Bài Giảng Hóa Kỹ Thuật - Trần Thị Ngọc Bích

Đối tượng của hoá học công nghiệp Sản phẩm của công nghệ hoá học đóng vai trò rất quan trọng trong sự phát triển của một quốc gia. Từ những sản phẩm sử dụng trong sinh hoạt đến các sản phẩm công nghệ cao đều được sản xuất từ những nhà máy hoá học. Quá trình sản xuất hoá học ở qui mô công nghiệp phụ thuộc rất nhiều yếu tố. Ngoài việc nghiên cứu động học các chuyển hoá hoá học cơ bản để chọn lựa cấu tạo thiết bị, xác định các tính chất như độ bền hoá,...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài Giảng Hóa Kỹ Thuật - Trần Thị Ngọc Bích ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HOÁ ****** BÀI GIẢNG MÔN: HÓA KỸ THUẬT TRẦN THỊ NGỌC BÍCH 1 Chương I: NGUYÊN TẮC CỦA NỀN SẢN XUẤT HÓA HỌC Mở đầu: Đối tượng của hoá học công nghiệp Sản phẩm của công nghệ hoá học đóng vai trò rất quan trọng trong sự phát triển của một quốc gia. Từ những sản phẩm sử dụng trong sinh hoạt đến các sản phẩm công n ghệ cao đều đ ược sản xuất từ những nh à máy hoá học. Quá trình sản xuất hoá học ở qui mô công nghiệp phụ thuộc rất nhiều yếu tố. Ngoài việc nghiên cứu động học các chuyển hoá hoá học cơ bản để chọn lựa cấu tạo thiết b ị, xác định các tính chất như độ bền hoá, bền nhiệt, bền cơ học của thiết bị, nó còn giúp lựa chọn nguyên liệu và tổ chức lực lượng lao động phù hợp. Tổ chức một quá trình sản xuất phải tính đến yếu tố kinh tế, tính kinh tế phụ thuộc - Ch ất lượng và giá thành của nguyên liệu, - Năng lượng tiêu tốn cho một đơn vị sản phẩm - Trình độ cơ khí hoá, tự động hoá quá trình sản xuất. Một cách tổng quát nhiệm vụ chủ yếu của công nghiệp hoá học là: - Từ nguyên liệu đầu điều chế, tổng hợp thành các chất có giá trị khác nhau - Nghiên cứu quá trình sản xuất hoàn ch ỉnh để đạt hiệu quả tốt nhất m à không gây ô nhiễm môi trường. Không ngừng cải tiến thiết bị để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của sản phẩm. - Xác đ ịnh các chế độ kỹ thuật để tăng năng suất, chất lượng sản ph ẩm ổn định. - Xác đ ịnh hiệu quả kinh tế và giải quyết hàng loạt các vấn đề kinh tế, kỹ thuật. Những chỉ tiêu quan trọng đặc trưng cho hiệu quả kinh tế của một quá trình CN hoá học: - Tiêu hao nguyên liệu, nhiên liệu cho một đơn vị sản phẩm thấp nhất. - Hiệu suất và chất lư ợng sản phẩm cao nhất. - Giá thành hạ. Phương hướng hiện nay của ngành hoá học thế giới: giải quyết, p/ triển các mối liên quan: - Đạt tối đa năng suất với một thiết bị sản xuất. - Cơ khí hoá các quá trình lao động. - Tự động hoá và đ iều khiển từ xa, thay các quá trình gián đoàn thành quá trình liên tục - Sử dụng tổng hợp nguyên liệu. - Liên hiệp các xí nghiệp sản xuất hoá học liên quan Để đáp ứng các nhu cầu đặt ra ở trên, thực tế sản xuất hoá học phải tuân theo một số các nguyên tắc cơ bản sau 1 .1. TĂNG TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HÓA HỌC Sản xuất hóa học là làm biến đổi thành phần hóa học của nguyên liệu để tạo ra các sản phẩm nhờ các phản ứng hóa học. Vì vậy, tốc độ của quá trình sản xuất phụ thuộc vào tốc độ của các phản ứng hóa học. Tăng tốc độ của các phản ứng hóa học  tác động đ ến giá thành sản phẩm. Giả sử trong một hệ xảy ra phản ứng hóa học giữa hai chất A và B ta có phương trình: m A + nB = qD Phương trình tổng quát biểu thị tốc độ phản ứng: v = C d dt Đó là sự biến thiên nồng độ của các chất tham gia phản ứng/đơn vị thời gian. - Với phản ứng một chiều diễn ra trong hệ đồng thể: 2 V = k. C am . C bn - Nồng độ chất A Ca - Nồng độ chất B Cb - Hằng số tốc độ phản ứng k m , n - Hệ số tỉ lượng của các chất tương ứng - Với phản ứng thuận nghịch và diễn ra trong hệ đồng thể: V = V1 - V2 = k1 C am . C bn - k2 C dq - Nếu phản ứng hóa học xảy ra trong hệ dị thể (giữa khí - lỏng, khí - rắn, lỏng - rắn) thì n goài yếu tố nồng độ, tốc độ phản ứng còn phụ thuộc vào diện tiếp xúc của các pha.  C - Các yếu tố nồng độ V = k.  C.F F - Diện tích tiếp xúc Ngoài các yêu tố trên trong phương trình tốc độ còn có các yếu tố khác như chiều chuyển động của các chất tham gia phản ứng trong thiết bị (ngược chiều, cùng chiều...).  Để tăng tốc độ của phản ứng ta phải tăng hệ số tốc độ k. Hệ số n ày phụ thuộc vào nhiệt độ và chất xúc tác của phản ứng. k = k0.e- RT E E - Năng lượng hoạt động hóa học của phản ứng T - Nhiệt độ tuyệt đối R - Hằng số khí Khi dùng xúc tác thì năng lượng hoạt động hóa học của phản ứng (E) sẽ giảm do đó làm tăng hệ số tốc độ của phản ứng (k). Nhiệt độ tăng cũng làm tăng hệ số tốc độ phản ứng. 1 .1.1. Tăng nồng độ các chất tham gia phản ứng * Các nguyên liệu ban đầu cần phải làm giàu, tức là lo ại bỏ bớt tạp chất. * Khuếch tán sản phẩm ra khỏi vùng ph ản ứng Làm giảm tốc độ phản ứng nghịch, hoặc hạ thấp nồng độ cân bằng để tăng chênh lệch giữa nồng độ thực và nồng độ cân bằng. Các phương pháp thường được dùng như sau: - Sản phẩm ở thể khí: Dùng phương pháp ngưng tụ hấp thụ s/phẩm ra khỏi vùng p/ ứng. - Sản phẩm ở thể lỏng: Tuỳ theo tính chất của sản phẩm m à có thể thực hiện tách sản phẩm bằng phương pháp kết tinh, cho bay hơi hoặc hấp thụ vào ch ất rắn. - Sản phẩm ở thể rắn: Tháo sản phẩm ra liên tục để tăng nồng độ các cấu tử ban đầu 1 .1.2. Sử dụng xúc tác thích hợp Dùng xúc tác làm giảm năng lượng hoạt hóa E n ên tăng hằng số tốc độ k vì vậy làm tăng vận tốc phản ứng. Trong thực tế, hầu hết các quá trình sản xuất hóa học đều sử dụng các chất xúc tác để làm tăng tốc độ. Rất nhiều quá trình n ếu thiếu chất xúc tác, trong điều kiện b ình thường phản ứng hóa học xảy ra rất chậm, thậm chí hầu như không xảy ra, nh ưng khi có mặt xúc tác thích hợp, ở nhiệt độ thích hợ ...