NỘI DUNG MÔN HỌC
Mở đầu: Các quy luật cơ bản của Công nghệ hóa học
Phần 1: Kỹ thuật vô cơ
Kỹ thuật sản xuất các loại axit:
Kỹ thuật sản xuất bazơ: NaOH
Kỹ thuật sản xuất muối khoáng và phân hóa học
Công nghệ Silicat
Phần 2: Kỹ thuật hữu cơ
Tổng hợp một số hợp chất hữu cơ cơ bản
Hóa học nhiên liệu
Than và các phương pháp chế hóa than
43342
POHHCl,,HNO,SOH
PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN CNHH
1. Nâng cao cường độ và hiệu suất làm việc của thiết bị
2. Cơ khí hóa các quá trình nặng nhọc
3. Tự động hóa
4. Thay thế các quá trình gián đoạn bằng quá trình liên tục
5. Sử dụng nguyên liệu rẻ tiền, phức hợp
Các nguyên tắc cơ bản
Tăng tốc độ phản ứng hóa học;
Thực hiện các quá trình liên tục tuần hòa kín;
Liên hiệp giữa các xí nghiệp và nhà máy;
Nâng cao cường độ và hiệu suất làm việc của thiết bị;
Cơ khí hóa và tự động hóa quá trình sản xuất;
Sử dụng các nguyên liệu rẻ tiền và phức hợp. Tiết kiệm năng
lượng;
Tận dụng các phế thải công nghiệp (chống ô nhiễm môi
trường).
Các quy luật cơ bản của CNHH

I. Khái niệm về quá trình Công nghệ hóa học
II. Một số định nghĩa cơ bản
III. Quá trình xúc tác
1. Định nghĩa
2. Phân loại
3. Các đặc tính của chất xúc tác
4. Cơ chế của xúc tác
5. Chất ngộ độc xúc tác, chất kích thích xúc tác
IV. Cân bằng trong quá trình hóa học
I. Khái niệm về quá trình Công nghệ hóa học
Một quá trình hóa học gồm có 3 giai đoạn:
+ Đưa tác nhân vào vùng phản ứng
+ Phản ứng hóa học
+ Dẫn sản phẩm ra khỏi vùng phản ứng
1. Năng suất P
Năng suất (thiết bị, phân xưởng, nhà máy) là lượng sản
phẩm tạo ra hay lượng nguyên liệu chế biến trong
một đơn vị thời gian.
Với : G - Trọng lượng (T,kg)
V
s
- Thể tích sản phẩm (nguyên liệu) ( )
- Thời gian (ng,h)
τ
ττ
s
VG
P ==
/hm/ng,mkg/h,T/ng,
33

3
m
2. Công suất Q => năng suất tối đa có thể đạt được
3. Cường độ làm việc I
Cường độ làm việc của thiết bị là năng suất của thiết bị
tính theo một đại lượng đặc trưng (thể tích, diện tích bề
mặt…)

[ ]
.h/mm,T/h.m
.
233
τνν
GP
I ==
4. Tiêu phí
Tiêu phí nguyên liệu, nước, năng lượng…cho đơn vị sản
phẩm
T
nguyên liệu
/T
sản phẩm
; m
3
nước
/T; Kwh/m
3
…
5. Độ chuyển hóa
Độ chuyển hóa của nguyên liệu A là tỉ lệ A đã chuyển hóa

so với ban đầu

G
0
– lượng nguyên liệu ban đầu
G – lượng nguyên liệu còn lại (chưa phản ứng)
%100.
0
0
G
GG
X
−
=
6. Hiệu suất sản phẩm
=> tỉ lệ lượng sản phẩm thực tế thu được G
s
trên lượng
tối đa thu được G
smax
nếu chuyển hóa hoàn toàn.


max,S
S
s
G
G
=
φ

III. Quá trình xúc tác
1. Định nghĩa
Chất xúc tác có tác dụng làm thay đổi tốc độ của phản
ứng hoặc (tăng, giảm) kích động các chất tham gia
phản ứng mà không làm thay đổi tính chất hóa học và
không tham gia vào thành phần sản phẩm phản ứng.
VD: Khi đun nóng chảy KClO
3
bị phân hủy chậm theo
phản ứng sau:
2 KClO
3
= 2KCl + 3O
2

=> Nếu cho thêm một ít bột MnO
2
thì phản ứng xảy ra
rất nhanh. Lượng MnO
2
thêm vào và tính chất MnO
2

sau phản ứng không biến đổi.
=> MnO
2
được gọi là chất xúc tác.
2. Phân loại
a/ Xúc tác đồng thể
Sự oxy hóa khí CO  CO

2
khi có mặt một lượng
nhỏ hơi nước thì phản ứng tăng mạnh.
b/ Xúc tác dị thể
Sản xuất axit sunfuric, xúc tác V2O5
c/ Xúc tác men (enzym)
Phản ứng lên men thành rượu etylic và phản ứng
lên men đường thành axít lactic
Hệ đồng thể: hệ mà các thuộc tính của nó hoặc không
đổi, hoặc thay đổi liên tục từ điểm này qua điểm kia,
hoàn toàn không có bề mặt phân chia trong hệ.
Ví dụ: Hỗn hợp khí bất kì, hỗn hợp không khí
Hệ dị thể: có bề mặt phân chia trong hệ (là bề mặt vật
lí).
Ví dụ: nước và nước đá;
than và lưu huỳnh trong không khí.
Chú ý:
* Chất xúc tác chỉ có thể làm thay đổi tốc độ của phản
ứng hóa học khi mà phản ứng có thể xảy ra về
phương diện nhiệt động hóa học (G<0). Chất xúc
tác không thể làm cho phản ứng có G>0 xảy ra.
VD: C(gr) + CO
2
(k) = CO(k) G
pư
>0
VD: 2H
2
(k) + O
2

(k) = 2H
2
O(l) G
pư
= -113,4 kCal < 0
xúc tác bột Pt
Chất xúc tác làm tăng vận tốc phản ứng=> chất xúc tác
thuận (dương)
Chất xúc tác làm giảm vận tốc phản ứng=> chất xúc tác
nghịch (âm)
Ví dụ: 2H
2
(k) + O
2
(k) 2H
2
O(l)
2Na
2
SO
3
+ O
2
2Na
2
SO
4
: đường và rượu là chất xúc
tác âm của phản ứng
3. Các đặc tính của chất xúc tác

Tính chọn lọc
Ví dụ: Khi đun nóng ethanol xảy ra 2 phản ứng song
song:
C
2
H
5
OH  CH
3
CHO + H
2
G<0 (80%)
C
2
H
5
OH  CH
2
=CH
2
+ H
2
O G<0 (20%)
Chất xúc tác có khả năng xúc tác cho phản ứng
thuận thì cũng có khả năng xúc tác cho phản ứng
nghịch
=> phản ứng chóng đạt được trạng thái cân bằng.
=> Chất xúc tác không làm chuyển dịch cân bằng hóa
học, chỉ làm tăng tốc độ phản ứng thuận & nghịch với
số lần bằng nhau.

4. Cơ chế của xúc tác
A/ Xúc tác đồng thể
Cơ chế của xúc tác đồng thể thường được giải thích
bằng hợp chất trung gian
B/ Xúc tác dị thể
Phản ứng xúc tác dị thể được giải thích bằng thuyết hấp
thụ
A/ Xúc tác đồng thể
Cơ chế của xúc tác đồng thể thường được giải thích bằng hợp
chất trung gian
A + B  AB
Khi có mặt xúc tác X, phản ứng xảy ra rất nhanh
Đầu tiên A (hoặc B) tác dụng với chất xúc tác X tạo ra
hợp chất trung gian AX
AX tác dụng với B tạo phức chất hoạt động (AB)*X
Sự phân hủy phức chất hoạt động  tạo sản phẩm
A + X  AX : hợp chất trung gian
AX + B  (AB)*X : phức chất hoạt động
(AB)*X  AB + X : sản phẩm AB và xúc tác X
* Hoạt độ A  tỉ lệ của mức độ tác dụng nhanh của xúc
tác trên tốc độ thường của phản ứng.
k
0
: thừa số trước số mũ hay thừa số tần số; k
0
không
thay đổi khi có mặt chất xúc tác
E: sự giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng xúc
tác so với phản ứng không xúc tác.
RTE

ekk
/
0
.
−
=
RTE
RTE
RTE
xt
e
e
e
k
k
A
xt
/
/
/
∆
−
−
===
B/ Xúc tác dị thể
Phản ứng xúc tác dị thể được giải thích bằng thuyết hấp phụ
Giống như quá trình xúc tác đồng thể, quá trình phản
ứng được tăng nhanh nhờ tác dụng hóa học trung gian
giữa chất xúc tác và tác nhân phản ứng.
Các hợp chất trung gian xuất hiện trên bề mặt chất

xúc tác và không tạo thành những pha riêng biệt, không
thể dùng phương pháp phân tích hóa học để xác định
đúng. Năng lượng liên kết trong các hợp chất bề mặt nhỏ
hơn trong các phần tử thể tích nên những hợp chất này
không thể bền vững.
5. Chất ngộ độc xúc tác, chất kích thích xúc tác
A/ Chất ngộ độc xúc tác
Ví dụ: khi tổng hợp NH
3
nếu hỗn hợp khí ban đầu (N
2

và H
2
) có lẫn O
2
, hơi H
2
O, oxyt cacbon CO ngay với 1
lượng rất nhỏ cũng làm giảm mạnh tính hoạt động
của chất xúc tác.
B/ Chất kích thích xúc tác
Ví dụ: Fe nguyên chất điều chế bằng cách khử oxyt sắt
có tính hoạt động cao, nhưng không làm xúc tác tổng
hợp NH
3
được vì ở 550
0
C, 300 atm, chỉ sau vài giờ là
Fe mất tính hoạt động

=> Khi điều chế NH
3
cho thêm 1 ít bột Al
2
O
3
thì thời gian
hoạt động của Fe có thể tăng đáng kể (hàng năm)
IV. Cân bằng trong quá trình hóa học
1.Các định nghĩa
2. Hằng số cân bằng K.
3. Sự chuyển dịch cân bằng.
4. Động lực của quá trình C,P.
5. Các phương pháp tăng tốc độ của quá trình
* Phản ứng 1 chiều
Ví dụ: 2N
2
O
(k)
 2N
2(k)
+ O
2(k)

* Phản ứng thuận nghịch: phản ứng xảy ra theo 2 chiều
trái ngược nhau trong cùng một điều kiện.
Ví dụ: N
2
O
4(k)

2NO
2(k)
* Cân bằng hóa học: Trạng thái cân bằng hóa học là trạng
thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc độ của phản ứng
thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch.
Ví dụ: phản ứng thuận nghịch
Fe
3
O
4(r)
+ 4H
2(k)
3Fe
(r)
+ 4H
2
O
(k)
CH
3
COOH
(l)
+ C
2
H
5
OH
(l)
CH
3

COOC
2
H
5(l)
+ 4H
2
O
(l)
↔
↔
↔
2. Hằng số cân bằng K
Xét phản ứng:
aA + bB  dD+ Q

tốc độ phản ứng thuận:

tốc độ phản ứng nghịch:
k
1
, k
2
– hằng số tốc độ của phản ứng thuận và nghịch
[A], [B], [C] – nồng độ mol của các chất tham gia phản ứng và sản phẩm
tại thời điểm xét
Hằng số cân bằng K: tỉ số hằng số tốc độ phản ứng thuận trên hằng số
tốc độ phản ứng nghịch khi cân bằng

[A*], [B*], [C*] – nồng độ mol của các
chất tham gia phản ứng và sản phẩm tại

thời điểm cân bằng.
[ ] [ ]
ba
BAkU
11
=
→
[ ]
d
DkU .
2
2
=
→
[ ]
[ ] [ ]
ba
d
BA
D
k
k
K
UU
**
*
2
1
21
.

==
=
→→