Quá trình và thiết bị truyền chất - Chương 1

Chia sẻ: Afasg Agq | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

200
lượt xem 73
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

CHƯƠNG I NHỮNG ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC I. Một số khái niệm và định nghĩa: 1. Năng suất: Năng suất thiết bị, phân xưởng hay nhà máy, ... là số lượng sản phẩm tạo ra (hay nguyên liệu chế biến) trên một đơn vị thời gian. Nếu G là trọng lượng, Vs là thể tích (sản phẩm hay nguyên liệu), τ là thời gian thì năng suất P bằng : G Vs hay P

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Quá trình và thiết bị truyền chất - Chương 1

4 CHÆÅNG I NHÆÎNG ÂËNH LUÁÛT CÅ BAÍN CUÍA CÄNG NGHÃÛ HOAÏ HOÜC I. Mäüt säú khaïi niãûm vaì âënh nghéa: 1. Nàng suáút: Nàng suáút thiãút bë, phán xæåíng hay nhaì maïy, ... laì säú læåüng saín pháøm taûo ra (hay nguyãn liãûu chãú biãún) trãn mäüt âån vë thåìi gian. Nãúu G laì troüng læåüng, Vs laì thãø têch (saín pháøm hay nguyãn liãûu), τ laì thåìi gian thç nàng suáút P bàòng : G Vs P= hay P = τ τ 3 P coï thãø tênh bàòng T/s, kg/h, m /s, ... 2. Cäng suáút: Q laì nàng suáút täúi âa coï thãø âaût âæåüc cæåìng âäü laìm viãûc I cuía thiãút bë laì nàng suáút cuía thiãút bë tênh cho âån vë cuía mäüt âaûi læåüng âàûc træng (thãø têch, diãûn têch, kêch thæåïc, ...). Vê duû nãúu V laì thãø têch cuía thiãút bë thç coï thãø biãøu diãùn cæåìng âäü bàòng: P G I= = V τ ×V I coï thãø tênh bàòng T/h.m , m3/h.m2 (theo diãûn têch cuía thiãút bë). 3 3. Tiãu phê: Nguyãn liãûu, næåüc, nàng læåüng, ... laì læåüng nguyãn liãûu, næåïc, nàng læåüng, ... tiãu hao âãø taûo ra âån vë saín pháøm. Vê duû Tnguyãn liãûu/Tsaín pháøm; m3 næåïc/T; kwh/m3 4. Âäü chuyãøn hoaï: Âäü chuyãøn hoaï nguyãn liãûu A (taïc cháút) laì tyí lãû giæîa læåüng taïc cháút A âaî chuyãøn hoaï vaì læåüng ban âáöu. ÅÍ thåìi âiãøm τ, V laì thãø têch cuía hãû thäúng taïc duûng, GA laì troüng læåüng cháút A, CA laì näöng âäü cuía cháút A vaì XA laì âäü chuyãøn hoaï cuía cháút A. - ÅÍ thåìi âiãøm ban âáöu τo = 0, caïc âaûi læåüng trãn coï trë säú tæång æïng Vo, GAo, CAo vaì XAo. - ÅÍ thåìi âiãøm τ1 cháút A âaî chuyãøn hoaï hoaìn toaìn thç caïc trë säú tæång æïng laì V1, GA1, CA1 vaì XA1= 1. Nãúu coï nhiãöu taïc cháút A, B, C, ... thç mäùi cháút coï âäü chuyãøn hoaï cuía mçnh XA, XB, XC, ... Theo âënh nghéa åí thåìi âiãøm τ, âäü chuyãøn hoaï laì: G − GA G −G X A = Ao hay X = o (1) G Ao Go Go − G Nãúu tênh theo pháön tràm thç X % = 100 × Go G = Go (1 − X ) Tæì (1) ta coï: (2)
5 G Go = (1 − X ) Chia 2 vãú cho Vo ta coï: Vo Vo Go G = Co ⇒ = C o (1 − X ) Vç Vo Vo - Nãúu hãû thäúng laì cháút loíng hay dung dëch (thãø têch V thay âäøi khäng âaïng kãø), hay laì khê maì täøng thãø têch khäng thay âäøi trong quaï trçnh chuyãøn hoaï thç: G G = = C vaì C = C o (1 − X ) (3) Vo V - Nãúu trong chuyãøn hoaï thãø têch thay âäøi vaì V = γVo thç: G G G = = o (1 − X ) V γVo γVo C C = o (1 − X ) hay (4) γ Nhæng γ biãún âäøi theo thåìi gian τ nãn duìng khäng tiãûn. Ngæåìi ta duìng khaïi niãûm âäü thay âäøi tæång âäúi β cuía thãø têch hãû khi chuyãøn hoaï âaî hoaìn toaìn (X=1): V − Vo V1 β= 1 = −1 Vo Vo V1 = Vo (1 + β ) ⇒ Vê duû trong quaï trçnh: 2H2 + O2 = 2H2O 2 1 β = −1 = − Ta coï: 3 3 5. Hiãûu suáút saín pháøm: Hiãûu suaït saín pháøm thu âæåüc φs laì tyí lãû giæîa læåüng saín pháøm thæûc tãú thu âæåüc Gs vaì læåüng täúi âa thu âæåüc Gmax (nãúu chuyãøn hoaï hoaìn toaìn): G φ s = s (%) Gmax cuîng coï thãø biãùu diãùn φs qua læåüng taïc cháút (nguyãn liãûu) G − GA φ s = Ao G Ao Nhæ váûy φs= XA: hiãûu suáút saín pháøm bàòng âäü chuyãøn hoaï cuía nguyãn liãûu. Nãúu pháøn æïng thuáûn nghëch thç φs khäng thãø naìo âaût âãún φmax âæåücmaì cao nháút laì luïc âaût cán bàòng φ*s vaì luïc âoï: G s* φ s max = = XA * G s max φs laì hiãûu suáút cán bàòng hay hiãûu suáút lyï thuyãút. Âäi khi sæí duûng khaïi niãûm hiãûu suáút so våïi lyï thuyãút: G ϕs = s G s*
6 φ Gs G X ϕs = × s max = s = A φ s max X A * * G s max Gs 6. Täúc âäü quaï trçnh: Täúc âäü cuía quaï trçnh biãøu diãùn qua læåüng saín pháøm chênh S thu âæåüc hay læåüng nguyãn liãûu chênh A tiãu hao trong mäüt âån vë thåìi gian. dG s dG A u= hay u = − dτ dτ Cuîng coï thãø biãùu diãùn qua caïc âaûi læåüng áúy nhæng trong âån vë thãø têch 1 dG s 1 dG A u= hay u = − V dτ V dτ G =C Nãúu thãø têch cuía hãû thäúng khäng âäøi coï thãø biãùu diãùn qua näöng âäü vç V dC s dC u= hay u = − A dτ dτ 7. Chi phê cå baín cho âån vë cäng suáút: Nãúu K laì chi phê cå baín cho caí thiãút bë (hay phán xæåíng), vê duû tênh bàòng âäöng vaì Q laì cäng suáút cuía thiãút bë tênh bàòng T/nàm thç chi phê cå baín cho âån vë cäng suáút laì: K R= Q * Nãúu cäng suáút thay âäøi, thæûc tãú cho tháúy: R = aQ-0.4 a: laì hãû säú phuû thuäüc vaìo tênh cháút cuía saín xuáút Nãúu so saïnh 2 hãû thäúng våïi cäng suáút Q1 vaì Q2 våïi Q2 = 2Q1 thç: − R2 aQ2 0.4 2Q = ( 1 ) −0.4 = 0.76 ⇒ R2 = 0.76R1 = − 0.4 R1 aQ1 Q1 Nghéa laì cäng suáút tàng lãn 2 láön thç chi phoïi cå baín cho mäüt âån vë cäng suáút chè coìn 76% hay giaím âi 24%. * Nãúu S laì giaï thaình saín pháøm tênh theo âån vë (vê duû âäöng/T) thç: S = mQn m, n: laì hãû säú, vaì n = -0.2 ÷ -0.3 So saïnh 2 cäng suáút Q1 vaì Q2 våïi Q2 = 2Q1 vaì láúy n = -0.2 ta coï: − S 2 mQ2 0.2 2Q = ( 1 ) −0.2 = 0.87 = − 0.2 S1 mQ1 Q1 Nghéa laì nãúu cäng suáút tàng lãn 2 láön thç giaï thaình saín pháøm giaím âi 13%. II. Cán bàòng trong caïc quaï trçnh cäng nghã: 1. Nguyãn lyï Le Chatelier: Âa säú caïc phaín æïng thæûc hiãûn trong CNHH laì caïc phaín æïng thuán nghëch. Caïc phaín æïng naìy âãöu dáùn âãún traûng thaïi cán bàòng.
7 Trong caïc âiãöu kiãûn coï aính hæåíng âãún traûng thaïi cán bàòng thç sæû thay âäøi nhiãût âäü, aïp suáút, näöng âäü caïc cháút tham gia phaín æïng coï vai troì quan troüng hån caí. Caïc yãúu täú naìy taïc âäüng âãún traûng thaïi cán bàòng theo nguyãn lyï Le Chatelier: Mäüt hãû åí traûng thaïi cán bàòng bãön, nãúu chuûi mäüt taïc âäüng tæì bãn ngoaìi laìm thay âäøi mäüt trong caïc yãúu täú quyãút âënh âãún vë trê cán bàòng thç trong hãû seî xaíy ra mäüt quaï trçnh theo chiãöu laìm giaím aính hæåíng cuía taïc âäüng âoï. Tæì âoï suy ra: * Khi tàng nhiãût âäü cuía häùn håüp caïc cháút phaín æïng thç cán bàòng seî chuyãøn dëch theo chiãöu phaín æïng thu nhiãût, tæïc haû nhiãût âäü cuía häùn håüp caïc cháút phaín æïng. * Khi tàng aïp suáút cán bàòng chuyãøn dëch theo chiãöu giaím thãø têch cuía häùn håüp. * Khi tàng näöng âäü cuía mäüt trong caïc cháút phaín æïng thç cán bàòng chuyãøn dëch theo chiãöu giaím näöng âäü cuía noï. 2. Hàòng säú cán bàòng cuía pháøn æïng hoaï hoüc: a/ Hàòng säú cán bàòng: aA + bB ⇔ rR + sS + Q */ Phaín æïng thuáûn nghëch: u1 = k1CAaCBb Täúc âäü phaín æïng thuáûn: u2 = k2CRrCSs Täúc âäü phaín æïng nghëch: k1, k2: hàòng säú täúc âäü phuû thuäüc vaìo nhiãût âäü. k1 C Rr C S s * * = *a *b = K c Nãúu u1 = u2 ta coï: (1) k2 C A CB (dáúu * coï nghéa laì trë säú åí traûng thaïi cán bàòng) Kc:hàòng säú cán bàòng */ Nãúu tênh thaình pháön theo pháön mol N NA + NB + NR + NS = 1 thç: N *r N * s K N = Ra S b (2) * * NA NB */ Nãúu laì khê thç coï thãø láúy aïp suáút pháön PI PA + PB + PR + PS = P (aïp suáút chung) thç: PR*r PS*s K P = *a *b (3) PA PB */ So saïnh caïc trë säú cuía K Kp = Kc(RT)∆n (4) Kp = KNP∆n (5) Våïi ∆n = (r + s) - (a + b) b/ YÏ nghéa cuía trë säú hàòng säú cán bàòng: */ Ta tháúy K tàng thç tæí säú tàng so våïi máùu säú, nghéa laì näöng âäü saín pháøm tàng lãn. K âaïnh giaï âäü sáu cuía phaín æïng hoaï hoüc, âäü chuyãøn hoaï cuía taïc cháút. */ k1, k2 phuû thuäüc nhiãût âäü nãn K cuîng phuû thuäüc vaìo nhiãût âäü.
8 */ Mäúi liãn hãû giæîa K vaì âäü chuyãøn hoaï cán bàòng X* = α aA + bB ⇔ rR + sS Vê duû: A + b/aB ⇔ r/aR + s/aS Âæa vãö 1mol A Näöng âäü caïc cháút âáöu CA , CB , CR , CS , nãúu âäü chuyãøn hoaï laì α thç âaî coï CAα mol A taïc duûng CAαb/a molo B âãø taûo thaình CAαr/a mol R vaì CAαs/a mol S, vaì luïc âoï näöng âäü caïc cháút laì CA(1-α); CB - CAαb/a; CR + CAαr/a; CS + CAαr/a, nhæ váûy: r s (C R + C Aα ) r (C S + C Aα ) s a a Kc = (6) b (C A − (1 − α )) (C B + C Aα ) a b a Tæång tæû ta tênh âæåüc KN, KP phuû thuäüc vaìo α. */ K coï thãø tçm træûc tiãúp åí säø tay hoaï lyï; cuîng coï thãø tênh K tæì ∆H âäü biãún âäøi entapi åí âiãöu kiãûn chuáøn (1atm, 298oK) theo phæång trçnh Van't Hoff: ∆H d ln K p = (7) RT 2 dT ∆H ln K p = − +B RT R: hàòng säú khê (R = 1.987 cal/mol.oC); ∆H (cal/mol) III. Täúc âäü phaín æïng vaì vai troì cuía noï âäúi våïi caïc quaï trçnh cäng nghãû: u = k×F×∆C Cäng thæïc chung cuía täúc âäü laì: u = k×∆C Nãúu hãû âäöng thãø thç: k: hãû säú täúc âäü; F: bãö màût tiãúp xuïc pha; ∆C: âäüng læûc quaï trçnh. 1. Hãû säú täúc âäü k: khäng chè phuû thuäüc tênh cháút hoaï hoüc cuía taïc cháút maì coìn phuû thuäüc caí tênh cháút váût lyï cuía chuïng, cáúu taûo thiãút bë, täúc âäü caïc doìng vaì âäü khuáúy träün caïc cháút trong mäi træåìng âäöng thãø. k laì håüp thaình cuía caïc hàòng säú täúc âäü thuáûn k1, nghëch k2, phuû k'p, k''p ... vaì cuía caïc hãû säú khuyãúch taïn caïc cháút âáöu (taïc cháút) vaìo vuìng phaín æïng D1, D2, ... vaì caïc cháút cuäúi (saín pháøm) ra ngoaìi vuìng phaín æïng D'1, D'2, ... k = f(k1, k2, k'p, k''p ..., D1, D2, ..., D'1, D'2, ...) Ngoaìi ra k coìn phuû thuäüc vaìo thäng säú cáúu taûo thiãút bë vaì chãú âäü laìm viãûc cuía thiãút bë. Vç váy, cáön xem xeït âaûi læåüng naìo cå baín coï aính hæåíng âãún k vaì boí qua caïc âaûi læåüng khäng cå baín. Âaûi læåüng cå baín laì âaûi læåüng æïng vaìo quaï trçnh chênh, coï trë säú nhoí nháút vaì do âoï, laìm cháûm quaï trçnh chênh. Vê duû: - Khuáúy träün täút nãn boí qua hãû säú khuáúy taïn (âoìng thãø) - Phaín æïng mäüt chiãöu vaì phaín æïng phuû khäng âaïng kãø thç k = k1 - Quaï trçnh dë thãø thç khuyãúch taïn haûn chãú täúc âäü k = (D1, D2, ..., D'1, D'2, ...) 2. Bãö màût tiãúp xuïc pha F:
9 - Nãúu khuáúy maûnh hãû dë thãø thç F = täøng bãö màût caïc pháön tæí nàûng hån (haût ràõn trong hãû K-R, R-L; gioüt loíng trong hãû K-L, L-L, ...) - Nãúu duìng cäüt âãûm thç F = täøng bãö màût caïc âãûm. Chuï yï: Trong caïc hãû K-L, L-L nãúu räúi loaûn maûnh thç xaïc âënh F ráút khoï vç caïc pha xám nháûp dæåïi daûng doìng räúi, bong boïng, boüt, gioüt, maìng, ...û, luïc âoï láúy F bàòng mäüt âaûi læåüng qui æåïc Fq (vê duû bàòng tiãút diãûn thiãút bë, bàòng bãö màût táút caí caïc ngàn, täøng bãö màût âãûm, ..) 3. Âäüng læûc ∆C: âäüng læûc cuía quaï trçnh hoaï hoüc laì hiãûu säú cuía näöng âäü C. Nãúu quaï trçnh åí pha khê thç âäüng læûc laì ∆P (hiãûu säú cuía aïp suáút) Vê duû: * Quaï trçnh âäöng thãø: aA + bB → rR + sS +) Phaín æïng mäüt chiãöu: u = kCAaCBb ⇒ ∆C = CAaCBb +) Phaín æïng thuáûn nghëch: u = k(CA - CA*)a(CB - CB*)b ⇒ ∆C = (CA - CA*)a(CB - CB*)b u = k1CAaCBb - k2CRrCSs hoàûc ∆C1 = CAaCBb ∆C2 = CRrCSs ⇒ u = k1∆C1 - k2∆C2 * Quaï trçnh dë thãø: +) Háúp thuû hay ngæng håi : ∆C = C - C* C: näöng âäü (hay aïp suáút pháön) tæïc thåìi (thæûc) åí pha cho chuyãøn (khê) cuía cháút âæåüc chuyãøn (khê âæåüc háúp thuû hay håi âæåüc ngæng). C*: näöng âäü áúy luïc cán bàòng; noï laì aïp suáút håi baío hoaì cuía cháút âæåüc chuyãøn trãn bãö màût dung dëch háúp thuû hay cháút loíng ngæng. ∆C = C* - C +) Nhaî hay bäúc håi: IV. Caïc biãûn phaïp âãø tàng täúc âäü cuía quaï trçnh cäng nghãû: Ngæåìi ta tàng täúc âäü bàòng caïch taïc âäüng âãún caïc säú haûng cuía täúc âäü u 1. Tàng âäüng læûc ∆C cuía quaï trçnh: a/ Tàng näöng âäü cuía taïc cháút: Nghéa laì laìm cho nguyãn liãûu båït taûp cháút âi. Tàng näöng âäü tæïc laìm tàng täúc âäü, båït âæåüc thãø têch thiãút bë, chi phê váûn chuyãøn, khuáúy träün, nhiãût máút maït cho taûp cháút. Ngoaìi ra, coìn giaím âæåüc caïc phaín æïng phuû. Trong thæûc tãú caïc biãûn phaïp tàng näöng âäü cuía caïc cháút tham gia phaín æïng trong nguyãn liãûu ban dáöu phuû thuäüc vaìo traûng thaïi táûp håüp cuía chuïng. +) Âäúi våïi dung dëch ngæåìi ta tàng näöng âäü bàòng caïch duìng nhæîng dung mäi thêch håüp, hoàûc laìm bay håi hoàûc kãút tinh dung mäi. +) Âäúi våïi cháút khê thç duìng biãûn phaïp neïn âãø tàng näöng âäü, hoàûc duìng biãûn phaïp háúp thuû, háúp phuû caïc cháút khê tham gia phaín æïng coï näöng âäü tháúp âãø taïch chuïng khoíi caïc cháút trå. Trong thæûc tãú ngæåìi ta thæåìng cho dæ caïc cháút reî tiãön âãø tàng cao täúc âäü phaín æïng. Tuy nhiãn, viãûc tàng näöng âäü taïc cháút khäng phaíi bao giåì cuîng coï låüi. Âäúi våïi nhæîng
10 phaín æïng coï täúc âäü quaï nhanh, coï tênh cháút tæïc thåìi thç coï thãø âem laûi háûu quaí khäng tät (näø, chaïy). Do váûy, cáön phaíi giaím näöng âäü taïc cháút (âãø laìm cháûm täúc âäü phaín æïng) bàòng caïch pha thãm khê trå hoàûc cho vaìo tæìng læåüng nhoí. b/ Âiãöu chènh aïp suáút P (chuí yãúu aính hæåíng âãún pha khê) Âäúi våïi khê tàng aïp suáút coï nghéa laì tàng näöng âäü. Näöng âäü khê tyí lãû våïi aïp suáút pháön, nãn coï thãø thay CA bàòng PA vaì âäüng læûc ∆C bàòng ∆P. +) Quaï trçnh mäüt chiãöu hay quaï trçnh thuáûn nghëch åí xa cán bàòng åí pha khê: aA + bB → rR + sS - Âäúi våïi phaín æïng hoaï hoüc åí pha khê: u = kPA PB vaì ∆P = PA PB a b a b Nãúu NA, NB laì pháön mol cuía A vaì B trong pha khê, P laì aïp suáút chung thç: PA = NAP; PB = NBP u = k(NAP)a(NBP)b = kPAaPBbPa+b u n>1 Âàût kPA PB = β vaì a + b = n (báûc phaín æïng) a b n=1 u = βP n n
11 2. Nãúu thãø têch tàng (∆n>0) træåìng håüp xa cán bàòng thç coï låüi vç P tàng thç x tàng, nhæng âãún gáön cán bàòng x caìng tàng cháûm vaì âãún giaï trë xmax åí Pop räöi giaím âi. Pop tæì 1 âãún vaìi atm tuyì tênh cháút cuía phaín æïng, báûc phaín æïng n vaì âäü chuyãøn hoaï mong muäún. - Âäúi våïi quaï trçnh chuyãøn khäúi (dë thãø) 1. Træåìng håüp háúp thuû khê (hay ngæng håi): ∆P = P - P*. P tàng thç ∆P tàng ⇒ u tàng: tàng háúp thuû (Le Chatelier). Vç váûy, P cao coï låüi. 2. Træåìng håüp nhaî (hay bäúc håi) thç cáön giaím P. - Âäúi våïi loíng aính hæåíng P âãún u nhoí, nãn phaíi cáön P låïn. Nhæng P låïn aính hæåíng âãún âäü nhåït vaì quaï trçnh chuyãøn tæì âäüng hoüc sang khuyãúch taïn. Vê duû: Polime hoaï etylen åí 2000atm chuyãøn tæì K→L→R. - Âäúi våïi ràõn thç aïp suáút siãu cao måïi coï taïc duûng. Vê duû: Cacbon hoaì tan trong kim loaûi chaíy åí 2400oC chè chuyãøn thaình kim cæång åí aïp suáút 100000atm. c/ Âiãöu chènh nhiãût âäü âãø tàng âäüng læûc cuía quaï trçnh chuyãøn khäúi: (chæï khäng phaíi cho phaín æïng hoaï hoüc) +) Trong háúp thuû, ngæng håi: ∆C = C - C* C* aïp suáút håi baîo hoaì trãn dung dëch, tàng lãn nãúu nhiãût âäü tàng. Nãúu nhiãût âäü giaím thç C* giaím ⇒ ∆C tàng ⇒ u tàng. +) Træåìng håüp nhaî, bäúc håi thç ngæåüc laûi: ∆C = C* - C. Ngæåìi ta tàng nhiãût âäü âãø tàng täúc âäü cuía quaï trçnh. d/ Âæa saín pháøm ra khoíi hãû thäúng taïc duûng: u = k1∆C1 - k2∆C2 = k1CAaCBb - k2CRrCSs +) Âæa saín pháøm ra thç CR, CS giaím âi (hay triãût tiãu), ∆C2 giaím vaì täúc âäü phaín æïng tàng lãn. +) Quaï trçnh chuyãøn khäúi: 1. Nãúu háúp thuû ∆C = C - C*. Âæa saín pháøm (cháút âæåüc háúp thuû) ra khoíi hãû thäúng tæïc laì laìm giaím näöng âäü åí loíng âi, do âoï C* giaím ⇒ ∆C tàng ⇒ u tàng. 2. Nãúu quaï trçnh nhaî ∆C = C*- C. Âæa cháút âæåüc nhaî ra khoíi hãû thäúng tæïc laì laìm giaím näöng âäü åí pha khê, nhoì âoï ∆C tàng ⇒ u tàng. 2. Tàng hãû säú täúc âäü cuía quaï trçnh khê: a/ Tàng nhiãût âäü: +) Nhiãût âäü aính hæåíng âãún täúc âäü phaín æïng: k = k0e-E/RT Theo Arrhe'nius: d ln k E E = ⇔ 2.3 lg k = − 2 dT RT RT k: hàòng säú täúc âäü phaín æïng E: nàng læåüng hoaût hoaï (J/mol) R: hàòng säú khê lê tæåíng (R=8.3146 J/mol.0K)
12 Trong thæûc tãú cäng nghiãûp, ngæåìi ta nháûn tháúy khi tàng nhiãût âäü phaín æïng lãn 10 C (trong phaûm vi nhiãût âäü tæì 100-400oC) vaì nàng læåüng hoaût hoaï khoaíng 63- o 125kJ/mol thç täúc âäü cuía phaín æïng hoaï hoüc tàng tæì 2 - 4 láön, tháûm chê gáúp 10 láön. Cáön chuï yï laì tàng nhiãût âäü laìm tàng täúc âäü phaín æïng thuáûn, phaín æïng nghëch vaì caí phaín æïng phuû. Âiãöu naìy laìm haû âäü choün loüc cuía saín pháøm chênh. Vç váûy ráút cáøn tháûn trong viãûc sæí duûng biãûn phaïp tàng nhiãût âäü. +) Âäúi våïi khuyãúch taïn: Aính hæåíng cuía nhiãût âäü êt hån nhiãöu. Khi tàng nhiãût âäü lãn 10oC thç váûn täúc khuyãúch taïn chè tàng khoaíng 1.1 - 1.3 láön. Sæû phuû thuäüc cuía hãû säú khuyãúch taïn vaìo nhiãût âäü tuán theo cäng thæïc tæång tæû nhæ phæång trçnh Arrhe'nius: d ln D E D = dT RT D: hãû säú khuyãúch taïn ED: nàng læåüng hoaût hoaï cuía quaï trçnh khuyãúch taïn. * Giåïi haûn cuía viãûc tàng nhiãût âäü: 1. Âäúi våïi phaín æïng thuán nghëch phaït nhiãût, tàng nhiãût âäü laìm chuyãøn dëch cán bàòng theo chiãöu nghëch, nghéa laì laìm giaím âäü chuyãøn hoaï. Coìn âäúi våïi phaín æïng thuán nghëch thu nhiãût thç âäü chuyãøn hoaï khäng giaím khi tàng nhiãût âäü, nhæng hiãûu quaí ngaìy caìng giaím vç täúc âäü tàng cháûm hån åí nhiãût âäü cao. 2. Trong nhiãöu quaï trçnh hæîu cå, viãûc tàng nhiãût âäü ⇒ tàng phaín æïng phuû ⇒ täøn tháút cháút vaì laìm giaím hiãûu suáút saín pháøm chênh (vê duû täøng håüp ræåüu metanol). 3. Taïc cháút coï thãø bë phán huyí hay bë âæa ra ngoaìi vuìng phaín æïng (vê duû bäúc håi). 4. Caïc haût taïc cháút ràõn hay xuïc taïc coï thãø chaíy ra, dênh våïi nhau (thiãu kãút) laìm cho bãö màût tiãúp xuïc giaím (vê duû to>900oC thç xaíy ra hiãûn tæåüng kãút khäúi quàûng S khi âiãöu chãú H2SO4 laìm giaím bãö màût phaín æïng vaì giaím âäü khuyãúch taïn oxy ⇒ u giaím). 5.Yãu cáöu chëu nhiãût âäü cuía váût liãûu phaíi cao (tæïc bãön àn moìn vaì chëu nhiãût). b/ Duìng xuïc taïc: Tàng nhiãût âäü coï nhiãöu haûn chãú nãn ngæåìi ta duìng xuïc taïc âãø tàng täúc âäü phaín æïng maì khäng coï nhæåüc âiãøm cuía viãûc tàng nhiãût âäü. Xuïc taïc laìm tàng maûnh k ⇒ u tàng maì khäng aính hæåíng âãún khuyãúch taïn, khäng thay âäøi cán bàòng (chè laìm choïng âaût cán bàòng), laûi coï taïc duûng choün loüc, chè laìm nhanh phnaí æïng mong muäún. Tuy nhiãn, xuïc taïc coï nhæîng haûn chãú vç coï thãø bë ngäü âäüc, coï thãø máút hoàûc giaím hoaût tênh åí nhiãût âäü cao. Cháút xuïc taïc thæåìng tham gia vaìo phaín æïng vaì chuyãøn phaín æïng tæì mäüt giai âoaûn thaình hai hoàûc nhiãöu giai âoaûn: Täøng quaït ta coï: A + B + xt = AB + xt A + xt → ⏐A...xt⏐→ Axt Luïc âáöu: Axt + B → ⏐B...Axt⏐ ⏐B...Axt⏐ → AB + xt
13 Cháút xuïc taïc coï khaí nàng laìm giaím nàng læåüng hoaût hoaï cuía phaín æïng. Âáy laì tênh cháút quan troüng cuía cháút xuïc taïc, noï taûo âiãöu kiãûn thuáûn låüi cho phaín æïng xaíy ra dãù daìng vaì nhanh choïng. E [A... B] ∆Eh [B... Axt] [A... xt] A+B AB A xt Caïc cháút xuïc taïc duìng trong cäng nghiãûp phaíi âaím baío âæåüc caïc yãu cáöu sau: + Cháút xuïc taïc coï tênh choün loüc, hoaût tênh cao, nàng suáút låïn. Al2O3 ( 350 0 C C2H5OH ⎯⎯ ⎯ ⎯ ) → C2H4 + H2O ⎯ Vê duû: C2H5OH ⎯⎯ ⎯⎯→ CH3CHO + H2 Cu ( 250 0 C ) + Læåüng cháút xuïc taïc cho vaìo beï hån ráút nhiãöu so våïi læåüng cháút tham gia phaín æïng vaì khäng bë biãún âäøi sau phaín æïng. + Cháút xuïc taïc chè coï khaí nàng thuïc âáøy phaín æïng mau âaût âãún traûng thaïi cán bàòng, nghéa laì chè laìm tàng täúc âäü phaín æïng chæï baín thán khäng thãø laìm cho phaín æïng xaíy ra âæåüc. Vê duû mäüt phaín æïng naìo âoï coï ∆G
14 E − k = k0e RT (khäng coï xuïc taïc) E xt − k xt = k 0 e RT (coï xuïc taïc) E − eît ∆E E − Eeît RT e ⇒ A= =e = e RT RT E − e RT Vê duû: 2SO2 + O2 2SO3 + Q o Nãúu khäng coï xuïc taïc åí 693 K coï E = 420000J/mol Duìng xuïc taïc V2O5 thç Ext = 268000J/mol cuîng åí 693oK ( 420000 − 268000 ) ⇒ A=e = e 26.4 = 3 × 1011 8.314×693 Nghéa laì täúc âäü tàng lãn 3×1011 láön. Trong cäng nghiãûp âãø âaím baío nàng suáút cao, cháút xuïc taïc phaíi coï bãö màût âån vë cao. Ngoaìi ra trong caïc thiãút bë thæûc hiãûn caïc phaín æïng xuïc taïc phaíi bäú trê sao cho cháút xuïc taïc tiãúp xuïc täút våïi caïc cháút phaín æïng. Cho âãún nay trong cäng nghiãûp hoaï cháút coï 3 kiãøu thiãút bë tiãúp xuïc: 1/ Loaûi coï cháút xuïc taïc cäú âënh: trong caïc thiãút bë naìy, cháút xuïc taïc laì nhæîng haût nhoí hoàûc læåïi âàût cäú âënh trong thiãút bë. Loaûi thiãút bë naìy coï nhæåüc âiãøm laì âënh kç phaíi luán phiãn quïa trçnh chuyãøn hoaï vaì taïi sinh xuïc taïc. Viãûc baío âaím chãú âäü nhiãût âãø låïp xuïc taïc hoaût âäüng täút cuîng khoï khàn, kãút cáúu thiãút bë cuîng phæïc taûp. Loaûi naìy êt âæåüc sæí duûng. 2/ Loaûi coï cháút xuïc taïc di âäüng: trong thiãút bë loaûi naìy caí quaï trçnh chuyãøn hoaï láùn taïi sinh âãöu liãn tuûc. Ngæåìi ta bäú trê mäüt hãû thäúng hai thiãút bë, mäüt thiãút bë chuyãøn hoaï vaì mäüt thiãút bë taïi sinh. Trong quaï trçnh laìm viãûc caïc giaï âæûng xuïc taïc di chuyãøn liãn tuûc doüc theo thiãút bë tiãúp xuïc sang thiãút bë taïi sinh räöi laûi tråí vãö thaình mäüt voìng kheïp kên. Nhæ váûy, âaím baío nàng suáút chuyãøn hoaï cao vaì chãú âäü laìm viãûc dãù daìng hån vaì kãút cáúu thiãút bë âån giaín. 3/ Loaûi thiãút bë táöng säi: trong thiãút bë naìy caïc haût xuïc taïc âæåüc caïc luäöng khê duy trç åí traûng thaïi lå læîng giäúng nhæ âang säi. ÅÍ traûng thaïi naìy cháút xuïc taïc tiãúp xuïc täút nháút våïi caïc cháút phaín æïng. Diãûn têch laìm viãûc cuía cháút xuïc taïc âæåüc sæí duûng täúi âa. Toaìn bäü viãûc âæa cháút xuïc taïc vaìo khu væûc phaín æïng, tæì khu væûc naìy ra khu væûc taïi sinh vaì tuáön hoaìn laûi theo chu kç kên âæåüc thæûc hiãûn mäüt caïch liãn tuûc bàòng caïch duìng khê hay khäng khê âãø thäøi. Hiãûn nay loaûi naìy laì æu viãût nháút. c/ Tàng cæåìng khuáúy träün: (khuáúy träün thay thãú khuyãúch taïn phán tæí bàòng khuyãúch taïn âäúi læu, nhåì âoï tàng hãû säú khuyãúch taïn) Biãûn phaïp naìy chè coï låüi khi quaï trçnh cäng nghãû xaíy ra åí miãön khuyãúch taïn. Nãúu khuyãúch träün maûnh âãún mäüt mæïc âäü khuyãúch taïn âuí låïn, luïc áúy täúc âäü phaín æïng quyãút âënh, luïc naìy quaï trçnh chuyãøn sang miãön âäüng hoüc vaì nãúu khuáúy träün maûnh hån næîa laûi coï haûi vç träün maûnh laìm giaím ∆C do âoï näöng âäü gáön näöng âäü cuäúi hån.
15 ∆C = (CA - CA*)(CB - CB*) CA gáön CA* vaì CB gáön CB* ⇒ ∆C giaím Taïc duûng cuía khuáúy träün: + Trong hãû âäöng thãø, khuáúy träün laìm âäöng âãöu näöng âäü vaì tàng säú láön va chaûm giæîa caïc phán tæí. + Trong hãû dë thãø, quaï trçnh xaíy ra åí bãö màût pha F. Khuáúy träün âæa nhanh caïc phán tæí chæa taïc duûng âãún bãö màût áúy âãø tiãúp xuïc nhau räöi âæa nhanh caïc saín pháøm ra khoíi bãö màût áúy. Ngoaìi ra khuáúy träün laìm phán taïn nhoí khê vaì loíng thaình gioüt hay bong boïng nhåì âoï tàng F. Nhæ váûy, trong 3 phæång phaïp tàng k, ngæåìi ta choün phæång phaïp naìo laìm nhanh giai âoaûn cháûm nháút cuía quaï trçnh. Nãúu quaï trçnh åí miãön âäüng hoüc thç tàng nhiãût âäü vaì xuïc taïc. Nãúu quaï trçnh åí miãön khuyãúch taïn thç tàng khuáúy träün vaì pháön naìo tàng nhiãût âäü. 3. Tàng bãö màût tiãúp xuïc pha F: Âáy laì biãûn phaïp aïp duûng cho caïc hãû dë thãø. Mäùi loaûi hãû coï mäùi biãûn phaïp giaíi quyãút thêch håüp vaì caïch tàng F quyãút âënh cáúu truïc cuía thiãút bë phaín æïng. Thæåìng thç ngæåìi ta tàng bãö màût pha nàûng hån (ràõn vaìo loíng) bàòng caïch phán taïn noï räöi taûo âiãöu kiãûn âãø pha nheû (khê vaìo loíng) tiãúp xuïc bao quanh. a/ Hãû khê-loíng: Coï 4 biãûn phaïp tàng bãö màût tiãúp xuïc trong cäng nghiãûp: + Tæåïi cháút loíng lãn váût âãûm, cháút loíng chaíy thaình maìng moíng trãn bãö màût âãûm (thaïp, cäüt). F = täøng bãö màût âãûm. + Phun cháút loíng thaình buûi, cháút loíng tiãúp xuïc våïi pha khê dæåïi daûng caïc gioüt loíng (thiãút bë thaïp, hay phoìng phun tæåïi). F = täøng bãö màût caïc gioüt. Cæåìng âäü laìm viãûc cuía noï hån loaûi trãn nhæng khoï phun gioüt âãöu nãn khäng äøn âënh, êt duìng hån. + Cho cháút khê suûc qua khäúi cháút loíng (cäüt, thaïp coï ngàn, læåïi, âéa). F = täøng bãö màût caïc bong boïng. Cæåìng âäü laìm viãûc låïn hån thaïp âãûm nhung sæïc caín thuyí læûc låïn nãn êt duìng. + Chuyãøn khäúi boüt, khê âæa tæì dæåïi lãn vaìo khäúi loíng qua læåïi coï màõt ráút nhoí âãø phán taïn vaì våïi täúc âäü âuí låïn âãø læûc ma saït giæîa khê vaì loíng cán bàòng våïi troüng læåüng loíng, nhåì âoï taûo thaình låïp boüt nhæ säi. So våïi 3 loaûi trãn loaûi naìy coï F låïn nháút. b/ Hãû khê-ràõn vaì loíng-ràõn: Âãø tàng diãûn têch tiãúp xuïc âäúi våïi nhæîng quaï trçnh coï cháút ràõn tham gia, ngæåìi ta taïn nhoí ràõn vaì laìm cho ràõn xäúp (tàng bãö màût trong cuía läø) vaì taûo âiãöu kiãûn khê vaì loíng tiãúp xuïc våïi bãö màût trong vaì ngoaìi. Ngæåìi ta chia laìm 4 biãûn phaïp: + Duìng caïnh gaût âaío caïc haût ràõn chuyãøn âäüng trãn caïc ngàn. Caïc haût ràõn råi tæì ngàn trãn xuäúng ngàn dæåïi qua caïc läø cuía ngàn. Khê hay loíng cuîng âi tæì ngàn naìy qua ngàn khaïc, qua caïc läø naìy vaì qua caïc haût ràõn trãn ngàn. Fq = bãö màût caïc ngàn.
16 Loaûi thiãút bë naìy phæïc taûp, hiãûu quaí khäng cao, nãn êt duìng. + Duìng voìi phun ràõn âaî nghiãön mën vaìo doìng khê hay loíng chaíy maûnh. F = täøng bãö màût haût ràõn. Våïi hãû loíng-ràõn thç duìng caïnh khuáúy âãø phán bäú âãöu ràõn trong loíng. + Thäøi khê hoàûc loíng qua læåïi trãn âoï phuí låïp haût ràõn. Sæïc caín thuyí læûc cuía låïp ràõn naìy tàng nhanh nãúu âäü mën cuía noï caìng cao. Do âoï, khäng âæåüc nghiãön nhoíhaût ràõn. + Khuáúy åí låïp lå læîng (táöng säi, giaí loíng), cho doìng khê (hay loíng) qua låïp ràõn taïn mën, våïi täúc âäü âuí låïn âãø læûc ma saït giæîa doìng khê (loíng) vaì haût ràõn cán bàòng våïi troüng læåüng haût ràõn. Nhæ váûy, haût ràõn lå læîng nhaíy lãn, råi xuäúng nhæng khäng bë keïo theo. Phæång phaïp naìy hay duìng cho hãû K-R, hãû L-R êt duìng vç täúc âäü táöng säi cuía loíng tháúp (vaìi mm/sec) c/ Hãû loíng-loíng: (hai loíng khäng tan vaìo nhau) Phæång phaïp täút nháút laì khuáúy âãø tàng tiãúp xuïc. Ngoaìi ra, coìn duìng phæång phaïp cho cháút loíng nheû chaíy ngæåüc tæì dæåïi ngæåüc våïi cháút loíng nàûng âãø taûo thaình hãû nhuî tæång. Trong hãû naìy cháút loíng naìo coï sæïc càng bãö màût låïn seî phán bäú thaình gioüt trong cháút kia. d/ Hãû ràõn-ràn: Khuáúy träün bàòng khê neïn, cå khê hay thuìng quay.