ỨNG DỤNG NHIỆT ĐỘNG HỌC TRONG HÓA KỸ THUẬT Đề tài: Ứng dụng nhiệt động học GVHD: T.S Vương Thị Lan Anh Học viên: Nguyễn Thị Huệ Lớp: CH CNKTHH K4Đ2 ???? n o i t Ques sá n g n è đ ế nà o h t m nh  Là ế hư th đ ược? n ế h c e o h t n tuâ  Nó n o? NỘI DUNG NỘI DUNG Quá trình tổng hợp amoniac công nghiệp .Amoniac sản phâm quan trọng ngành công nghiệp hoá học sản suất nhiều quy mô lớn .Phương pháp chủ yếu để sản xuất amôniac tổng hợp trực tiếp từ N2 H2 với xúc tác Fe Al2O3 N2 + 3H2 ↔ 2NH3 với ΔH° = -46,2 kJ/mol ΔS° = -96,3 J/mol NỘI DUNG Điều kiện cân bằng, điều kiện tự diễn biến trình hoá học  Trạng thái cân bằng: trạng thái mà thông số đặc trưng cho hệ không biến đổi theo thời gian  Trạng thái cân bền: trạng thái hệ muốn chuyển sang trạng thái bền khác phải tiêu tổn công hệ sinh 2.1 Xét điều kiện cân hệ trạng thái cân hệ điều kiện cho sẵn khả sinh công hữu ích ( Các thành phần hệ có thành phần không thay đổi)  Với hệ kín  Điều kiện cần dG = T, P = const dH= S, P = const dF= T, V= const dU= S, V= const  Điều kiện đủ d2 u > S, V = const d2 G > P, T = const d2 H > S, P = const d2 F > V, T = const  Đối với hệ cô lập: dS ≥0  Trong nhiệt động lực học người ta thường xác định chiều trình dựa vào tiêu chuẩn tính không thuận nghịch (tính chiều) xác định điều kiện cân dựa vào tiêu chuẩn tính thuận nghịch trình  Theo nguyên lý II nhiệt động học: Đối với hệ cô lâp ( U=conts, V= const ) - Quá trình tự diễn biến theo tự nhiên theo chiều tăng entropi: dS > - Khi trình không thuận nghịch dừng lại, entropi đạt giá trị cực đại, hệ trạng thái cân bằng: dS=0  Theo nguyên lý I II: dG ≤ - SdT + VdP Dấu = ứng với trình thuận nghịch Dấu < ứng với trình không thuận nghịch trình tự diễn biến 2.2 Xét cho trình thành phần hệ thay đổi trình hóa học Xét hệ có số mol thay đổi n1, n2 , n3 , ….ni, , ta có biểu thức nhiệt động: Bởi trình liên quan đên thành phần hệ nên nghiên cứu P,T = const NỘI DUNG Cân hóa học 3.1 Điều kiện cân phản ứng hóa học Do phản ứng hoá học thông thường thực nhiệt độ áp suất không đổi nên điều kiện cân bằng: dG = Điều kiện tự diễn biến: dG < Nếu AG âm phản ứng có khả tự diễn biến mặt nhiệt động học ngày cao Với trình tổng hợp amoniac: ΔG = -RTlnKp Kp = Kp phụ thuộc vào chất phản ứng nhiệt độ số cân đặc trung cho mức độ tiến triển phản ứng từ trái sang phải NỘI DUNG 3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến cân phản ứng hóa học cho trình tổng hợp amoniac N2 + 3H2 ↔ 2NH3 với ΔH° = -46,2 kJ/mol ΔS° = -96,3 J/mol Theo quy tắc pha Gibs: F = n — k + Trong : n = ; sổ pha & = 1—»F = —1 + = Vậy chọn yếu tố tác dụng nên cân đế làm cho chuyến dịch phía tạo nên NH3 với hiệu suất cực đại Ba yếu tổ : nhiệt độ, áp suất chung, tỉ lệ chất phản ứng a Nhiệt độ Ta có: ΔG1= ΔH – T1 ΔS ΔG2= ΔH – T2ΔS Nên: = Suy ra: NỘI DUNG + ΔH< 0, Kp tỉ lệ nghich với T, T tăng, Kp giảm, phản ứng chuyển dịch theo chiều nghịch ngược lại + ΔH >0 : Kp tỉ lệ với T, T tăng cần chuyển dịch theo chiều thuận ngược lại Với trình tổng hợp amoniac ΔG = ΔH- TΔS = -46200- T.96,3 →T= 479K hay 200ºC Nhiệt độ 200ºC nhiệt độ nghịch chuyển, tức nhiệt độ cực đại dùng áp suất atm → Như vậy, theo quan điểm nhiệt động học, trình tổng hợp NH3 thực nhiệt độ nhỏ tốt Tuy nhiên nhiệt độ vừa làm chuyến dịch cân bằng, mặt khác làm biến đối tốc độ phản ứng, độ đạt đến cân bàng để vượt qua khó khăn người ta phải dùng chất xúc tác Fe Al2O3 NỘI DUNG b/ Áp suất Ta có + =0, thay đổi áp suất không làm ảnh hưởng đến cân + < 0, >0, giảm áp suất cân dịch chuyển theo chiều thuân + 0, 0, tăng áp suất cân chuyển dịch theo chiều nghịch ngược lại Với trình tổng hợp amoniac: Δn = 2-1-3 = -2[...]... hệ số của chúng ở trong phương trình phản ứng nghĩa là bằng 1:3 Trong những điều kiện như trên, hiệu suất chuyên hoá NH3 cũng chỉ đạt 20-30% Sau khi hoá lỏng NH3 ta lại đưa hồn hợp khi N2 và H2 trở lại chu trình sán xuất Ngày này do kĩ thuật áp suấtt cao được phát triển người ta có thể tông hợp NH3 từ các nguyên tố ớ nhiệt độ 850° c và được áp suất 4500atm Với hiệu suất của phản ứng là 97% mà không ... hay 200ºC Nhiệt độ 200ºC nhiệt độ nghịch chuyển, tức nhiệt độ cực đại dùng áp suất atm → Như vậy, theo quan điểm nhiệt động học, trình tổng hợp NH3 thực nhiệt độ nhỏ tốt Tuy nhiên nhiệt độ vừa... phản ứng có khả tự diễn biến mặt nhiệt động học ngày cao Với trình tổng hợp amoniac: ΔG = -RTlnKp Kp = Kp phụ thuộc vào chất phản ứng nhiệt độ số cân đặc trung cho mức độ tiến triển phản ứng từ... biểu thức nhiệt động: Bởi trình liên quan đên thành phần hệ nên nghiên cứu P,T = const NỘI DUNG Cân hóa học 3.1 Điều kiện cân phản ứng hóa học Do phản ứng hoá học thông thường thực nhiệt độ áp