|vk| = ṅi0/ṅk0 do đó Ui=Uk
• Đối với thiết bị phản ứng gián đoạn hệ kín
• Σ ni = Σ ni0 + ṽ/|vk|. ṅk0. Uk
• Phần mol của các cấu tử trong hệ sẽ là
• xi = ni/ Σ ni = (xi0 + vi/|vk| . xk0.Uk)/(1+ vi/|vk| . xk0.Uk)

ứng đốt cháy 1 mol chất đó (có thể là nguyên tố hay hợp chất)
bằng oxy phân tử.
Nhiệt sinh tiêu chuẩn ΔHf,298 nhiệt của phản ứng đốt cháy 1 mol hợp
chất đó và phản ứng xảy ra ở 25oC, áp suất P = 1,03125 bar.
Phản ứng bắt đầu và kết thúc tại 25oC và sản phẩm cháy cũng
phải ở điều kiện tiêu chuẩn 25oC, áp suất P = 1,03125 bar.
9/12/2012
8
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
•
•
•
•
•
•
•
Tính toán enthalpie phản ứng
Định luật Hess: ΔRH298o = Σvi (ΔHf,298o)I
Enthalpie phản ứng ở một nhiệt độ nào đó:
ΔRHTo = ΔRHToo + ʃ ΔCpo(T)dT
Trong đó ΔCop (T) = Σvi .Cpoio(T)
Với Cpoio = là nhiệt dung riêng của cấu tử thứ i sạch, tại nhiệt độ T và P =
1,01325 bar)
Nhiệt sinh tiêu chuẩn của một hợp chất từ các nguyên tố tồn tại ở mỗi
nhiệt độ, ở trạng thái tiêu chuẩn có hoạt độ là 1 được tính bằng phương
trình sau đây:
(ΔHf,T0) = (ΔHf,o0)hc + (HTo – Hoo)hc - Σ|vngt|(HTo – Hoo)ngt
Với kí hiệu hc: hợp chất, ngt: nguyên tố
HTo : enthalpie của chất ở trạng thái tiêu chuẩn, nhiệt độ T
Hoo enthalpie của chất ở trạng thái tiêu chuẩn, nhiệt độ 0 (K)

ngưng tụ của nước không thể tỏa ra, vì vậy trong
thực tế, chỉ tính nhiệt trị thấp
• HU = HO -2512(9.WH + WH2O) kJ/kg
• 2512 là nhiệt hóa hơi của nước (kJ/kg); WH2O phần
khối lượng của nước (phần ẩm ) trong nhiên liệu
và WH là phần khối lượng của hydro
9/12/2012
11
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
• Cân bằng hoá học
• Xét phản ứng thuận nghịch đơn giản :
•
A + B↔ C + D
• Vận tốc phản ứng thuận : (-rth ) = k1 CA CB
• Vận tốc phản ứng nghịch : (rng ) = k2 CC CD
• Ở điều kiện cân bằng : (-rth ) + (rng ) = 0
• k1/k2 = CCCD/CACB
• Hằng số cân bằng KC = k1/k2 = CCCD/CACB
• Thế nhiệt động đẳng nhiệt – năng lượng Gibbs ở
áp suất không đổi G hoặc thể tích F không đổi.
•
ΔGo
= -RT.lnKp
ΔFo
= -RT.lnKC
9/12/2012
12
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
• Phương trinh Van’t Hoff biểu diễn sự biến thiên của
hằng số cân bằng theo nhiệt độ.

• k là hằng số tốc độ phản ứng và chỉ phụ thuộc vào
nhiệt độ
α,β là các số mũ xác định bậc phản ứng
9/12/2012
15
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
• Phản ứng không thuận nghịch
• aA + bB → dD
• uD = k[A]α[B]β
• Phản ứng thuận nghịch
• aA + bB ↔ dD
• uD = k[A]α[B]β – k2[D]γ
• Dưới dạng chung
•
uD = k1[A]α[B]β[D]γ – k2[A]α’[B]β’[D]γ’
• k1/k2 = [D]eγ’-γ/([A]eα’-α[B]eβ’-β)
• Và hằng số cân bằng là K = [D]ed/([A]ea[B]eb)
• Tỷ lệ k1/k2 = Kn
• n = (α-α’)/a = (β-β’)/b = (γ-γ’)/d
9/12/2012
16
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
• A → D vận tốc phản ứng là
• u = -1/v . dNA/dƬ = k[NA/v]
• Nếu v là hằng số ta có
• u = - dCA/dƬ = kCA
• Nếu biểu diễn nồng độ tức thời CA dưới dạng số mol ban
đầu a và số mol đã phản ứng XM
• - d(a-XM)/dƬ = k(a-XM) và dXM/dƬ
• Lấy tích phân dXM/(a-XM) = kdƬ

Ri = ±dCi / dt .
(1.2)
9/12/2012
19
•
phẩm của một quá trình sản xuất,do đó quyết định năng suất (do vận
tốc phản ứng r ) và hiệu quả (độ chuyển hoá X và độ chọn lọc S)
của sản xuất.
•
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
• -Độ chuyển hoá của chất i:
Xi = (C0 - C1) / C0 = 1 - C1/C0 .
•
(1.3)
Trong đó : C0- nồng độ chất phản ứng i đi vào ( hay nồng độ ban
đầu)
C1- nồng độ chất phản ứng i đi ra ( hay nồng độ cuối )
•
-Độ chọn lọc đối với sản phẩm i:
Si = Ci / ∑Cj
•
j = 1, n (1.4)
Trong đó: Ci -nồng độ của sản phẩm i trong hỗn hợp phản ứng .
∑Cj -tổng nồng độ các sản phẩm trong hỗn hợp phản
ứng
9/12/2012
20
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
VỊ TRÍ HỆ THỐNG TBPƯ TRONG SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ
Trong sơ đồ công nghệ TBPƯ nằm ở vị trí như sau :

*Các hệ dị thể khí-rắn, khí-lỏng, lỏng-rắn,
lỏng-lỏng
*Các hệ ba pha khí-lỏng-rắn, lỏng-lỏng-rắn,
khí-lỏng-lỏng
• Tính đa dạng của TBPƯ còn do từng hãng ,
trên thế giới có những hãng có công nghệ, xúc
tác và hệ thống TBPƯ riêng của mình
9/12/2012
23
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
ĐẶC ĐIỂM TBPƯ…
•
-Phức tạp
• Do trong TBPƯ các quá trình hoá học ( phản
ứng ) và vật lý ( chuyển khối: dòng chảy ,
khuếch tán, và các quá trình nhiệt: truyền nhiệt,
toả và thu nhiệt ) xảy ra đan xen và ảnh
hưởng lẫn nhau
• Trong đó, các quá trình vật lý thường tuyến
tính với nhiệt độ, còn các phản ứng hoá học
phụ thuộc vào nhiệt độ ở dạng hàm mũ theo
phương trình Arrhénius ( phi tuyến ).
9/12/2012
24
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com