Bài giảng Kỹ thuật phản ứng: Chương 5 - Vũ Bá Minh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:38

Thêm vào BST

Báo xấu

7
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Kỹ thuật phản ứng: Chương 5 - Hiệu ứng nhiệt độ, được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Khái niệm về hiệu ứng nhiệt độ; Bình khuấy lý tưởng hoạt động ổn định; Bình khuấy lý tưởng hoạt động gián đoạn; Bình ống lý tưởng hoạt động ổn định; Khoảng nhiệt độ tối ưu V, FA0, XAf;...Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật phản ứng: Chương 5 - Vũ Bá Minh

Chương 5: Hiệu ứng nhiệt độ Temperature Effect Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 8/24/2017 1
Heats of Reaction and Temperature. 8/24/2017 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 2
Heats of Reaction and Temperature. Standard free energy ∆GO 8/24/2017 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 3
Heats of Reaction and Temperature. Equilibrium Conversion. The equilibrium composition, as governed by the equilibrium constant, changes with temperature, and from thermodynamics the rate of change is given by: 8/24/2017 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 4
5.1. Khái niệm về hiệu ứng nhiệt độ • Phản ứng không thuận nghịch – Thu nhiệt: khi độ chuyển hóa tăng → nhiệt độ giảm trừ khi ta cấp cho hệ thống lượng nhiệt lớn hơn lượng nhiệt do phản ứng hấp thu. Giảm nồng độ tác chất Giảm khi độ vận tốc chuyển hóa phản nhiệt độ tăng ứng giảm Độ chuyển hóa trong thiết bị phản ứng hoạt động không đẳng nhiệt sẽ nhỏ hơn khi hoạt động đẳng nhiệt. Khi thêm năng lượng vào sẽ hạn chế sự giảm nhiệt độ và do đó hạn chế sự giảm độ chuyển hóa. 8/24/2017 Chuong 5-Hieu ung nhiet do 5
5.1. Khái niệm về hiệu ứng nhiệt độ Phản ứng không thuận nghịch Phát nhiệt: 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 8/24/2017 Chuong 5-Hieu ung nhiet do 6
Vận tốc phản ứng không thuận nghịch theo độ chuyển hóa trong bình phản ứng đọan nhiệt Hình 5.1. Vận tốc phản ứng theo độ chuyển hóa trong bình phản ứng đoạn nhiệt 8/24/2017 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 7
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. 8/24/2017 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 8
Độ chuyển hóa – nhiệt độ cho phản ứng thuận nghịch bậc 1 trong bình khuấy họat động đọan nhiệt Hình 5.2. Độ chuyển hóa - nhiệt độ cho Figure 9.1 Effect of temperature on phản ứng thuận nghịch bậc một trong equilibrium conversion as predicted bình khuấy hoạt động đoạn nhiệt by thermodynamics (pressure fixed.) 8/24/2017 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 9
General Graphical Design Procedure 8/24/2017 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 10
General Graphical Design Procedure 8/24/2017 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 11
General Graphical Design Procedure 8/24/2017 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 12
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 8/24/2017 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 13
5.2. Bình khuấy lý tưởng hoạt động ổn định • Nếu thể tích bình phản ứng biết trước • Xác định nhiệt độ và thành phần của dòng ra cần phải giải đồng thời bằng phương pháp thử - sai 3 phương trình trên. • Nếu cho trước độ chuyển hóa, cần xác định thể tích bình phản ứng : • Giải độc lập pt CBNL → xác định nhiệt độ→ xác định vận tốc phản ứng → để tính thể tích bình phản ứng CBVC 8/24/2017 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 14
5.2. Bình khuấy lý tưởng hoạt động ổn định V V X Af  X A0   (3.3) FA0 . CA0 (  rAf ) V  : Thoi gian the tich  V V 1 X Af  X A0 CA0 (X Af  X A0 )      FA0  . CA0 CA0 (  rAf ) (  rAf ) m t (T0  Tf ) Cp  (XAf  X A0 )H r FA0  KS(Tn  Tf )  0 hay m t (T0  Tf ). Cp  (  rA ). V. H r  K.S.(T  Tf )  0 n 8/24/2017 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 15
Điều kiện hoạt động ổn định cho bình khuấy lý tưởng hoạt động ổn định- Phản ứng bậc 1  E/RTf  k0 e X Af   E/RT (5.2) 1   k0 e f m t Cp X Af  Tf  T0  (5.3) FA0 ( H r ) 8/24/2017 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 16
8/24/2017 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 17
5.3. Bình khuấy lý tưởng hoạt động gián đoạn Phương trình cân bằng nhiệt lượng và quá trình đọan nhiệt dT dX A m t CP   (H r )N A0  KS(T0  Ti ) (5.4) dt dt m t C P dT   (H r ) N A0dX A (5.5)  H r N A0 T  T0  X A  X A0  (5.6) m t CP 8/24/2017 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 18
5.4. Bình ống lý tưởng hoạt động ổn định Đọan nhiệt m t C P dT  FA0  ΔH r dX A (5.13)  (H r )FA0 T  T0  (X A  X A0 ) (5.14) m t CP 8/24/2017 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 19
5.5. Khoảng nhiệt độ tối ưu V, FA0, XAf • Tối đa hoá năng suất • Khoảng nhiệt độ tối ưu có thể: • đẳng nhiệt • thay đổi theo thời gian • thay đổi theo chiều dài • từ bình khuấy này sang bình khuấy khác 8/24/2017 Chương 5-Hiệu ứng nhiệt độ 20