1. 4
CHƯƠNG I
NH NG ð NH LU T CƠ B N C A CÔNG NGH HOÁ H C
I. M t s khái ni m và ñ nh nghĩa:
1. Năng su t: Năng su t thi t b , phân xư ng hay nhà máy, ... là s lư ng s n
ph m t o ra (hay nguyên li u ch bi n) trên m t ñơn v th i gian.
N u G là tr ng lư ng, Vs là th tích (s n ph m hay nguyên li u), τ là th i gian thì
năng su t P b ng :
G
Vs
P=
hay P =
τ
3
τ
P có th tính b ng T/s, kg/h, m /s, ...
2. Công su t: Q là năng su t t i ña có th ñ t ñư c cư ng ñ làm vi c I c a thi t
b là năng su t c a thi t b tính cho ñơn v c a m t ñ i lư ng ñ c trưng (th tích, di n
tích, kích thư c, ...).
Ví d n u V là th tích c a thi t b thì có th bi u di n cư ng ñ b ng:
P
G
I= =
V τ ×V
3
I có th tính b ng T/h.m , m3/h.m2 (theo di n tích c a thi t b ).
3. Tiêu phí: Nguyên li u, nư c, năng lư ng, ... là lư ng nguyên li u, nư c, năng
lư ng, ... tiêu hao ñ t o ra ñơn v s n ph m.
Ví d Tnguyên li u/Ts n ph m; m3 nư c/T; kwh/m3
4. ð chuy n hoá: ð chuy n hoá nguyên li u A (tác ch t) là t l gi a lư ng tác
ch t A ñã chuy n hoá và lư ng ban ñ u. th i ñi m τ, V là th tích c a h th ng tác
d ng, GA là tr ng lư ng ch t A, CA là n ng ñ c a ch t A và XA là ñ chuy n hoá c a
ch t A.
- th i ñi m ban ñ u τo = 0, các ñ i lư ng trên có tr s tương ng Vo, GAo, CAo
và XAo.
- th i ñi m τ1 ch t A ñã chuy n hoá hoàn toàn thì các tr s tương ng là V1,
GA1, CA1 và XA1= 1.
N u có nhi u tác ch t A, B, C, ... thì m i ch t có ñ chuy n hoá c a mình XA, XB,
XC, ...
Theo ñ nh nghĩa th i ñi m τ, ñ chuy n hoá là:
G − GA
G −G
X A = Ao
hay X = o
(1)
G Ao
Go
Go − G
N u tính theo ph n trăm thì X % = 100 ×
Go
T (1) ta có:
G = Go (1 − X )
(2)
Chia 2 v cho Vo ta có:
Vì
G Go
=
(1 − X )
Vo Vo
Go
G
= Co ⇒
= C o (1 − X )
Vo
Vo

2. 5
- N u h th ng là ch t l ng hay dung d ch (th tích V thay ñ i không ñáng k ),
hay là khí mà t ng th tích không thay ñ i trong quá trình chuy n hoá thì:
G
G
(3)
= = C và C = C o (1 − X )
Vo V
- N u trong chuy n hoá th tích thay ñ i và V = γVo thì:
G
G
G
=
= o (1 − X )
V γVo γVo
C
hay
C = o (1 − X )
(4)
γ
Nhưng γ bi n ñ i theo th i gian τ nên dùng không ti n. Ngư i ta dùng khái ni m
ñ thay ñ i tương ñ i β c a th tích h khi chuy n hoá ñã hoàn toàn (X=1):
V − Vo V1
β= 1
=
−1
Vo
Vo
⇒
V1 = Vo (1 + β )
Ví d trong quá trình:
2H2 + O2 = 2H2O
2
1
Ta có:
β = −1 = −
3
3
5. Hi u su t s n ph m: Hi u suát s n ph m thu ñư c φs là t l gi a lư ng s n
ph m th c t thu ñư c Gs và lư ng t i ña thu ñư c Gmax (n u chuy n hoá hoàn toàn):
G
φ s = s (%)
Gmax
cũng có th bi u di n φs qua lư ng tác ch t (nguyên li u)
G − GA
φ s = Ao
G Ao
Như v y φs= XA: hi u su t s n ph m b ng ñ chuy n hoá c a nguyên li u.
N u ph n ng thu n ngh ch thì φs không th nào ñ t ñ n φmax ñư c mà cao nh t là
lúc ñ t cân b ng φ*s và lúc ñó:
G s*
φ s max =
= X*
A
G s max
φs là hi u su t cân b ng hay hi u su t lý thuy t. ðôi khi s d ng khái ni m hi u
su t so v i lý thuy t:
G
ϕ s = s*
Gs
φ
Gs
G
X
ϕs =
× s max = s = A
*
G s max
Gs
φ s max X *
A
6. T c ñ quá trình: T c ñ c a quá trình bi u di n qua lư ng s n ph m chính S
thu ñư c hay lư ng nguyên li u chính A tiêu hao trong m t ñơn v th i gian.
dG s
dG A
u=
hay u = −
dτ
dτ
Cũng có th bi u di n qua các ñ i lư ng y nhưng trong ñơn v th tích

3. 6
u=
1 dGs
1 dG A
hay u = −
V dτ
V dτ
N u th tích c a h th ng không ñ i có th bi u di n qua n ng ñ vì
G
=C
V
dC s
dC
hay u = − A
dτ
dτ
7. Chi phí cơ b n cho ñơn v công su t:
N u K là chi phí cơ b n cho c thi t b (hay phân xư ng), ví d tính b ng ñ ng và
Q là công su t c a thi t b tính b ng T/năm thì chi phí cơ b n cho ñơn v công su t là:
K
R=
Q
* N u công su t thay ñ i, th c t cho th y:
R = aQ-0.4
a: là h s ph thu c vào tính ch t c a s n xu t
N u so sánh 2 h th ng v i công su t Q1 và Q2 v i Q2 = 2Q1 thì:
R2 aQ2−0.4
2Q
=
= ( 1 ) −0.4 = 0.76 ⇒ R2 = 0.76R1
− 0.4
R1 aQ1
Q1
Nghĩa là công su t tăng lên 2 l n thì chi phói cơ b n cho m t ñơn v công su t ch
còn 76% hay gi m ñi 24%.
* N u S là giá thành s n ph m tính theo ñơn v (ví d ñ ng/T) thì:
S = mQn
m, n: là h s , và n = -0.2 ÷ -0.3
So sánh 2 công su t Q1 và Q2 v i Q2 = 2Q1 và l y n = -0.2 ta có:
−
S 2 mQ2 0.2
2Q
=
= ( 1 ) −0.2 = 0.87
− 0.2
S1 mQ1
Q1
Nghĩa là n u công su t tăng lên 2 l n thì giá thành s n ph m gi m ñi 13%.
II. Cân b ng trong các quá trình công nghê:
1. Nguyên lý Le Chatelier:
ða s các ph n ng th c hi n trong CNHH là các ph n ng thuân ngh ch. Các
ph n ng này ñ u d n ñ n tr ng thái cân b ng.
Trong các ñi u ki n có nh hư ng ñ n tr ng thái cân b ng thì s thay ñ i nhi t ñ ,
áp su t, n ng ñ các ch t tham gia ph n ng có vai trò quan tr ng hơn c . Các y u t này
tác ñ ng ñ n tr ng thái cân b ng theo nguyên lý Le Chatelier:
M th
tr ng thái cân b ng b n, n u ch i m t tác ñ ng t bên ngoài làm thay
ñ i m t trong các y u t quy t ñ nh ñ n v trí cân b ng thì trong h s x y ra m t quá
trình theo chi u làm gi m nh hư ng c a tác ñ ng ñó.
T ñó suy ra:
* Khi tăng nhi t ñ c a h n h p các ch t ph n ng thì cân b ng s chuy n d ch
theo chi u ph n ng thu nhi t, t c h nhi t ñ c a h n h p các ch t ph n ng.
* Khi tăng áp su t cân b ng chuy n d ch theo chi u gi m th tích c a h n h p.
* Khi tăng n ng ñ c a m t trong các ch t ph n ng thì cân b ng chuy n d ch
theo chi u gi m n ng ñ c a nó.
2. H ng s cân b ng c a ph n ng hoá h c:
a/ H ng s cân b ng:
u=

4. 7
*/ Ph n ng thu n ngh ch:
aA + bB ⇔ rR + sS + Q
T c ñ ph n ng thu n:
u1 = k1CAaCBb
T c ñ ph n ng ngh ch:
u2 = k2CRrCSs
k1, k2: h ng s t c ñ ph thu c vào nhi t ñ .
*
*
k1 C Rr C S s
N u u1 = u2 ta có:
(1)
=
= Kc
*
k 2 C *a C Bb
A
(d u * có nghĩa là tr s
tr ng thái cân b ng)
Kc:h ng s cân b ng
*/ N u tính thành ph n theo ph n mol N
NA + NB + NR + NS = 1 thì:
*
*
N Rr N S s
(2)
K N = *a *b
N A NB
*/ N u là khí thì có th l y áp su t ph n PI
PA + PB + PR + PS = P (áp su t chung) thì:
PR*r PS*s
(3)
K P = *a *b
PA PB
*/ So sánh các tr s c a K
Kp = Kc(RT)∆n
(4)
Kp = KNP∆n
(5)
V i ∆n = (r + s) - (a + b)
b/ Ý nghĩa c a tr s h ng s cân b ng:
*/ Ta th y K tăng thì t s tăng so v i m u s , nghĩa là n ng ñ s n ph m tăng
lên. K ñánh giá ñ sâu c a ph n ng hoá h c, ñ chuy n hoá c a tác ch t.
*/ k1, k2 ph thu c nhi t ñ nên K cũng ph thu c vào nhi t ñ .
*/ M i liên h gi a K và ñ chuy n hoá cân b ng X* = α
Ví d :
aA + bB ⇔ rR + sS
ðưa v 1mol A
A + b/aB ⇔ r/aR + s/aS
N ng ñ các ch t ñ u CA , CB , CR , CS , n u ñ chuy n hoá là α thì ñã có CAα mol A tác
d ng CAαb/a molo B ñ t o thành CAαr/a mol R và CAαs/a mol S, và lúc ñó n ng ñ các
ch t là CA(1-α); CB - CAαb/a; CR + CAαr/a; CS + CAαr/a, như v y:
r
s
(C R + C Aα ) r (C S + C Aα ) s
a
a
(6)
Kc =
b
a
b
(C A − (1 − α )) (C B + C Aα )
a
Tương t ta tính ñư c KN, KP ph thu c vào α.
*/ K có th tìm tr c ti p s tay hoá lý; cũng có th tính K t ∆H ñ bi n ñ i
entapi ñi u ki n chu n (1atm, 298oK) theo phương trình Van't Hoff:
d ln K p
∆H
=
(7)
dT
RT 2
∆H
ln K p = −
+B
RT
R: h ng s khí (R = 1.987 cal/mol.oC); ∆H (cal/mol)
III. T c ñ ph n ng và vai trò c a nó ñ i v i các quá trình công ngh :

5. 8
Công th c chung c a t c ñ là:
u = k×F×∆C
N u h ñ ng th thì:
u = k×∆C
k: h s t c ñ ; F: b m t ti p xúc pha; ∆C: ñ ng l c quá trình.
1. H s t c ñ k: không ch ph thu c tính ch t hoá h c c a tác ch t mà còn ph
thu c c tính ch t v t lý c a chúng, c u t o thi t b , t c ñ các dòng và ñ khu y tr n các
ch t trong môi trư ng ñ ng th .
k là h p thành c a các h ng s t c ñ thu n k1, ngh ch k2, ph k'p, k''p ... và c a
các h s khuy ch tán các ch t ñ u (tác ch t) vào vùng ph n ng D1, D2, ... và các ch t
cu i (s n ph m) ra ngoài vùng ph n ng D'1, D'2, ...
k = f(k1, k2, k'p, k''p ..., D1, D2, ..., D'1, D'2, ...)
Ngoài ra k còn ph thu c vào thông s c u t o thi t b và ch ñ làm vi c c a
thi t b . Vì vây, c n xem xét ñ i lư ng nào cơ b n có nh hư ng ñ n k và b qua các ñ i
lư ng không cơ b n. ð i lư ng cơ b n là ñ i lư ng ng vào quá trình chính, có tr s nh
nh t và do ñó, làm ch m quá trình chính.
Ví d : - Khu y tr n t t nên b qua h s khu y tán (ñòng th )
- Ph n ng m t chi u và ph n ng ph không ñáng k thì k = k1
- Quá trình d th thì khuy ch tán h n ch t c ñ
k = (D1, D2, ..., D'1, D'2, ...)
2. B m t ti p xúc pha F:
- N u khu y m nh h d th thì F = t ng b m t các ph n t n ng hơn (h t r n
trong h K-R, R-L; gi t l ng trong h K-L, L-L, ...)
- N u dùng c t ñ m thì F = t ng b m t các ñ m.
Chú ý: Trong các h K-L, L-L n u r i lo n m nh thì xác ñ nh F r t khó vì các pha xâm
nh p dư i d ng dòng r i, bong bóng, b t, gi t, màng, ..., lúc ñó l y F b ng m t ñ i lư ng
qui ư c Fq (ví d b ng ti t di n thi t b , b ng b m t t t c các ngăn, t ng b m t ñ m, ..)
3. ð ng l c ∆C: ñ ng l c c a quá trình hoá h c là hi u s c a n ng ñ C. N u
quá trình pha khí thì ñ ng l c là ∆P (hi u s c a áp su t)
Ví d : * Quá trình ñ ng th :
+) Ph n ng m t chi u:
aA + bB → rR + sS
u = kCAaCBb ⇒ ∆C = CAaCBb
+) Ph n ng thu n ngh ch: u = k(CA - CA*)a(CB - CB*)b
⇒
∆C = (CA - CA*)a(CB - CB*)b
ho c
u = k1CAaCBb - k2CRrCSs
∆C1 = CAaCBb
∆C2 = CRrCSs
⇒
u = k1∆C1 - k2∆C2
* Quá trình d th :
+) H p th hay ngưng hơi : ∆C = C - C*
C: n ng ñ (hay áp su t ph n) t c th i (th c) pha cho chuy n (khí) c a ch t
ñư c chuy n (khí ñư c h p th hay hơi ñư c ngưng).
C*: n ng ñ y lúc cân b ng; nó là áp su t hơi b o hoà c a ch t ñư c chuy n trên
b m t dung d ch h p th hay ch t l ng ngưng.
+) Nhã hay b c hơi:
∆C = C* - C
IV. Các bi n pháp ñ tăng t c ñ c a quá trình công ngh :
Ngư i ta tăng t c ñ b ng cách tác ñ ng ñ n các s h ng c a t c ñ u
1. Tăng ñ ng l c ∆C c a quá trình:

6. 9
a/ Tăng n ng ñ c a tác ch t: Nghĩa là làm cho nguyên li u b t t p ch t
ñi. Tăng n ng ñ t c làm tăng t c ñ , b t ñư c th tích thi t b , chi phí v n chuy n,
khu y tr n, nhi t m t mát cho t p ch t. Ngoài ra, còn gi m ñư c các ph n ng ph .
Trong th c t các bi n pháp tăng n ng ñ c a các ch t tham gia ph n ng trong
nguyên li u ban d u ph thu c vào tr ng thái t p h p c a chúng.
+) ð i v i dung d ch ngư i ta tăng n ng ñ b ng cách dùng nh ng dung môi
thích h p, ho c làm bay hơi ho c k t tinh dung môi.
+) ð i v i ch t khí thì dùng bi n pháp nén ñ tăng n ng ñ , ho c dùng bi n pháp
h p th , h p ph các ch t khí tham gia ph n ng có n ng ñ th p ñ tách chúng kh i các
ch t trơ.
Trong th c t ngư i ta thư ng cho dư các ch t r ti n ñ tăng cao t c ñ ph n
ng. Tuy nhiên, vi c tăng n ng ñ tác ch t không ph i bao gi cũng có l i. ð i v i
nh ng ph n ng có t c ñ quá nhanh, có tính ch t t c th i thì có th ñem l i h u qu
không tôt (n , cháy). Do v y, c n ph i gi m n ng ñ tác ch t (ñ làm ch m t c ñ ph n
ng) b ng cách pha thêm khí trơ ho c cho vào t ng lư ng nh .
b/ ði u ch nh áp su t P (ch y u nh hư ng ñ n pha khí)
ð i v i khí tăng áp su t có nghĩa là tăng n ng ñ . N ng ñ khí t l v i áp su t
ph n, nên có th thay CA b ng PA và ñ ng l c ∆C b ng ∆P.
+) Quá trình m t chi u hay quá trình thu n ngh ch xa cân b ng pha khí:
- ð i v i ph n ng hoá h c pha khí:
aA + bB → rR + sS
a
b
a
b
u = kPA PB và ∆P = PA PB
N u NA, NB là ph n mol c a A và B trong pha khí, P là áp su t chung thì:
PA = NAP; PB = NBP
u = k(NAP)a(NBP)b = kPAaPBbPa+b
u
n>1
a
b
ð t kPA PB = β và a + b = n (b c ph n ng)
n=1
n
u = βP
n<1
P
Như v y P tăng thì u tăng và n càng cao thì nh hư ng càng l n.
- ð i v i quá trình chuy n kh i khí vào l ng hay r n (h p th , h p ph , ngưng
hơi) thì:
u = k.F.∆P
vì xa cân b ng nên có th b P* trong ∆P=P-P*
⇒
u = k.F.P
T c ñ t l v i áp su t, vì v y, tăng P ñ tăng t c ñ h p th hay ngưng hơi.
- ð i v i quá trình nh khí hay b c hơi thì ngư c l i. Ngư i ta dùng chân không.
+) Quá trình m t chi u hay quá trình thu n ngh ch pha khí g n cân b ng
(P* hay C* không b qua):
x
- ð i v i ph n ng hoá h c: ∆P=(PA-PA*)(PB-PB*)
N u P tăng thì PA, PB tăng vì ∆P tăng và t c ñ c a quá trình
tăng .
1
1. N u ph n ng làm gi m th tích (∆n<0) thì P tăng
2
làm x tăng (Le Chatelier). Trư ng h p này P tăng rõ ràng có
l i cho c t c ñ , hi u su t. Ngoài ra P tăng thì th tích h
Pop
P

7. 10
th ng gi m d n ñ n ñư ng kính ng gi m. Như v y, b t ñư c S ph thu c x vào P
cho
v t li u, gi m xây d ng. Tuy nhiên, không nên tăng áp su t ph n ng không thu n
quá cao vì yêu c u v thành ng, thi t b , t n năng lư ng nén, ngh ch (x hi u su t s n
... H p lí nh t áp su t t 100 ñ n vài trăm atm.
ph m). 1. ∆n<0; 2. ∆n>0
2. N u th tích tăng (∆n>0) trư ng h p xa cân b ng thì có l i vì P tăng thì x tăng,
nhưng ñ n g n cân b ng x càng tăng ch m và ñ n giá tr xmax Pop r i gi m ñi. Pop t 1
ñ n vài atm tuỳ tính ch t c a ph n ng, b c ph n ng n và ñ chuy n hoá mong mu n.
- ð i v i quá trình chuy n kh i (d th )
1. Trư ng h p h p th khí (hay ngưng hơi):
∆P = P - P*. P tăng thì ∆P tăng ⇒ u tăng: tăng h p th (Le Chatelier). Vì v y, P
cao có l i.
2. Trư ng h p nhã (hay b c hơi) thì c n gi m P.
- ð i v i l ng nh hư ng P ñ n u nh , nên ph i c n P l n. Nhưng P l n nh
hư ng ñ n ñ nh t và quá trình chuy n t ñ ng h c sang khuy ch tán.
Ví d : Polime hoá etylen 2000atm chuy n t K→L→R.
- ð i v i r n thì áp su t siêu cao m i có tác d ng.
Ví d : Cacbon hoà tan trong kim lo i ch y 2400oC ch chuy n thành kim cương
áp su t 100000atm.
c/ ði u ch nh nhi t ñ ñ tăng ñ ng l c c a quá trình chuy n kh i:
(ch không ph i cho ph n ng hoá h c)
+) Trong h p th , ngưng hơi: ∆C = C - C*
C* áp su t hơi bão hoà trên dung d ch, tăng lên n u nhi t ñ tăng. N u nhi t ñ gi m thì
C* gi m ⇒ ∆C tăng ⇒ u tăng.
+) Trư ng h p nhã, b c hơi thì ngư c l i: ∆C = C* - C. Ngư i ta tăng nhi t ñ ñ
tăng t c ñ c a quá trình.
d/ ðưa s n ph m ra kh i h th ng tác d ng:
+)
u = k1∆C1 - k2∆C2 = k1CAaCBb - k2CRrCSs
ðưa s n ph m ra thì CR, CS gi m ñi (hay tri t tiêu), ∆C2 gi m và t c ñ ph n ng tăng
lên.
+) Quá trình chuy n kh i:
1. N u h p th ∆C = C - C*. ðưa s n ph m (ch t ñư c h p th ) ra kh i h
th ng t c là làm gi m n ng ñ
l ng ñi, do ñó C* gi m ⇒ ∆C tăng ⇒ u tăng.
2. N u quá trình nhã ∆C = C*- C. ðưa ch t ñư c nhã ra kh i h th ng t c
là làm gi m n ng ñ
pha khí, nhò ñó ∆C tăng ⇒ u tăng.
2. Tăng h s t c ñ c a quá trình khí:
a/ Tăng nhi t ñ :
+) Nhi t ñ nh hư ng ñ n t c ñ ph n ng:
Theo Arrhe'nius:
k = k0e-E/RT
d ln k
E
E
=
⇔ 2.3 lg k = −
2
dT
RT
RT
k: h ng s t c ñ ph n ng
E: năng lư ng ho t hoá (J/mol)
R: h ng s khí lí tư ng (R=8.3146 J/mol.0K)

8. 11
Trong th c t công nghi p, ngư i ta nh n th y khi tăng nhi t ñ ph n ng lên
10 C (trong ph m vi nhi t ñ t 100-400oC) và năng lư ng ho t hoá kho ng 63125kJ/mol thì t c ñ c a ph n ng hoá h c tăng t 2 - 4 l n, th m chí g p 10 l n.
C n chú ý là tăng nhi t ñ làm tăng t c ñ ph n ng thu n, ph n ng ngh ch và c
ph n ng ph . ði u này làm h ñ ch n l c c a s n ph m chính. Vì v y r t c n th n
trong vi c s d ng bi n pháp tăng nhi t ñ .
+) ð i v i khuy ch tán:
Anh hư ng c a nhi t ñ ít hơn nhi u. Khi tăng nhi t ñ lên 10oC thì v n t c
khuy ch tán ch tăng kho ng 1.1 - 1.3 l n. S ph thu c c a h s khuy ch tán vào nhi t
ñ tuân theo công th c tương t như phương trình Arrhe'nius:
d ln D E D
=
dT
RT
D: h s khuy ch tán
ED: năng lư ng ho t hoá c a quá trình khuy ch tán.
* Gi i h n c a vi c tăng nhi t ñ :
1. ð i v i ph n ng thuân ngh ch phát nhi t, tăng nhi t ñ làm chuy n d ch cân
b ng theo chi u ngh ch, nghĩa là làm gi m ñ chuy n hoá. Còn ñ i v i ph n ng thuân
ngh ch thu nhi t thì ñ chuy n hoá không gi m khi tăng nhi t ñ , nhưng hi u qu ngày
càng gi m vì t c ñ tăng ch m hơn nhi t ñ cao.
2. Trong nhi u quá trình h u cơ, vi c tăng nhi t ñ ⇒ tăng ph n ng ph ⇒ t n
th t ch t và làm gi m hi u su t s n ph m chính (ví d t ng h p rư u metanol).
3. Tác ch t có th b phân hu hay b ñưa ra ngoài vùng ph n ng (ví d b c hơi).
4. Các h t tác ch t r n hay xúc tác có th ch y ra, dính v i nhau (thiêu k t) làm
cho b m t ti p xúc gi m (ví d to>900oC thì x y ra hi n tư ng k t kh i qu ng S khi ñi u
ch H2SO4 làm gi m b m t ph n ng và gi m ñ khuy ch tán oxy ⇒ u gi m).
5.Yêu c u ch u nhi t ñ c a v t li u ph i cao (t c b n ăn mòn và ch u nhi t).
b/ Dùng xúc tác:
Tăng nhi t ñ có nhi u h n ch nên ngư i ta dùng xúc tác ñ tăng t c ñ ph n
ng mà không có như c ñi m c a vi c tăng nhi t ñ .
Xúc tác làm tăng m nh k ⇒ u tăng mà không nh hư ng ñ n khuy ch tán, không
thay ñ i cân b ng (ch làm chóng ñ t cân b ng), l i có tác d ng ch n l c, ch làm nhanh
ph n ng mong mu n. Tuy nhiên, xúc tác có nh ng h n ch vì có th b ng ñ c, có th
m t ho c gi m ho t tính nhi t ñ cao.
Ch t xúc tác thư ng tham gia vào ph n ng và chuy n ph n ng t m t giai ño n
thành hai ho c nhi u giai ño n:
T ng quát ta có:
A + B + xt = AB + xt
Lúc ñ u:
A + xt → A...xt→ Axt
Axt + B → B...Axt
B...Axt → AB + xt
Ch t xúc tác có kh năng làm gi m năng lư ng ho t hoá c a ph n ng. ðây là
tính ch t quan tr ng c a ch t xúc tác, nó t o ñi u ki n thu n l i cho ph n ng x y ra d
dàng và nhanh chóng.
o

9. 12
E
[A... B]
[B... Axt]
[A... xt]
∆Eh
A+B
A xt
AB
Các ch t xúc tác dùng trong công nghi p ph i ñ m b o ñư c các yêu c u sau:
+ Ch t xúc tác có tính ch n l c, ho t tính cao, năng su t l n.
0
C
Ví d :
C2H5OH Al2O  ) → C2H4 + H2O
 3 (350 
0
C2H5OH Cu ( 250 → CH3CHO + H2
 C )
+ Lư ng ch t xúc tác cho vào bé hơn r t nhi u so v i lư ng ch t tham gia ph n
ng và không b bi n ñ i sau ph n ng.
+ Ch t xúc tác ch có kh năng thúc ñ y ph n ng mau ñ t ñ n tr ng thái cân
b ng, nghĩa là ch làm tăng t c ñ ph n ng ch b n thân không th làm cho ph n ng
x y ra ñư c. Ví d m t ph n ng nào ñó có ∆G<0 bé thì t nó khó có th t x y ra ñư c,
nhưng khi cho thêm ch t xúc tác vào thì ph n ng s x y ra nhanh.
Ví d . Ph n ng t ng h p NH3:
N2 + 3H2 = 2NH3
∆G = -4 kcal
Ph n ng trên khó x y ra, n u thêm ch t xúc tác Fe, Ni vào thì ph n ng s x y ra
nhanh.
+ Nhi t ñ th c hi n ph n ng th p
+ Có ñ b n cơ h c cao, b n ñ i v i các ch t ñ c
+ D tái sinh.
Trong các yêu c u trên, yêu c u v ho t tính là quan tr ng nh t. Nó ñư c ñ nh nghĩa là
m c tăng t c ñ ph n ng so v i khi không dùng xúc tác.
k
A = xt
(A: ho t ñ xúc tác)
k
k = k0e
−
E
RT
k xt = k 0 e
−
E xt
RT
(không có xúc tác)
(có xúc tác)

10. 13
A=
Eeît
RT
−
⇒
e
−
E
=e
E − Eeît
RT
∆E
= e RT
e RT
Ví d :
2SO2 + O2
2SO3 + Q
o
N u không có xúc tác 693 K có E = 420000J/mol
Dùng xúc tác V2O5 thì Ext = 268000J/mol cũng 693oK
( 420000 − 268000 )
8.314×693
⇒
A=e
= e 26.4 = 3× 1011
11
Nghĩa là t c ñ tăng lên 3×10 l n.
Trong công nghi p ñ ñ m b o năng su t cao, ch t xúc tác ph i có b m t ñơn v
cao. Ngoài ra trong các thi t b th c hi n các ph n ng xúc tác ph i b trí sao cho ch t
xúc tác ti p xúc t t v i các ch t ph n ng. Cho ñ n nay trong công nghi p hoá ch t có 3
ki u thi t b ti p xúc:
1/ Lo i có ch t xúc tác c ñ nh: trong các thi t b này, ch t xúc tác là nh ng h t
nh ho c lư i ñ t c ñ nh trong thi t b . Lo i thi t b này có như c ñi m là ñ nh kì ph i
luân phiên qúa trình chuy n hoá và tái sinh xúc tác. Vi c b o ñ m ch ñ nhi t ñ l p xúc
tác ho t ñ ng t t cũng khó khăn, k t c u thi t b cũng ph c t p. Lo i này ít ñư c s d ng.
2/ Lo i có ch t xúc tác di ñ ng: trong thi t b lo i này c quá trình chuy n hoá l n
tái sinh ñ u liên t c. Ngư i ta b trí m t h th ng hai thi t b , m t thi t b chuy n hoá và
m t thi t b tái sinh. Trong quá trình làm vi c các giá ñ ng xúc tác di chuy n liên t c d c
theo thi t b ti p xúc sang thi t b tái sinh r i l i tr v thành m t vòng khép kín. Như
v y, ñ m b o năng su t chuy n hoá cao và ch ñ làm vi c d dàng hơn và k t c u thi t
b ñơn gi n.
3/ Lo i thi t b t ng sôi: trong thi t b này các h t xúc tác ñư c các lu ng khí duy
trì tr ng thái lơ l ng gi ng như ñang sôi. tr ng thái này ch t xúc tác ti p xúc t t nh t
v i các ch t ph n ng. Di n tích làm vi c c a ch t xúc tác ñư c s d ng t i ña. Toàn b
vi c ñưa ch t xúc tác vào khu v c ph n ng, t khu v c này ra khu v c tái sinh và tu n
hoàn l i theo chu kì kín ñư c th c hi n m t cách liên t c b ng cách dùng khí hay không
khí ñ th i. Hi n nay lo i này là ưu vi t nh t.
c/ Tăng cư ng khu y tr n: (khu y tr n thay th khuy ch tán phân t
b ng khuy ch tán ñ i lưu, nh ñó tăng h s khuy ch tán)
Bi n pháp này ch có l i khi quá trình công ngh x y ra mi n khuy ch tán. N u
khuy ch tr n m nh ñ n m t m c ñ khuy ch tán ñ l n, lúc y t c ñ ph n ng quy t
ñ nh, lúc này quá trình chuy n sang mi n ñ ng h c và n u khu y tr n m nh hơn n a l i
có h i vì tr n m nh làm gi m ∆C do ñó n ng ñ g n n ng ñ cu i hơn.
∆C = (CA - CA*)(CB - CB*)
CA g n CA* và CB g n CB* ⇒ ∆C gi m
Tác d ng c a khu y tr n:
+ Trong h ñ ng th , khu y tr n làm ñ ng ñ u n ng ñ và tăng s l n va ch m
gi a các phân t .
+ Trong h d th , quá trình x y ra b m t pha F. Khu y tr n ñưa nhanh các
phân t chưa tác d ng ñ n b m t y ñ ti p xúc nhau r i ñưa nhanh các s n ph m ra
kh i b m t y. Ngoài ra khu y tr n làm phân tán nh khí và l ng thành gi t hay bong
bóng nh ñó tăng F.

11. 14
Như v y, trong 3 phương pháp tăng k, ngư i ta ch n phương pháp nào làm nhanh
giai ño n ch m nh t c a quá trình. N u quá trình mi n ñ ng h c thì tăng nhi t ñ và
xúc tác. N u quá trình mi n khuy ch tán thì tăng khu y tr n và ph n nào tăng nhi t ñ .
3. Tăng b m t ti p xúc pha F:
ðây là bi n pháp áp d ng cho các h d th . M i lo i h có m i bi n pháp gi i
quy t thích h p và cách tăng F quy t ñ nh c u trúc c a thi t b ph n ng. Thư ng thì
ngư i ta tăng b m t pha n ng hơn (r n vào l ng) b ng cách phân tán nó r i t o ñi u ki n
ñ pha nh (khí vào l ng) ti p xúc bao quanh.
a/ H khí-l ng:
Có 4 bi n pháp tăng b m t ti p xúc trong công nghi p:
+ Tư i ch t l ng lên v t ñ m, ch t l ng ch y thành màng m ng trên b m t ñ m
(tháp, c t). F = t ng b m t ñ m.
+ Phun ch t l ng thành b i, ch t l ng ti p xúc v i pha khí dư i d ng các gi t l ng
(thi t b tháp, hay phòng phun tư i). F = t ng b m t các gi t.
Cư ng ñ làm vi c c a nó hơn lo i trên nhưng khó phun gi t ñ u nên không n
ñ nh, ít dùng hơn.
+ Cho ch t khí s c qua kh i ch t l ng (c t, tháp có ngăn, lư i, ñĩa). F = t ng b
m t các bong bóng.
Cư ng ñ làm vi c l n hơn tháp ñ m nhung s c c n thu l c l n nên ít dùng.
+ Chuy n kh i b t, khí ñưa t dư i lên vào kh i l ng qua lư i có m t r t nh ñ
phân tán và v i t c ñ ñ l n ñ l c ma sát gi a khí và l ng cân b ng v i tr ng lư ng
l ng, nh ñó t o thành l p b t như sôi.
So v i 3 lo i trên lo i này có F l n nh t.
b/ H khí-r n và l ng-r n:
ð tăng di n tích ti p xúc ñ i v i nh ng quá trình có ch t r n tham gia, ngư i ta
tán nh r n và làm cho r n x p (tăng b m t trong c a l ) và t o ñi u ki n khí và l ng
ti p xúc v i b m t trong và ngoài. Ngư i ta chia làm 4 bi n pháp:
+ Dùng cánh g t ñ o các h t r n chuy n ñ ng trên các ngăn. Các h t r n rơi t
ngăn trên xu ng ngăn dư i qua các l c a ngăn. Khí hay l ng cũng ñi t ngăn này qua
ngăn khác, qua các l này và qua các h t r n trên ngăn. Fq = b m t các ngăn.
Lo i thi t b này ph c t p, hi u qu không cao, nên ít dùng.
+ Dùng vòi phun r n ñã nghi n m n vào dòng khí hay l ng ch y m nh. F = t ng
b m t h t r n.
V i h l ng-r n thì dùng cánh khu y ñ phân b ñ u r n trong l ng.
+ Th i khí ho c l ng qua lư i trên ñó ph l p h t r n. S c c n thu l c c a l p
r n này tăng nhanh n u ñ m n c a nó càng cao. Do ñó, không ñư c nghi n nh h t r n.
+ Khu y l p lơ l ng (t ng sôi, gi l ng), cho dòng khí (hay l ng) qua l p r n
tán m n, v i t c ñ ñ l n ñ l c ma sát gi a dòng khí (l ng) và h t r n cân b ng v i
tr ng lư ng h t r n. Như v y, h t r n lơ l ng nh y lên, rơi xu ng nhưng không b kéo
theo. Phương pháp này hay dùng cho h K-R, h L-R ít dùng vì t c ñ t ng sôi c a l ng
th p (vài mm/sec)
c/ H l ng-l ng: (hai l ng không tan vào nhau)
Phương pháp t t nh t là khu y ñ tăng ti p xúc. Ngoài ra, còn dùng phương pháp
cho ch t l ng nh ch y ngư c t dư i ngư c v i ch t l ng n ng ñ t o thành h nhũ
tương. Trong h này ch t l ng nào có s c căng b m t l n s phân b thành gi t trong
ch t kia.

12. 15
d/ H r n-răn:
Khu y tr n b ng khí nén, cơ khí hay thùng quay.