chương 2 động học các phản ứng dị thể
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (199.96 KB, 18 trang )
HOÁ LÝ 2
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA TRẦN MINH HẢI
CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA
CHƯƠNG 2 : ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG DỊ THỂ
Phản ứng dị thể là phản ứng mà trong đó chất phản
ứng là 2 pha khác nhau. Và phản ứng xảy ra trên bề
mặt phân chia 2 pha.
HOÁ LÝ 2
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA TRẦN MINH HẢI
CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA
Hiện nay trong kỹ thuật cũng như trong phòng thí
nghiệm người ta thường gặp chất phản ứng là chất
khí và chất xúc tác là rắn.
Ví dụ : Phản ứng điều chế Vinyl clorua
HOÁ LÝ 2
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA TRẦN MINH HẢI
CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA
Tại sao chuyển phản ứng từ đồng thể sang dị thể ?
- Quá trình dị thể tiến hành phản ứng liên tục,
năng suất thiết bị cao, dễ dàng tự động hóa
- Quá trình dị thể dễ thu hồi xúc tác hơn nhiều so
với quá trình đồng thể
- Vận tốc quá trình dị thể nhanh hơn.
HOÁ LÝ 2
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA TRẦN MINH HẢI
CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA
2.1 Phân chia các giai đoạn phản ứng
Bởi vì quá trình dị thể là quá trình phản ứng ở các
pha khác nhau nên phức tạp và phải xét đến nhiều
vận tốc khác nhau (vận tốc phản ứng chính, vận tốc
khuếch tán trong, ngoài ). Để xét quá trình được
đơn giản ta phân chia ra các giai đoạn khác nhau:
- Chia làm 3 giai đoạn
- Chia làm 5 giai đoạn
- Chia làm 7 giai đoạn
HOÁ LÝ 2
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA TRẦN MINH HẢI
CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA
* Chia thành 3 giai đoạn :
- Giai đoạn I : Chất phản ứng khuếch tán đến bề
mặt phản ứng
- Giai đoạn II : Hấp phụ lý học và hóa học
- Giai đoạn III : Khuếch tán thành phẩm ra môi
trường
HOÁ LÝ 2
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA TRẦN MINH HẢI
CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA
* Chia thành 5 giai đoạn :
- Giai đoạn I : Chất phản ứng khuếch tán đến bề
mặt phản ứng
- Giai đoạn II : Hấp phụ lý học trên bề mặt xúc tác
- Giai đoạn V : Khuếch tán thành phẩm ra môi
trường
- Giai đoạn IV : Nhả hấp phụ sản phẩm
- Giai đoạn III : Phản ứng xảy ra
HOÁ LÝ 2
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA TRẦN MINH HẢI
CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA
* Chia thành 7 giai đoạn :
- Giai đoạn I : Khuếch tán cơ chất ngoài mao quản
- Giai đoạn II : Khuếch tán cơ chất trong mao quản
- Giai đoạn III : Hấp phụ lên xúc tác
- Giai đoạn IV : Phản ứng xảy ra
- Giai đoạn V : Nhả hấp phụ sản phẩm
- Giai đoạn VI : Khuếch tán sản phẩm Trong mao quản
- Giai đoạn VII : Khuếch tán sản phẩm ngoài mao quản
HOÁ LÝ 2
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA TRẦN MINH HẢI
CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA
2.1.1 Định luật Fick I
Khuếch tán là quá trình truyền chất trong không
gian dẫn đến san bằng nồng độ trong toàn hệ
Vận tốc khuếch tán V
KT
được định nghĩa là một
lượng chất truyền qua 1 đơn vị tiết diện trong một
đơn vị thời gian :
.
KT
dn
V
S dt
=
dn : Lượng chất khuếch tán
dt : thời gian khuếch tán
S : tiết diện khuếch tán (vuông góc với hướng
khuếch tán
HOÁ LÝ 2
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA TRẦN MINH HẢI
CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA
2.1.2 Định luật Fick II
HOÁ LÝ 2
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA TRẦN MINH HẢI
CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA
2.2 Động học một số phản ứng dị thể thường gặp
Quá trình xảy ra gồm :
2.2.1 Động học các phản ứng bề mặt
+ Quá trình khuếch tán : => V
Kt
+ Quá trình phản ứng trên bề mặt phân cách=>
V
Pubm
-
Gọi nồng độ chất A : - Ban đầu : C
1
- Trên bề mặt phân cách : C
2
-
Các trường hợp xảy ra như sau :
HOÁ LÝ 2
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA TRẦN MINH HẢI
CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA
* Trường hợp I : V
KT
<<V
pubm
Ta có :
1 2
( )
pu KT kt
V V k C C= = −
Vì V
pubm
lớn nên khi chất phản ứng chuyển đến bề
mặt rắn thì sẽ bị phản ứng hoàn toàn. C
2
-> 0
1pu kt
V k C=
HOÁ LÝ 2
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA TRẦN MINH HẢI
CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA
* Trường hợp II : V
KT
gần bằng V
pubm
Ta có :
1 2
( )
KT kt
V k C C= −
2 1
kt
kt pubm
k
C C
k k
=
+
2
.
pubm pubm
V k C=
Suy ra :
Vậy :
2 1
. . .
kt
pu KT pubm pubm pubm
kt pubm
k
V V V k C k C
k k
= = = =
+
1
.
pu pu
V k C=
.
kt
pu pubm
kt pubm
k
k k
k k
=
+
Với
Nên :
HOÁ LÝ 2
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA TRẦN MINH HẢI
CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA
* Trường hợp III : V
KT
>> V
pubm
Ta có :
2
.
pu pubm pubm
V V k C= =
Vì V
KT
Rất lớn nên ở bề mặt rắn nồng độ C
2
= const
Nên V
pu
= k= const
Phản ứng là bậc 0. Tốc độ của phản ứng luôn là một
đại lượng không đổi theo thời gian.
HOÁ LÝ 2
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA TRẦN MINH HẢI
CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA
2.2 Động học một số phản ứng dị thể thường gặp
2.2.1 Động học các phản ứng bề mặt
2.2.2 Động học các phản ứng xúc tác
* Trường hợp 1 : xúc tác bề mặt khí – rắn
Dạng sơ đồ : A
Khí
SP
Xúc tác
rắn
- Quá trình hấp phụ :
.
. 1
A A
A
A A
b P
b P
θ
=
+
Với : θ
A
: Phần lớp bề mặt hấp phụ bởi chất A
P
A
: Áp suất của chất A trong pha khí
b
A
: hằng số hấp phụ của chất A
HOÁ LÝ 2
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA TRẦN MINH HẢI
CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA
- Tốc độ của quá trình
.
. .
. 1
A A
pu pu A pu
A A
b P
v k k
b P
θ
= =
+
+ Nếu b
A
.P
A
<<1 thì ta có :
.
. .
1
A A
pu pu A pu
b P
v k k
θ
= =
+ Nếu b
A
.P
A
>>1 thì ta có :
.
pu pu A pu
v k k
θ
= =
=> Dạng phản ứng bậc 1
=> Dạng phản ứng bậc 0
HOÁ LÝ 2
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA TRẦN MINH HẢI
CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA
2.2.2 Động học các phản ứng xúc tác
* Trường hợp 1 : xúc tác bề mặt khí – rắn
Dạng sơ đồ : A
lỏng
SP
Xúc tác
rắn
- Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ :
1/
.
n
A
A A
x
a K C
m
= =
* Trường hợp 2 : xúc tác bề mặt lỏng – rắn
HOÁ LÝ 2
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA TRẦN MINH HẢI
CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA
Với a
A
: là nồng độ bề mặt của chất A bị hấp phụ
bởi 1 đơn vị khối lượng chất xúc tác
x
A
: lượng chất tan A bị hấp phụ
m : Khối lượng xúc tác
C
A
: nồng độ cân bằng của chất tan A trong
dung dịch
K,n : hằng số Freundlick
HOÁ LÝ 2
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA TRẦN MINH HẢI
CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA
- Tốc độ của quá trình xúc tác :
1/
. .
n
A
v k K C
=
=> Động học bậc phân số
