mylesson.swu.ac.thmylesson.swu.ac.th/syllabus/doc_3220040303121056.doc · web viewปฏ ก ร...

จลนศาสตรวศวกรรมเคมและการออกแบบเครองปฏกรณ

Chemical Engineering Kinetics And Reactor Design

คณะผผลตนางสาวกนกกาญจน ประทกษกลวงศานางสาวธนาวรรณ ตอตระกลนายนวดล เพชรวฒนานายพรศกด กางทานางสาวอลษา ไลประเสรฐ

อาจารยทปรกษาดร.สทธนนท ทอแกว

ภาควชาวศวกรรมเคม คณะวศวกรรมศาสตร

มหาวทยาลยศรนครนทรวโรฒ

โครงการสงเสรมการผลตเอกสารชดการเรยนทเปนการสรปเนอหาในรปสออเลกทรอนกส

สนบสนนโดยสำานกงานคณะกรรมการการอดมศกษา



สารบญ

บทเรยนท1 บทนำาการออกแบบเครองปฏกรณและจลนศาสตรวศวกรรมเคม..........................1

น ย า ม ข อ ง อ ต ร า เ ร ว ข อ งปฏกรยา.........................................................................................3

ก ฏ อ ต ร า เ ร วปฏกรยา..........................................................................................................4

ผ ล ข อ ง อ ณ ห ภ ม ต อ อ ต ร า เ ร ว ข อ งปฏกรยา............................................................................8

ช น ด ข อ งปฏกรยา.............................................................................................................11

ค ำา ถ า ม ท า ย บ ท เ ร ย น ท 1...................................................................................................16บ ท เ ร ย น ท 2 ส ม ก า ร ก า ร อ อ ก แ บ บ เ ค ร อ งปฏกรณ......................................................................17

ส ม ก า ร ส ม ด ล โ ม ล ส า ร แ ล ะ ส ม ก า ร ก า ร อ อ ก แ บ บ ถ งปฏกรณ……………………………………17

-ถ ง ป ฏ ก ร ณ แ บ บกะ………………………………………………...…………………19

-ถ ง ป ฏ ก ร ณ แ บ บ ถ งกวน......................................................................................20

-ถ ง ป ฏ ก ร ณ แ บ บ ท อไหล......................................................................................21

ค า ค อ นเวอรชน................................................................................................................26

-ร ะ บ บ ก ะ (Batch System)...................................................................................26

-ร ะ บ บ ไ ห ล ต อ เ น อ ง (Flow System).....................................................................27 ต า ร า ง ป ร ม า ณ ส า ร ส มพนธ...............................................................................................31 -ร ะ บ บ ก ะ (Batch System)...................................................................................31

-ร ะ บ บ ไ ห ล ต อ เ น อ ง (Flow System).....................................................................32 ป ฏ ก ร ย า ท ม ก า ร เ ป ล ย น แ ป ล งปรมาตร...............................................................................33 แ บ บ ฝ ก ห ด ท า ย บ ท เ ร ย น ท 2.............................................................................................39

บทเร ยน ท 3 การประ เมนอ ตราเร วปฏ ก ร ย าจากขอม ลการทดลอง..........................................41

การหาอตราเรวของปฏกรยาจากเครองปฏกรณแบบกะ (Batch)…………..………………..41

- การวเคราะหดวยวธอนพนธ ( Differential Method )……………..…….…..41

- ก า ร ว เ ค ร า ะ ห ด ว ย ว ธ ป ร พ น ธ (Integral Method) ...........................................48

คร งชวตของปฏก รยา (Half life) …………………….…..…………………………………..51การวเคราะหแบบตดตามระดบการเกดปฏกรยาดวยความดนรวม......................................53ก า ร ห า อ ต ร า เ ร ว ข อ ง ป ฏ ก ร ย า จ า ก ถ ง ป ฏ ก ร ณ แ บ บ ถ งกวน(CSTR).......................................56ก า ร ห า อ ต ร า เ ร ว ข อ ง ป ฏ ก ร ย า จ า ก ถ ง ป ฏ ก ร ณ แ บ บ ท อไหล(PFR).........................................57ก ล ไ ก ป ฏ ก ร ย า (Reaction Mechanism)……………………………………………………….58ค ำา ถ า ม ท า ย บ ท เ ร ย น ท

3 .................................................................................................61

บ ท เ ร ย น ท 4 ก า ร อ อ ก แ บ บ เ ค ร อ ง ป ฏ ก ร ณ แ บ บ อ ณ ห ภ ม คงท......................................................64

ก า ร ต อ ถ ง ป ฏ ก ร ณ แ บ บขนาน...........................................................................................64

-ก า ร ต อ ถ ง ป ฏ ก ร ณ ช น ด ถ ง ก ว น (CSTR) แ บ บขนาน............................................64

-ก า ร ต อ ถ ง ป ฏ ก ร ณ PFR แ บ บขนาน...................................................................65

ก า ร ต อ ถ ง ป ฏ ก ร ณ แ บ บอนกรม..........................................................................................66

ก า ร ต อ ถ ง ป ฏ ก ร ณ แ บ บอนกรม.............................................................................66

ก า ร ต อ ถ ง ป ฏ ก ร ณ PFR แ บ บอนกรม...................................................................67

ก า ร อ อ ก แ บ บ เ ค ร อ ง ป ฏ ก ร ณ ส ำา ห ร บ ถ ง ป ฏ ก ร ณ ท ม ก า รรไซเคล............................................73

ก ร ณ ร ะ บ บ ค ว า ม ห น า แ น น ไ ม คงท......................................................................................74

การออกแบบเคร องปฏ กรณส ำาหรบปฏ ก รยาท มการเรงต วเอง............................................76

แ บ บ ฝ ก ห ด ท า ย บ ท เ ร ย น ท 4.............................................................................................78บ ท เ ร ย น ท 5 ร ะ บ บ พ ห ปฏกรยา.................................................................................................79

ก า ร อ อ ก แ บ บ ถ ง ป ฏ ก ร ณ ส ำา ห ร บ ป ฏ ก ร ย า อ ย า งงาย............................................................79

น ย า ม ข อ ง ผ ล ไ ด (Yield)..................................................................................................83

น ย า ม ข อ ง ซ เ ล ค ท ว ต........................................................................................................86

แ บ บ ฝ ก ห ด ท า ย บ ท เ ร ย น ท 5 ...........................................................................................91

ภ า คผนวก......................................................................................................................95ก า ร ค ำา น ว ณ พ น ท ใ ต

กราฟ................................................................................................95

ค า ค ง ท ข อ ง แ ก ส อ ด มคต...................................................................................................98ค ณ ะ ผ ผ ล ตส อ ............................................................................................................................99

อ า จ า ร ย ท ปรกษา......................................................................................................................100

บรรณานกรม............................................................................................................................101

รายวชา


รหสวชา วศค ๓๐๔ชอวชา (ภาษาไทย) จลนศาสตรวศวกรรมเคมและการออกแบบ

เครองปฏกรณช อ ว ช า (ภ า ษ าองกฤษ)


จ ำา น ว น ห น ว ย ก ต (ภ า ค ท ฤ ษ ฎ )

(ภาคปฏบต)

30

คณะ วศวกรรมศาสตร สาขาวชา วศวกรรมเคมมหาวทยาลยศรนครนทรวโรฒ

คำาอธบายรายวชาหลกจลนศาสตร การแพรและการเรงปฏกรยาเคม แนวคดใน

การออกแบบเครองปฏกรณ การออกแบบเคร องปฏกรณขนตอนเดยวและหลายขนตอน การทำางานของเครองปฏกรณคณลกษณะของของไหลตอมวลสารและพลงงาน

แนวคด1. แนะนำาจลนศาสตรทางเคม นยามของอตราเรวของปฏกรยา

ทราบชนดของปฏกรยาและชนดของเครองปฏกรณ2. การประยกตการหาขนาดของถงปฏกรณและเวลาทใชจากสม

ดลโมลสารทงปฏกรยาทมปรมาตรคงทและไมคงททคา คอนเวอรชน (Conversion) ทตองการ

จลนศาสตรวศวกรรมเคมและการออกแบบเครองปฏกรณ สาขาวชาวศวกรรมเคม คณะวศวกรรมศาสตร

3. การหาอตราเรวของปฏกรยา และอนดบของปฏกรยาทางเคม ณ สภาวะตางๆจากการทดลอง และการหากลไกในการเกดปฏ ก รยาโดยใช สมมตฐานสถานะคล ายคงท (Pseudo Steady State Hypothesis)

4. การประยกตหลกการการออกแบบถงปฏกรณใหเหมาะสมสำาหรบปฏกรยาชนดตางๆ โดยใหถงปฏกรณทใชมปรมาตรทสด ณ คาคอนเวอรชนทตองการ

5. การประยกตหลกการการออกแบบถงปฏ กรณเพ อใหได ผลตภณฑทตองการมากทสด (Desired Product) และเลอกถงปฏกรณทเหมาะสมทสดสำาหรบปฏกรยานนๆ

วตถประสงค(1) เพอใหมความรความเขาใจเกยวกบจลนศาสตรทางเคม(2) เพอใหมความรความเขาใจและสามารถออกแบบถง

ปฏกรณได

บทเรยนท1

บทนำา การออกแบบเครองปฏกรณและจลนศาสตรวศวกรรมเคม

(Introduction To Chemical Kinetic And Reactor Design)

ในปจจบน อตสาหกรรมเคมเปนอตสาหกรรมทท ำาหนาทขบเคลอนระบบเศรษฐกจ ซงมผลตอ ตอสภาพสงคมและสภาพแวดลอม โดยในการประกอบธรกจทเกยวของกบอตสาหกรรมเคมนนตองใชเงนลงทนตงแต

มหาวทยาลยศรนครนทรวโรฒ 2โครงการสงเสรมการผลตเอกสารชดการเรยนทเปนการสรปเนอหาในรปสออเลกทรอนกส


ระดบลานจนถงระดบหมนลาน เชน อตสาหกรรมปโตรเลยม อตสาหกรรมปนซเมนต อตสาหกรรมอาหาร และอตสาหกรรมพอลเมอร เปนตน

ในอตสาหกรรมเคมสวนใหญสวนใหญประกอบดวยหนวยตางๆ ดงรปท1.1 ซงจะมหนวยในการแยกทางกายภาพ เพอใหสารตงตนมความบรสทธ หนวยปฏกรยา เปนหนวยทเกดปฏกรยาเคม และหนวยสดทาย เปนหนวยการแยกทางกายภาพเพอแยกสารตงตนทไมไดทำาปฏกรยาออกจากผลตภณฑ หรอเปนหนวยทเพมความบรสทธของผลตภณฑ

รปท 1.1 แสดงหนวยการแยกในอตสาหกรรมเคม

ในหนวยการแยกทางกายภาพนน เราไดเรยนมาแลวในวชาหนวยปฏบตการเบองตน ในขณะทหนวยแสดงปฏกรยาเราจะไดเรยนในวชาน คอ จลนศาสตรวศวกรรมเคมและการออกแบบเครองปฏกรณ (Chemical Kinetic And Reactor Design) ซงในหนวยปฏกรยาเราจำาเปนตองเรยนร เขาใจและทราบถงผลกระทบของความเรวของปฏกรยา และการเลอกใชถงปฏกรณทถกตองและเหมาะสม ซงใชเปนพนฐานในการออกแบบและประยกตใชไดเหมาะสมกบปฏกรยาเคมเกดขน

ดงนน ในวชานเราจำาเปนตองเขาใจความหมายของคำาเหลานคอ อตราเรวขอปฏกรยา กฏอตรา ชนดของถงปฏกรณ คาคงทปฏกรยา ซงจะกลาวในหวขอตอไป


หนวยการหนวยการแยกทางแยกทางกายภาพกายภาพ

หนวยหนวยปฏกรยาปฏกรยา

เคมเคม

หนวยการหนวยการแยกทางแยกทางกายภาพกายภาพ

วตถดบ

ผลตภณฑ


1.1 นยามของอตราเรวของปฏกรยาอตราเรวปฏกรยา หมายถง การเปลยนแปลงจำานวนโมลของสาร

ตอหนวยเวลาตอหนวยปรมาตรของสารผสม ดงนนเพอใหงายตอการเขาใจ อตราเรวปฏกรยา เราจะแทนดวย

สาร i สำาหรบอตราเรวปฏก รยาสามารถนยามไดหลายแบบขนกบคณสมบต สถานะของสาร หรอบรเวณทเกดปฏกรยา โดยนยามไดดงนนยาม 1 ใช ปรมาตรของของไหล

(1.1)

นยาม 2 ใชในรปนำาหนกของของแขง ซงมกจะใชในกรณทปฏกรยามตวเรงปฏกรยา ดงนนอตราเรวของปฏกรยาคดเทยบกบนำาหนกของตวเรงปฏกรยา

(1.2)

นยาม 3 คดเทยบกบพนทผวของของแขง มกใชในระบบทพนทผวของตวเรงปฏกรยามผลตออตราเรวของปฏกรยา

(1.3)

นยาม 4 คดเทยบกบปรมาตรของของแขงในระบบ แกส-ของแขง

(1.4)


เวลาปฏกรยาของตวเรงพนทผวลยนแปลงiงสาร ทเปจำานวนโมลขอ

dtdNs

r ii

1


นยาม 5 คดเทยบกบปรมาตรของถงปฏกรณ (reactor)

(1.5)

1.2 กฏอตราเรวปฏกรยา (reaction rate law)ในสมยทเราเรยนในชนมธยมศกษาตอนปลาย เราคงไดเรยนเรอง

กฏอตราเรวของปฏกรยามาแลว ซงกฎอตราเรวของปฏกรยาเปนสมการแสดงความสมพนธของอตราเรวของปฏกรยากบคาคงทปฏกรยาและคาความเขมขนของสารตางๆทเกยวของ

กฎอตราเรวปฏกรยาสำาหรบสมการทวไปเราจะใชสมการท (1.6) เปนตนแบบในการอธบาย คอ

(1.6)

จากสมการปฏกรยาเคมขางตน เราจะพบวา สาร A ปรมาณ a โมล ทำาปฏกรยาพอดกบสาร B ปรมาณ b โมล เกดเปนสาร C และ D อยางละ c และ d โมลตามลำาดบ ซงเราเรยกสาร A และ B เปนสารตงตน สวนสาร C และ D เปนผลตภณฑ สำาหรบคา a , b , c , d เราเรยกสมประสทธปรมาณสารสมพนธ (stoichiometric coeffients)

สำาหรบสาร A และสาร B เราจะพบวา อตราเรวปฏกรยาจะมคาตดลบ เนองจากในระหวางปฏกรยาความเขมขนของสาร A และสาร B มคาลดลง สวนสาร C และสาร D มคาเปนบวก เนองจากในระหวางทำาปฏกรยาความเขมขนของสาร C และสาร D มคาเพมขน


BA

AA CkC

dtdC

r

aA + bB aA + bB cC + dDcC + dD


จากทไดกลาวมาแลวตอนตน กฏอตราเรวของปฏกรยาขนกบความเขมขนของสารตงตนเทานน ดงนนในการเขยนกฎอตราจงจะมเฉพาะสารทอยดานซายของในสมการปฏกรยาเคมเทานน ซงเราสมมตให และ เปนเลขกำาลงของความเขมขนของสาร A และ B เราสามารถเขยนไดดงน

และเนองจากในปฏกรยาเดยวกนกฎอตรายอมเทากน ดงนนเราจะพบวา

กตอเมอ

ถ า k เ ท า ก น แ ล ว (1.7)

ในการอานกฎอตราเราจะอานวา อตราการหายไปของสาร A ม อนดบของปฏกรยาเปน เมอเทยบกบสาร A และเปนอนดบ เมอเทยบกบสาร B และมเลขอนดบปฏกรยารวมเปน ซงคา และ อาจจะเปนเลขจำานวนเตม, เศษสวน หรอ ศนย กได



เชน การสงเคราะห phosgene ในวฏภาคก าซด งสมการแสดงปฏกรยาเคม

อตราเรวของปฏกรยาคอ

ซงเราอานกฎอตรานวา การเกดฟอสจนเปนปฏกรยาอนดบท 1 เมอเทยบกบกาซ CO เปนปฏกรยาอนดบท 1.5 เมอเทยบกบกาซ Cl2

และอนดบทงหมดของปฏกรยาเปน 5/2


CO + ClCO + Cl22 COCl COCl22


ตวอยาง 1.1 เคร องยนตกระสวยขนาดตามรป ขบเคลอนโดยใชเชอเพลงเหลวซ งประกอบดวยไฮโดรเจนเหลว และออกซเจนเหลวตามอตราสวนทางเคม หองเผาไหมมรปรางเปนทรงกระบอกยาว 75 cm และมเสนผานศนยกลาง 60 cm ระหวางการเผาไหมเกดไอเสยในปรมาณ 108 kg/s จงหาอตราเรวของปฏกรยาของไฮโดรเจนและออกซเจน

วธทำา สมการการเผาไหมคอ ซงไอเสยคอนำาจากสมการ (1.1)

อตราการใชไฮโดรเจน

อตราการใชออกซเจน

อตราการเกดไอเสย อตราเรวปฏกรยา

เนองจากระบบนเปนแกสทำาใหแกสกระจายไปทวทงหองเผาไหม

ฉะนนปรมาตรของหองเผาไหม m3

จากโจทยใหปรมาณของไอเสย (H2O) มาคอ 108 kg/s


60 cm60 cm

70 70 cmcm


คดเปนจำานวนโมลไดเทากบ 108/18 = 6 mol/s นำาคาทไดไปแทนในสมการ

อตราการเกดไอเสย

mol/m3s ตอบ

หาอตราเรวของการเกดออกซเจน

จากความสมพนธ

เรากจะสามารถหาอตราการใชออกซเจนและไฮโดรเจนได

อตราการใชไฮโดรเจน

mol/m3s

ตอบ

อตราการใชออกซเจน

mol/m3s ตอบ



1.3 ผลของอณหภมตออตราเรวของปฏกรยาจากทกลาวไวขางตน อตราเรวปฏกรยาขนกบผลคณระหวางคา

คงทปฏกรยา (k) และความเขมขนของสารตงตน ในป ค.ศ. 1889 อารเนยส (Arrhenius) ไดทำาการศกษาผลของของคาคงทปฏกรยาและอณหภมพบวา มความสมพนธกนดงสมการ (1.8)

(1.8)

เมอ A = ค า ค ง ท ข อ ง Arrhenius ห ร อ แ ฟ ก เ ต อ ร ค ว า ม ถ ( frequency factor)

Ea = พลงงานกอกมมนต (Activation Energy) K = คาคงทปฏกรยา (reaction constant) R = คาคงทของแกสอดมคต (Gas constant)= 8.314 J

mol-1 K-1

T = อณหภมสมบรณ (Absolute temperature , K)



จากสมการ (1.8) เราสามารถหาคา A และ Ea ไดโดยการใส ln ในสมการ (1.8) จะไดดงน

(1.9)

การทดลองจะทำาการเขยนกราฟระหวางคา ln k กบ พบวาจดตดแกนคอ ln A ความชนของกราฟ (slope) คอ ดงแสดงในรป 1.2 (ก) และในรป 1.2 (ข) จะเหนวาเสนกราฟทมคาความชนมากแสดงวาเปนปฏกรยาทมคา Ea มาก ซงเปนปฏกรยาทมความเรวของปฏกรยาตำา

1/T1 ก) ข)

รปท1.2 กราฟแสดงการหาคา Activation Energy และความสมพนธของอตราเรวปฏกรยา

ทขนกบ อณหภม

จากการทเราสามารถหาคา Ea และคา A ทำาใหเราสามารถประมาณคาคงททอณหภมตางๆ ไดโดยอาศยสมการ (1.10)

(1.10)


211

2

1

2 11lnlnTTR

Ekk

rr a

ln k Ea ใหญ Ea เลก 1/T

1/T

ความชน=-

1/T

ln k1


ตวอยางท 1.2 ในการทดลองหาคาคงทของปฏกรยาไฮโดรไลซส tert-butyl bromide พบวาทอณหภม 25 C วดคาคงทปฏกรยา (k) ได 1.45 x 10 –5 s-1 และทอณหภม 50 C วดคา k ได 22 x 10 –5 s-1

จากขอมลเหลาน จงคำานวณคาพลงงานกอกมมนต (Ea) ของปฏกรยา

วธทำา เปลยนหนวยอณหภมจากองศาเซลเซยล (C) เปนเคลวน (K) แลวแทนคา k และอณหภม (T) ในสมการ (1.10) คอ

แทนคา

J/mol

ตอบ



ตวอยางท 1.3 จาการทดลองพบวาปฏกรยาตามสมการ CH3I+C2H5OH

CH3OC2H5+HIเปนปฏกรยาอนดบสองมคาคงทของปฏกรยาทเปลยนแปลงตาม

อณหภมแสดงดงตาราง

อณหภม(˚C )

0 6 12 18 24 30

k (dm3.mol-1.s-1)

5.60 x 10-5

11.8 x 10-5

24.5 x10-5

48.8 x 10-4

10.0 x10-4

20.8 x 10-5

จงคำานวณหาคาพลงงานกอก มมนต (Ea) และ frequency factor (A)ของปฏกรยาขางตน

วธทำา จากโจทยเราตองเปลยนอณหภมจาก ˚C เปน K กอนซงเราจะไดขอมลใหมดงน

1/T(K-1)

3.663x10-3

3.584x10-3

3.509x10-3

3.436x10-3

3.367x10-3

3.300x10-3

ln k -9.790

-9.045

-8.314

-7.625

-6.908

-6.175

นำาขอมลไปเขยนกราฟไดดงน



กราฟแสดงความสมพนธระหวาง1/T กบln k

y = -9907.5x + 26.467

-12-10-8-6-4-200.0032 0.0033 0.0034 0.0035 0.0036 0.0037

1/T

ln k

จากกราฟจดตดแกนคอ 26.462 = ln A

ความชนของกราฟคอ -9907.5 =

แฟกเตอรความถ ( frequency factor, A) = 3.11 x 1011 mol/lit s

พลงงานกอกมมนต (Activation Energy, Ea) = 82371 J/mol ตอบ

1.4 ชนดของปฏกรยา (Type of Reaction)1. แบงตามจำานวนสมการปรมาณสมพนธ



1.1 ปฏกรยาเดยว (Single reaction) คอปฏกรยาทสามารถเขยนดวยสมการปรมาณสมพนธเพยงสมการเดยวในการแสดงความสมพนธของสารทเกยวของกบปฏกรยา

ตวอยาง

1.2 พหปฏกรยา (Multiple reaction) คอปฏกรยาทตองใชหลายสมการปรมาณสมพนธในการแสดงความสมพนธของสารทเกยวของกบปฏกรยาโดยสามารถบงไดเปน

-ปฏกรยาแบบอนกรม (Series reaction) คอปฏกรยาทสารตงตนทำาปฏกรยาแลวเกดผลตภณฑซงผลตภณฑนจะเปนสารตงตนของปฏกรยาอนตอเนองไปดวยอตราเรวเทากน

A R S- ปฏกรยาแบบขนาน (Parallel reaction) คอปฏกรยา

ทสารตงตนทำาปฏกรยาแลวเกดผลตภณฑดวยอตราเรวทตางกน R A S

ตวอยาง

2. แบงตามวฏภาคของปฏกรยาทเกยวของ2.1 ป ฏ ก ร ย า เ อ ก พ น ธ (Homogeneous reaction) ค อ

ปฏกรยาทเกดขนในวฏภาคเดยวกน มองตาเปลาเปนเนอเดยวกนมหาวทยาลยศรนครนทรวโรฒ 15โครงการสงเสรมการผลตเอกสารชดการเรยนทเปนการสรปเนอหาในรปสออเลกทรอนกส

NO2

HNO3

+H2SO4

NO2

NO2

NO2

NO2 N

O2

NO2 N

O2

NO2

NO2+ + + +

CC22HH44 + H + H22 C C22HH66 2HI 2HI H H22 + I + I224PH4PH33 P P44 + 6H + 6H2 2


2.2 ปฏกรยาแบบววธพนธ (Hetorogeneous reaction) คอปฏกรยาทเกดในหลายวฏภาค เปนสารทแยกเฟสกน

ประเภทปฏกรยาตวอยาง

แบบ วฏภาค

เอกพนธ

แกสปฏกรยาแยกแนฟทาดวยความรอนปฏกรยาสงเคราะหไฮโดรเจน

ของเหลว ปฏกรยา esterification

ววธพนธ

แกส-ของแขงทเปนแคทาลสต

ปฏกรยาสงเคราะหแอมโมเนยปฏกรยาออกซเดชนเอทลนปฏกรยาแยกนำา

แกส-ของแขง

ป ฏ ก ร ย า เ ผ า ไ ห ม ห ร อ gas sification ของถานหนปฏกรยารดกชนเหลกปฏกรยาผลตถานกมมนตปฏกรยาแยกหนปนดวยความรอน

แกส-ของเหลว

ป ฏ ก ร ย า oxidation ห ร อ chlorination

ข องไฮโดรคารบอนปฏกรยาการเตมไฮโดรเจนของเรซน

ของแขงทเปนแคทาลสต

ปฏก รยาแยกซลเฟอรออกจากนำามนเตา

ของเหลว-ของเหลวปฏกรยา sulfonation ,ปฏกรยาพอลเมอรไรเซชน

ของเหลว-ของแขง ปฏกรยาแลกเปลยนประจไอออน



ของแขง-ของแขง ปฏกรยาในการผลตเซรามค

ตารางท1.1 แสดงตวอยางของปฏกรยาวฏภาคตางๆทพบในอตสาหกรรมเคม

3 ปฏกรยายอนกลบไมไดและปฏกรยายอนกลบได (Irreversible and Reversible reaction)

3.1 ปฏกรยายอนกลบไมได (Reversible reaction) คอกระบวนการของปฏกรยาทเกดในทศทางเดยวตอเนองจนกระทงสารตงตนถกใชหมดไป และไมมสมดลเคมเกดขน

A +B C +Dตวอยาง

ปฏกรยาการสลายตวของ acetaldehyde (CH3CHO) CH3CHO CH4 + CO

ปฏกรยาการสลายตวของ di-methyl ester (CH3)2O (CH3) CH4 + CO + H2

การสงเคราะห phosgene ในวฏภาคกาซ CO + Cl2 COCl2

3.2 ป ฏ ก ร ย า ย อ น ก ล บ ไ ด (Reversible reaction) ค อกระบวนการของปฏกรยาทเกดในทศทางไปขางหนาและสามารถยอนกลบในทศทางตรงขาม ขนกบความเขมขนของสารตงตนและผลตภณฑ สมพนธกบความเขมขนทสมดล

A + B C + Dตวอยาง

ปฏกรยาการรวมตวของ benzene 2C6H6 C12H10 + H2



ปฏกรยาการสงเคราะห AmmoniaN2 + 3H2 2NH3

ปฏกรยาในกระบอกสบของ NO ทเกดจาก N2 กบ O2

N2+ O2 2NOซงเราจะสามารถสงเกตความแตกตางระหวางปฏกรยายอนกลบไมได(Irreversible reaction) เราสามารถใช แทน สวนในกรณ ปฏ ก ร ย าย อนกล บ ได (Reversible reaction) เรา ใช

แทน ดงนนในปฏกรยายอนกลบไดจะมคาคงทปฏกรยาไปขางหนาและคาปฏกรยายอนกลบ

4. ปฏ ก ร ย าม ลฐานและปฏ ก ร ย าอม ลฐ าน (Elementary and Nonelementary reaction)

4.1 ปฏกรยามลฐาน (Elementary reaction) คอ ปฏกรยาเคมทสามารถเขยนกฎอตราเรวปฏกรยาไดโดยอาศยคาปรมาณสารสมพนธเคม คอ

aA + bB cC + dD

จะไดวา ซง a , b เปนคาปรมาณสารสมพนธจากปฏกรยา

โดยกฏอตราคดเฉพาะสารตงตนเทานน 4.2 ปฏ ก ร ย าอม ลฐาน (Nonelementary reaction) ค อ ปฏกรยาเคมทกฎอตราไมสามารถเขยนใหเปนไปตามปรมาณสารสมพนธเคม เชน

1A + 2B 2C + 3D -rA = kAC1AC1B

5. ประเภทของเครองปฏกรณ (Type of reactors)



ในอตสาหกรรมเคม มเคร องปฏกรณหลายชนด ซ งมเคร องปฏกรณทนยมใชคอ แบบกะ แบบไหลตอเนองและแบบเฟดแบทช ซงแสดงในตารางท1.2

การทำางาน(Operation)

ลกษณะการทำางาน

ช น ดถ งป ฏ ก รณ

ข อ ด แ ล ะ ก า รป ร ะ ย ก ต ใ ช ใ นอตสาหกรรม

แบบกะ(Batch)ห ร อ ไ ม ต อเนอง

สารตงต นท งหมดถกป อนเขาไปในถงปฏกรณ แลวจงเร มทำาปฏกรยา เมอเสรจสนปฏกรยาตามเวลาทก ำาหนด จงนำาของผสม(สารตงตนทเหลออยและผลตภณฑ) ออกจากถงปฏกรณ ดงแสดงในรปท 1.3

Batch

-มโครงสรางงายๆ-กำาลงการผลตตำา-เ ห ม า ะ ก บอตสาหกรรมขนาดเลก เชนการหมก อตสาหกรรมผสมส

แบบไหลตอเนอง (Flow or Continuous)

สารทำาปฏกรยาปอนเขาททางเขาเคร องปฏกรณอยางตอเนอง และผลตภณฑทไดไหลออกมาททางออกดงแสดงในรปท 1.4

CSTRPFR

-ได ผลผลตอยางตอเนอง กำาลงการผ ล ต ส ง -เ ห ม า ะ ก บอตสาหกรรมขนาดใหญ เชนการผลตพลาสตก

แบบเฟดแบทช(Fed-batch or

สารทำาปฏกรยาตวหนงปอนใหเขาไปอยในถงปฏกรณกอน แลวจงปอนสารทำาปฏกรยา

Batch-ควบคมอณหภม ของระบบไดงาย-รกษาความเขมขน



semi-batch)

อกตวหนง เขาไปในเคร องปฏกรณแบบตอเนอง หรอปอนเปนระยะๆ ดงแสดงในรปท 1.5

ของสารตงตนตวห น ง ใ ห ม ค า ส งตลอดเวลาทำาใหไดผลตภณฑมากขน

ตารางท1.2 ตารางแสดงการจำาแนกและลกษณะการทำางานของเครองปฏกรณ

รปท1.3 การทำางานของ Batch reactor ในชวงเวลาตางๆ

PFR CSTR



รปท 1.4 การทำางานของเครองปฏกรณแบบตอเนองของแบบทอไหลและแบบถงกวนอดมคต

รปท 1.5 การทำางานของ fed batch reactor ในชวงเวลาตางๆ

คำาถามทายบทเรยนท 1

1.)ในวนหนงคนเรา (นำาหนก 75 kg ) ใชพลงงานจากการเผาไหมอาหาร 6000 kJ/day จงคำานวณหาอตราการเผาไหมในรปของการใชออกซเจน โดยคดวาอาหารอยในรปของนำาตาลกลโคส โดยมปฏกรยาเปนดงน

กำาหนดใหความหนาแนนของคนเราประมาณ 1 g/ml(ANS : อตราการเผาไหมอาหารในรปของออกซเจน )

2.)โรงงานจากถานหน ใชกระบวนการผลตไฟฟาโดยการเผาไหมซงอาศยหล กการ fluidized bed มการป อนอ ตราถ านหน 240 ton/hr ถานหนประกอบดวย 90% C และ 10% H2 ในระบบ fluidized bed สามารถเผาไหมได 50% ในระบบนม fluidized bed ทงหมด 10 ตว และมขนาด 10m x 4m x1m จงหาอตราการเผาไหมโดยเทยบกบออกซเจน


CC66HH1212OO66 + 6O + 6O22 6CO 6CO22 + 6H+ 6H22OO kJkJ


(ANS : อตราการเผาไหมของออกซเจน = 27.633 kmol/m3 hr)

3.) ถาพลงงานกอกมมนตของปฏกรยา A B เทากบ 80,000 J/mol จงคำานวณวาอตราเรวปฏกรยาจะเปลยนแปลงกเทาเมออณหภมเพมจาก 300 C เปน 310 C (ANS : อตราเรวของปฏกรยาเปลยนแปลง 0.75 เทาเมออณหภมเพมจาก 300C เปน 310C) 4.) สำาหรบปฏกรยามสมการอตราการเกดดงน

อตราการเกด Cl2 = k[NOCl]2

กำาหนด k = 3.0 x 10-8 dm3 /mol s ท อณหภม 300 Kและ k = 7.0 x 10-4 dm3 /mol s ท อณหภม 400 K

ก. จงคำานวณหาพลงงานกระตนของปฏกรยา(ANS : พลงงานกระตนของปฏกรยา = 100347 J/mol)ข.) จงหาคาคงทอตราท 500 K(ANS :คาคงทปฏกรยาท 500 K = 0.292 dm3/mols)


2NOCl (g)2NOCl (g) 2NO (g) + Cl2NO (g) + Cl22


บทเรยนท 2สมการการออกแบบเครองปฏกรณ

(Reactor Design Equation)

สมการการออกแบบเครองปฏกรณคออะไร ?สมการการออกแบบเครองปฏกรณนนกคอ สมการทนำาไปสการ

คำานวณวาเคร องปฏกรณควรมปรมาตรเทาไหร เพอใหไดปรมาณของผลตภณฑ อตราสวนการเปลยนแปลงของสารท ำาปฏกรยาและเพอกำาหนดเงอนไขตางๆ ในการทำางานของเครองปฏกรณ

จากทไดอธบายในบทท 1 หวใจสำาคญในโรงงานอตสาหกรรมเคมนนกคอ หนวยเกดปฏกรยา ซงในหนวยนเราจำาเปนทจะตองทราบวาเราควรจะใชถงปฏกรณชนดใด ขนาดเทาไร

สมการสมดลโมล

+

สมการสมดลโมลสารและสมการออกแบบถงปฏกรณมหาวทยาลยศรนครนทรวโรฒ 24โครงการสงเสรมการผลตเอกสารชดการเรยนทเปนการสรปเนอหาในรปสออเลกทรอนกส

อตราการใช ของสาร j ในระบบ ,CON

อตราการไหลของสาร j ออกจากระบบ ,OUT

อตราการไหลของสาร j เขาสระบบ ,IN 54321

อตราการสะสมของสาร j ในระบบ ,ACC

อตราการเกดของสาร j ในระบบ ,GEN

+ --=


Gj

สารไหลเขา Fj0 สารไหลออก Fj

ReactorFj0 = อตราการไหลเชงโมลขาเขาถงปฏกรณ (mol/time)Fj = อตราการไหลเชงโมลขาออกถงปฏกรณ (mol/time)Gj = การเกดของสาร j ในถงปฏกรณ rj = อตราการเกดปฏกรยาของสาร jV = ปรมาตรของถงปฏกรณ Gj = rjV

ดงนน เพอทจะหาขนาดของถงปฏกรณเราจงจำาเปนทจะตองอาศยสมการการออกแบบถงปฏกรณจากหลกการสมดลโมลสาร ซ งเราสามารถเขยนไดตามสมการ (2.1)จากสมการสมดลโมล

IN – OUT +GEN – CON = ACC(2.1)

หรออาจเขยนไดเปนFj0 - Fj + Gj,gen - Gj,con = dNj/dt

(2.2)

ขอสงเกตหารเราคดอตราการเกดของสาร j จะไมมพจนของการใช j (Gj,CON

= 0) จะไดเปนFj0 - Fj + Gj,gen = dNj/dt

(2.3)



ในทางกลบกนหากเราคดอตราการใชของสาร j จะไมมพจนของการเกดสาร j(Gj,gen = 0)

Fj0 - Fj - Gj,con = dNj/dt(2.4)

โดยอตราการเกดปฏกรยาในถงปฏกรณแบบกะ(Batch) และแบบถงกวน(CSTR) จะมอตราการเกดปฏก รยาเท าก นทกสวนของถงปฏกรณ

Gj = rjV(2.5)

ในขณะทถงปฏกรณแบบทอไหล นนอตราการเกดปฏกรยาจะไมสมำาเสมอ ขนกบระยะทางของทอ ดงนน

สมการการออกแบบถงปฏกรณแบบกะ (Batch Reactor)


V

jj dVrG0 (2.

6)

VrdtdN

AA


สำาหรบปฏกรยาA + B C + D

คดเทยบอตราการเกดปฏกรยาไดจากอตราการหายไปของสาร A

IN - OUT - CON = ACC

IN = 0 ระบบกะ (Batch) ไมมการไหลเขาของสาร ดงนน FA0

= 0OUT = 0 ระบบกะ (Batch) ไมมการไหลออกของสาร ดง

นน FA = 0GEN = 0 ไมมการเกดของสาร A CON = อตราการหายไปของสาร A = rAVACC = dNA/dt

จะไดสมการการออกแบบถงปฏกรณแบบกะ (Batch Reactor) ในกรณทปรมาตรคงทคอ

(2.7)

สมการท (2.7) ใชในกรณท เป นถ งปฏ กรณแบบกะ (Batch Reactor) ปรมาตรคงทคอ ขนาดของถงปฏกรณไมสามารถขยายตว สำาหรบในกรณทปรมาตรไมคงทนนคอ ขนาดของถงปฏกรณสามารถขยายตวไดเชน ในกรณท ปฏกรยาเกดในวฏภาคแกส (Gas Phase)

จะได อตราการสลายตวของสาร (2.8)

ด ง น น ส ม ก า ร ก า ร อ อ ก แ บ บ ถ ง ป ฏ ก ร ณ แ บ บ ก ะ (Batch Reactor)ในกรณทปรมาตรไมคงท คอ



(2.9)

สมการากรออกแบบถงปฏ กรณชน ดถ งกวน (Continuous Stirred Tank Reactor,CSTR)


คดอตราการสลายตวของสาร A IN = FA0 (mol/time)OUT = FA (mol/time)GEN = 0 ไมมการเกดของสาร ACON = -rAV ใหอ ตราการหายไปของสาร A คงทท งถ ง

ปฏกรณและคดคาความเขมขนของ

สารขาออกเทานนACC = 0 เนองจากเรามกจะออกแบบถงปฏกรณแบบถง

กวน (CSTR) เปนแบบสภาวะคงท ดงนน dNA/dt = 0

จะไดสมการการออกแบบถงปฏกรณแบบถงกวน (CSTR)FA0 - FA -( - rAV) = 0

(2.10)


V

AA dVr

dtdN

0

FA

FA


จะได(2.11)

สมก า ร กา ร อ อ กแ บ บ ถ งป ฏ กร ณ แ บ บ ท อ ไ ห ล (Plug Flow Reactor,PFR)


คดอตราการสลายตวของสาร A IN = (mol/time) เน องจากถ งปฏกรณแบบท อไหล

(PFR) เปนถงปฏกรณทมลกษณะ

เปนทอดงนนในสมการการออกแบบถงปฏกรณจงคดปรมาตรเลกๆท VOUT = (mol/time)GEN = 0 ไมมการเกดของสาร ACON = -rAV


VCSTR =

dV


ACC = 0 เนองจากเรามกจะออกแบบถงปฏกรณแบบทอไหล (CSTR) เปนแบบ สภาวะคงท ดงนน dNA/dt = 0

ใหปฏกรยาเกดแบบสภาวะคงท

(2.12)หารดวย V

(2.13)

ให lim V 0

(2.14)

(2.15)

จะไดสมการากรออกแบบถงปฏกรณแบบทอไหล(PFR)

(2.16)

และส ำาหรบระบบไหลตอเน อง (Flow System) เราสามารถคำานวณอตราการไหลโดย โมลของสาร i ไดจาก

Fi = Cii (2.17)โดยท

Fi = อตราการไหลโดยโมลของสาร i (mol/time)Ci = ความเขมขนเรมตนของสาร i (mol/l)i = อตราการไหลโดยปรมาตรของสาร i (l/time)


0FF AA

AVVV r

V

A

A

F

F A

AAPFR r

dFFV

0

0


สำาหรบ FA0 หมายถง อตราการไหลโดยโมลของสาร A ขาเขาถงปฏกรณ

FA หมายถง อตราการไหลโดยโมลของสาร A ขาออกจากถงปฏกรณ

ตวอยางท 2.1 ปฏกรยาปฏกรยาการสลายตวของ Ethyl Acetate เปนปฏกรยาอนดบหนงกบ Ethyl Acetate โดยตองการใหความเขมขนของ Ethyl Acetate ทขาออกถงปฏกรณเหลอ 10% ของความเขมขนของ Ethyl Acetate เร มตน มค าคงทของปฏกรยาเทากบ 0.23 min และใหอตราการไหลเชงปรมาตรเทากบ 10 lit/min จงคำานวณหา

ก.) ปรมาตรของถงปฏกรณแบบถงกวน (CSTR)ข.) ปรมาตรของถงปฏกรณแบบทอไหล (PFR)



ก.) หาปรมาตรของถงปฏกรณชนดทอไหล จากสมการการออกแบบ VCSTR = จาก Fi = Cii ดงนนFA0 = CA00

FA = CA0 = 0.1 CA00

-rA = kCA

สงเกต -rA จะไมแทนดวย CA0

แทนคา VCSTR = VCSTR =

VCSTR = VCSTR = 391.3 lit ตอบ

ข.) ปรมาตรของถงปฏกรณแบบทอไหล (PFR)จากสมการการออกแบบถงปฏกรณแบบทอไหล (PFR)

แทนคา FA0 = CA00

FA = CA0เนองจาก 0 คงทดงนน -rA = kCA

แทนคา


A

A

F

F A

AAPFR r

dFFV0

0

A

A

F

F A

AAPFR r

dFFV

0

0


VPFR = 1000 lit

ตอบโดยทวไปแลวในการออกแบบถงปฏกรณแบบทอไหล (PFR) มกจะ

ตองการหาขนาดทอและความยาวของทอทใชเชนถาทอมขนาดเสนผานศนยกลาง 14.276 ซม. หาความยาวทอ

D = 14.276 cm.พ.ท.หนาตด ¶D2/4 = (3.14)(14.276)2

= 999.9 cm2

L = V/A = 1,000,000/999.9 = 6250.5 cm. = 62.5 m. ตอบ



ตวอยางท 2.2 จากตวอยางท 2.1 ถาตองการหาเวลาในการเกดปฏกรยาในถงปฏกรณแบบกะ (Batch) ตองใชเวลาเทาใด

จาก rAV = dNA/dt

เอา V หารตลอด ได

ดงนน

- 0.23t = ln(CA-CA0) = ln(CA/CA0) = ln0.1

t = 10.01 minตอบ



สรป

ชนดของถงปฏกรณ คาทตองการทราบ สมการการออกแบบ

กะ (Batch) เวลาทใชในถงปฏกรณ

ถงกวน (CSTR) ปรมาตรถงปฏกรณ

ทอไหล (PFR)ปรมาตรถงปฏกรณ ความยาวของทอ และเสนผ านศนยกลางของทอ

ตารางท 2.1 ตารางสรปการออกแบบถงปฏกรณชนดตางๆในรปของจำานวนโมล

,อตราการไหลเชงโมล

2.2 คาคอนเวอรชน (Conversion)ในการออกแบบถงปฏกรณเรามกเลอกสารตวใดตวหนงเปนหลกไว

เพอทจะบอกไดวาสารตวใดเปนสารกำาหนดปฏกรยา โดยเลอกสารตงตนทมปรมาณนอยทสดตามปรมาณสารสมพนธ

สำาหรบปฏกรยาaA + bB cC + d D

นยามมหาวทยาลยศรนครนทรวโรฒ 35โครงการสงเสรมการผลตเอกสารชดการเรยนทเปนการสรปเนอหาในรปสออเลกทรอนกส

VrdtdN

AA

A

A

F

F A

AAPFR r

dFFV

0

0

VCSTR =


คอนเวอรชน ของสาร A หรอ XA ดงนน A จะตองเปนสารกำาหนดปฏกรยาและคา XA จะอยระหวาง 0-1

(2.18)

ระบบกะ (Batch)

(2.19)

ระบบไหลตอเนอง (Flow)

(2.20)

หลงจากทเราไดคา Conversion ของทงระบบกะ (Batch) และ ระบบไหลตอเนอง (Flow) เรากนำาไปแทนในสมการการออกแบบถงปฏกรณในตารางท 2.1 ทำาใหเราไดสมการการออกแบบถงปฏกรณในรปของคาคอนเวอรชน

ดงนนเราสามารถ สรปสมการการออกแบบถงปฏกรณทง 3 ชนดไดในตารางท 2.2

ชนดของถงปฏกรณ คาทตองการทราบ สมการการออกแบบ

กะ (Batch) เวลาทใชในถงปฏกรณ


0

0

A

AAA

N

NX

N

0

0

A

AAA

F

FFX


ถงกวน (CSTR) ปรมาตรถงปฏกรณ

ทอไหล (PFR)ปรมาตรถงปฏกรณ ความยาวของทอ และเสนผ านศนยกลางของทอ

ตารางท 2.2 ตารางสรปการออกแบบถงปฏกรณชนดตางๆ ในรปของคาคอนเวอรชน

ตวอยางท 2.3 ในปฏกรยาการสลายตวของสาร A ไปเปนสาร B และ C ดวยอตราสวนตามปรมาณสารสมพนธ 1:1:1 ภายใตสภาวะ Adiabatic ไดผลการทดลองดงตาราง

XA 0 0.2 0.4 0.5 0.6 0.8 0.9-rA

(mol/l min)

5.0 7.0 8.5 9.3 8.0 6.7 4.9

กำาหนดใหสาร A มอตราการไหล 300 mol/min และปฏกรยาเกดขนในวฏภาคของเหลวจงคำานวณหา


XA

AAPFR dXFV0

0


ก.) ถาตองการคาคอนเวอรชนท 40% เพอลดพนทควรเลอกใชถงปฏกรณแบบทอไหล (PFR)หรอถงกวน(CSTR)

ข.) จงหาคาคอนเวอรชนสำาหรบถงปฏกรณแบบทอไหล (PFR) และถงกวน (CSTR) ขนาด 25.5 lit วาถงปฏกรณชนดใดใหคาคอนเวอรชนมากกวากน

ก.) จากสมการการออกแบบถงปฏกรณแบบถงกวน (CSTR)

จากสมการการออกแบบถงปฏกรณแบบทอไหล

หาคา จากกฎของซมพสนแบบ 3 จด (ภาคผนวก)

แทนคา

VPFR = (300)(0.0459) = 13.77 lit


XA

AAPFR dXFV0

0


เลอกใชถงปฏกรณแบบทอไหลเพราะใชปรมาตรนอยกวา ตอบ

ข.) ถงปฏกรณแบบถงกวน (CSTR) จาก

Trial& error หาคา XA

ท XA = 0.8 XA /-rA = 0.1194ท XA = 0.60 XA /-rA = 0.0750

ใชวธ Interpolationท XA = 0.8 XA /-rA = 0.1194ท XA = X XA /-rA = 0.0850ท XA = 0.60 XA /-rA = 0.0750

X = 0.645ทปรมาตรของถงปฏกรณแบบถงกวน 25.5 lit จะมคาคอน

เวอรชน 0.645ถงปฏกรณแบบทอไหล

จากสมการการออกแบบถงปฏกรณแบบทอไหล

Trial& error หาคา XA จกกฎของซมพสน 4 จด


XA

AAPFR dXFV0

0


จากโจทย

XA 0 0.2 0.4 0.6-rA

(mol/l min)

5.0 7.0 8.5 8.0

จาก

นอยกวา 0.085

เดา XA ท 0.8XA 0 0.4 0.8-rA

(mol/l min)

5.0 8.5 6.7

4.02

08.0

h

2

0

210 )()(4)(3

)(X

X

XfXfXfhdXXf



มากกวา 0.085

Interpolate หาคา XA

ท XA = 0.8

ท XA = X

ท XA = 0.60

XA = 0.615ทปรมาตรของถงปฏกรณแบบทอไหล 25.5 lit จะมค าคอน

เวอรชน 0.615 ตอบ

2.3 ต า ร า ง ป ร ม า ณ ส า ร ส ม พ น ธ (Stoicheometric Tables)

ในเครองปฏกรณเคมจะมการเปลยนแปลงของสารจากสารหนงไปเปนอกสารหนง การทำาสมดลมวล จงตองอาศยปรมาณสารสมพนธมาชวยกำาหนดความสมพนธ ระหวางสารทำาปฏกรยาและผลตภณฑโดยใชคา คอนเวอรชน เปนตวแปรโดยเราจะแบงเปน 2 ระบบเชนเคย ไดแกระบบกะ (Batch) และ ระบบไหลตอเนอง (Flow) ซงตารางปรมาณสารสมพนธ



เปนตารางทสามารถบอกคาความเขมขนของสารตางๆ หลงจากการทำาปฏกรยา

ระบบกะ (Batch) ส ำาหรบปฏ ก ร ย า aA +

bB cC + dD

Species mol in mol reacted

Mol in – mol reacted

A NA0 -XA NA0 NA = NA0(1 - XA )

B NB0 -(b/a)XA NA0NB = NA0 (B - (b/a)XA )

C NC0 +(c/a)XA NA0Nc = NA0 (c + (c/a)XA )

D ND0 +(d/a)XA NA0Nd = NA0 (D + (c/a)XA )

I NI0 0 N0 = NI0

โดย B = NB0/NA0 c = NC0/NA0 D = ND0/NA0

I = สารเฉอยทไมไดรวมทำาปฏกรยาแตใสเพอ เปนตวทำาละลายเชนนำา ใสเพอเปนตวพา เชน N2 ใสเพอเปนตวลดความเขมขนของสารหรอลดความรนแรงของปฏกรยา

(2.21)

เมอ NT คอ โมลรวมของสารหลงเกดปฏกรยา

NT0 โมลรวมของสารหลงเกดปฏกรยา

ระบบไหลตอเนอง(Flow)มหาวทยาลยศรนครนทรวโรฒ 42โครงการสงเสรมการผลตเอกสารชดการเรยนทเปนการสรปเนอหาในรปสออเลกทรอนกส


ส ำาหรบปฏ ก รยา aA + bB cC + dD

Species mol in mol reacted

Mol in – mol reacted

A FA0 -XA FA0 FA = FA0(1 - XA )

B FB0 -(b/a)XA FA0FB = FA0 (B - (b/a)XA )

C FC0 +(c/a)XA FA0Fc = FA0 (c + (c/a)XA )

D FD0 +(d/a)XA FA0Fd = FA0 (D + (d/a)XA )

I FI0 0 F0 = FI0

โดยB = FB0/FA0 c = FC0/FA0 D = FD0/FA0FT = FT0 + AXAFA0

เมอ FT คอ อตราการไหลโดยโมลรวมของสารหลงเกดปฏกรยา

NT0 คอ อตราการไหลโดยโมลรวมของสารกอนเกดปฏกรยา

คา Space Time()

(2.22)ถาเราทราบคาคอนเวอรชนและอตราเรวของปฏก รยา เราจะ

สามารถคำานวณหาคาสเปซไทม (Space Time,) ชวยใหเราสามารถคำานวณหาคาปรมาตรของถงปฏกรณ หรออตราการไหลเชงปรมาตรได



3.4 ปฏกรยาทมการเปลยนแปลงปรมาตร (Volume Change Reaction)

ในตอนตนเราไดกลาวถงปฏกรยาทไมมการเปลยนแปลงปรมาตร หรอเปลยนแปลงนอยมาก เชน ระบบของของเหลวมาแลว ในหวขอนเรากจะไดร ถ งการค ำานวณในกรณทปฏก รยาของเรามการเปลยนแปลงปรมาตร หรอ V ≠ 0 ณ อณหภมและความดนคงท โดยเราจะสามารถดไดวาปฏกรยานนมการเปลยนแปลงปรมาตรหรอไม โดยสวนใหญเปนปฏกรยาในวฏภาคแกส ซงจำานวนโมลรวมของผลตภณฑไมเทากบจำานวนโมลรวมของสารตงตน

เราจะรไดอยางไรวาปฏกรยาทเกดขนทำาใหปรมาตรเปลยน?ตวอยางสมการเคมA + 2B 3C + 4Dทสภาวะ STP สาร 1 โมลจะมปรมาตร 22.4 dm3

ดงนนสารตงตน 3 โมล มปรมาตร 3×22.4 dm3

และผลตภณฑ 7 โมล มปรมาตร 7×22.4 dm3

จะเหนไดวาปฏกรยานมความดนเพมขนเมอสารตงตนเปลยนไปเปนผลตภณฑ ด งน นจงมความจ ำาเป นอยางยงท เราจะตองคดคาการเปลยนแปลงความดนทเกดขนดวย

ส ำาหรบปฏ ก รยา aA + bB cC + dD

(2.23)

เมอ A คอ



จากPV = zNTRT(2.24)เมอ z คอ Compressibility Factor ณ ทนสมมตใหเปนแก

สอดมคต z = 1ทางเขาถงปฏกรณ

P0V0 = N0RT0(2.25)

ทางออกถงปฏกรณPV = NTRT(2.26)เอาสมการท (2.24) / (2.23)จะได

(2.27)ในกรณทไมม P (P0 = P) และ เปน Isothermal System T = T0

(2.28)จาก สมการท (2.21) จะได

(2.29)

จะได (2.30)


V = Vo(1 + AyAXA)

สมการนใชในกรณทปรมาตรกอนและหลงเกดปฏกรยาไมเทากนของระบบกะ (Batch) ทมการเปลยนแปลงปรมาตร

V = Vo(1 + A XA)


ระบบไหลตอเนอง (Flow)จาก ตารางปรมาณสารสมพนธFA = FA0(1 - XA )FA = CA

FA0 = CA00

CT = FT/ = PT/RT(2.31)CT0 = FT0/ = PT0/RT0(2.32)

นำาสมการท (2.34)/(2.33)

(2.33)

(2.34)

ณ อณหภมและความดนคงท

(2.35)

จาก (2.36)

เมอใชสมการท (2.35) กบ (2.36) จะไดความสมพนธในรปของความเขมขน

Species ความสมพนธ

A


= 0(1 + A XA)


B

C

D

I

เมอ B = CB0/CA0 c = CC0/CA0 D = CD0/CA0

I = CI0/CA0

ตวอยางท 2.4 ปฏกรยามลฐานเกดขนในวฏภาคแกสA + B C ; k = 0.01 dm-3mol-1min-1

ก ำาหนดใหสารท ำาปฏ ก ร ยา A และ B มความเขมขนเท าก นค อ 2 mol/dm3

ก.) ถาออกแบบใหเปนเครองปฏกรณแบบกะซงมปรมาตรเทากบ 500 dm3 และตองการคาคอนเวอรชนท 90 % จงคำานวณเวลาในการทำาปฏกรยา


สมการในตารางขางบนสามารถใชไดในทกกรณ เพราะหากเปนระบบทปรมาตรไมเปลยนแปลง พจนของ (1+AXA)

= 1


ข.) ถาออกแบบใหเปนเครองปฏกรณแบบถงกวนโดยใหอตราการไหลเชงโมลของสาร A 10 mol/min และตองการใหไดคาคอนเวอรชน 90% จงคำานวณหาปรมาตรของถงปฏกรณและ space time

ค.) ถาออกแบบใหเปนเครองปฏกรณแบบทอไหลโดยใหอตราการไหลโดยโมลของ A เทากบ 10 mol/min และตองการใหไดคอนเวอรชน 90% จงคำานวณหาปรมาตรของถงปฏกรณและ space time

ก.) เปน ถงปฏกรณแบบกะปรมาตรคงท

จากสมการการออกแบบถงปฏกรณแบบกะ

ปรมาตรคงท

เปนปฏกรยามลฐาน

9.0

020 )1(

1X

AA XCt

t = 450 minตอบ



ข.) จากสมการากรออกแบบถงปฏกรณแบบถงกวน

หาคา –rA,out

B = 1 A = yAA = (1-1-1)(0.5) = -0.5

แทนคา

แทนคา

VCSTR = 12375 dm3

ตอบ

ตอบ

ค.) จากสมการากรออกแบบถงปฏกรณแบบถงกวน



VPFR = 2484.3 dm3

ตอบ

A + B 8C ; -rA = 0.1(ft2/lbmol)2s-1CA2CB

กำาหนดให สาร A = สาร B ทเวลา t =0 ความสมพนธ V = 0.1Pอณหภม 140 ๐ F

จงหาคาคอนเวอรชนทปรมาตร 0.2 ft3

จากโจทย yA = 0.5 A = 6(0.5) = 3

หาคา XA

จาก Vf = V0(1+A XA)

หาคา CA0 จาก

จากความสมพนธ V = 0.1PP = 0.15/0.1 = 1.5 atm


ตวอยางท 2.5 ในการทดลองของการขยายตวของแกสโดยอาศยเครองมอดงรป


แทนคา

จาก Vf = V0(1+A XA)0.2 = 0.15(1+3XA)XA = 0.11 ตอบ

แบบฝกหดทายบทท 2

1.) ในปฏกรยา A B + C เกดในวฏภาคแกสทอณหภม 422.15 K ความดน 1013 kPa โดยทำาการปอนแกสผสมของ A และแกสเฉอยดวยอตราสวน 1:1 ดวยอตราเรวโดยปรมาตร 6 lit/s ไดผลการทดลองดงน

XA 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8-rA

(mol/l min)

0.0053

0.0052

0.0050

0.0045

0.0040

0.0033

0.0025

0.0018

0.00125

จงคำานวณหาขนาดของถงปฏกรณแบบถงกวนและทอไหลทคาคอนเวอรชน 80%(ANS : VCSTR = 33177.6 lits ,VPFR = 13745.89 lits)

2.) ปฏกรยาการสลายตวของสาร A ไปเปนสาร B และสาร C ดวยอตราสวน 1:1:1 ภายใตสภาวะ Adiabatic ไดผลการทดลองดงนXA 0.0 0.2 0.4 0.5 0.6 0.8 0.9-rA

(mol/l min)

10 16.67 50 50 50 12.5 9.09



สาร A มอตราการไหลโดยโมล 300 mol/min จงหาก.) ขนาดของถงปฏกรณแบบถงกวนและแบบทอไหลเพอใหได

คาคอนเวอรชน 40% (ANS : VCSTR = 2.4 lits ,VPFR = 7.2 lits)

ข.) จงหาคาคอนเวอรชนของถงปฏกรณแบบถงกวนและแบบทอไหลขนาด 10.5 lits

แนะนำา : การแกโจทยปญหาขอนไมสามารถใชกฎของซมพสนไดเพราะกราฟไมเปนเสนโคงใหหาคาพนทใตกราฟจากการเยนกราฟแลวคำานวณพนทโดยตรง

3.) ปฏกรยา 2A + B C เปนปฏกรยาในวฏภาคแกสเกดขนในเคร องปฏกรณทควบคมความดนใหคงท ถ าอตราเรวของปฏกรยาเปน –rA = kCACB[mol.min-3s-1] ถาในสารทำาปฏกรยามสาร A ,B และสารเฉอย(I) โดยท CA0 = CI0 = 2 103 mol m-3 เตมสาร A ไวมากกวาสาร B ตามสดสวนปรมาณสารสมพนธ 1.5 เทา จงเขยนอตราเรวของปฏกรยาใหอยในรปคาคอนเวอรชนของ A (ANS : )

4.) แกส A ผสมกบแกสเฉอยในอตราสวน 3: 1 อดอยภายในเ ค ร อ ง ป ฏ ก ร ณ แ บ บ ก ะ ป ร ม า ต ร 200 lit ท ค ว า ม ด น 20 บรรยากาศ ปฏกรยา A B + C เกดขนโดยควบคมอณหภมใหคงทท 227 ๐ C

ก.) จงคำานวณหาจำานวนโมลเรมตนของแกส A โดยสมมตใหเปนแกสอดมคต



(ANS : 73.1 mol)ข.) ถาปฏก รยาเปนอนดบ 1 มค าคงทของ

ปฏ ก ร ย า 0.1 min-1 จงค ำานวณหาเวลาท แก ส A ท ำาปฏกรยาไปแลว 99% (ANS : 46.1 min)

ค.) ถาปฏก รยาเปนอนดบ 2 มค าคงทของปฏกรยา 0.7 lit3mol-1min-1 จงคำานวณหาเวลาทแกส A ทำาปฏกรยาไปแลว 80% และความดบท 227 ๐ C (ANS : 15.6 min, 32 บรรยากาศ)

5.) ในโรงงานผลต Pthalic Anhydrie จาก Nepthalene และ ออกซเจน โดยมกำาลงการผลต 31,000 ตน/ป ใชถงปฏกรณแบบทอไหลซ งในสายปอนประกอบดวย Nepthalene 3.5% ทเหล อเป นอากาศ ทความดน 10 บรรยากาศ อณหภม 500 K เปนระบบทไมมการเปลยนแปลงอณหภม โดยมกฎอตราเปนอนดบ 1 กบออกซเจนและเปนอนดบ 2 กบ Nepthalene มคาคงทของอตราเรว 0.01 dm6mol-2

จงคำานวณหาจำานวนทอทใชเมอใชทอขนาดเสนผานศนยกลาง 25 mm. ทอยาว 1 m. (ANS : 4108 ทอ)



บทเรยนท 3การประเมนอตราเรวปฏกรยาจากขอมลการทดลอง

(Determination Of Reaction Rate From Experimental Data)

การประเมนอตราปฏกรยาจากขอมลการทดลอง เปนการประเมนหาคาคงทของปฏกรยา (k) และอนดบของปฏกรยา () จากขอมลการทดลอง เพอนำามาหาสมการอตราการเกดปฏกรยา 3.1 การหาอตราเรวของปฏกรยาจากเครองปฏกรณแบบกะ (Batch)

สามารถหาคา k, ได 4 วธ ดงน 1. การวเคราะหดวยวธอนพนธ ( Differential Method )

เปนวธวเคราะหทตองใชคาของ ในการหาคา k และ แบงเปน 2 กรณคอ 1) เคร องปฏ กรณ แบบ Batch ท ม ปร ม าตรคงท (Constant Volume batch reactor)

- กรณทเปนปฏกรยาทมสารตงตน 1 ชนดA P

(3.1) ใส log ทงสองขางของสมการ


AA Ck

dtdC

logloglog


(3.2)

ขนตอนการหาอตราเรวและอนดบของปฏกรยา1. จากขอมลทโจทยกำาหนดให ทำาใหอยในรปของ CA และ t ถาโจทยกำาหนดใหมาเปน PA สามารถแปลง PA เปน CA ไดจากสมการ PA = CART และถาโจทยกำาหนดใหมาเปน แปลงเปน ไดจากสมการ -กรณทปรมาตรคงท

-กรณทปรมาตรเปลยน

2. plot กราฟระหวาง CA กบ t โดยใหแกน y เปนคาของ CA

แกน x เปนคาของ t 3. หาความชนของเสนสมผสกราฟ ณ. เวลา t ทโจทยกำาหนด โดยคาของความชนทไดมคาเทากบ

หรอสามารถหาค า ได โดยใชวธ Numerical Method (วธนไมตอง plot กราฟระหวาง CA กบ t ) แตวธน ค า ข อ ง t ต อ ง ม ค า เ พ ม ข น เ ท า ๆ ก น เ ช น t1= 2 , t2= 4 , t3= 6



วธ Numerical Method จดแรก

(3.3) จดระหวางกลาง เชนถาม 5 จดจดระหวางกลางคอจดท 2,3,4

(3.4) จดสดทาย

(3.5)

4. หาคา และ

5. plot กราฟระหวาง กบ โดยใหแกน y เปนคาของ

และแกน x เปนคาของ จะไดจดตดแกน

คา และ slope ของกราฟ = (กราฟของวธ Numrical ตองตดจดแรก กบจดสดทายออกกอนวาดกราฟ เพราะจดแรกกบจดสดทายมกจะคลาดเคลอน)


tCCC

dtdC AAA

t

A

243 321

1

)(121

iAiAti

A CCtdt

dC

tCCC

dtdC AAA

t

A

234 543

5


ตวอยาง 3.1 จากปฏกรยา ทเกดขนในวฏภาคของเหลว เมอทำาการทดลองหาคอนเวอรชน ทเปลยนแปลงตามเวลาในเครอง ปฏกรณแบบ กะ ( batch) ไดผลตามตารางขางลางน กำาหนดให ความเขมขนเร มต นของสาร A ค อ C AO = 10 mol.m -3 จง คำานวณหาอตราเรวปฏกรยา

เวลา (sec) 0 20 40 60 120 180 300

xA 0 0.2 0.4 0.5 0.7 0.8 0.9

วธทำา1. จากขอมลทโจทยกำาหนดให ทำาใหอยในรปของ CA และ t ของเหลวมปรมาตรคงท =0 จากสมการ เมอ ; ;

เวลา (sec)

0 20 40 60 120 180 300

xA 0 0.2 0.4 0.5 0.7 0.8 0.9CA

(mol/s)

10 8 6 5 3 2 1



2. plot กราฟระหวาง CA กบ t โดยใหแกน y เปนคาของ CA แกน x เปนคาของ t

3. หาความชนของเสนสมผสกราฟ ณ เวลา t ทโจทยกำาหนด โดยคาของความชนทไดมคาเทากบ

4. หาคา และ

(10-0)/(0-75)=-0.1333

-0.875 1.000

(10-0)/(-3-94)=-0.1031

-0.987 0.903

(10-0)/(-21-131)=-0.0658

-1.182 0.778

(8-0)/(-15-180)=-0.0410

-1.387 0.699

(6-0)/(-10-252)=-0.0238

-1.623 0.477

(4-1)/(24-255)=- -1.967 0.301



0.0108(3-1)/(-10-300)=-

0.0065-2.187 0.000

5. plot กราฟระหวาง กบ โดยใหแกน y เปนคา

ของ


คา และ slope ของกราฟ =

จดตดแกน y =-2.2753=logk



slope ของกราฟ = =1.3754 สมการกฎอตรา

ตอบ

ตวอยาง 3.2 (วธ Numerical Method) จากปฏกรยา ทเก ดข นในวฏภาคของเหลว เม อท ำาการทดลองหาคาความเขมขนทเปลยนแปลงตามเวลาในเคร องปฏกรณแบบ batch ไดผลตามตารางขางลางน กำาหนดใหความเขมขนเร มตนของสาร A คอ CAO = 500 mol.m-3 จงคำานวณหาอตราเรวปฏกรยา

การทดลองท 1 2 3 4 5t(min) 0 100 200 300 400

1000 500 333 250 200

เมอ t = 100



หาคา และ

plot กราฟระหวาง กบ โดยใหแกน y เปนคา

ของ


คา และ slope ของกราฟ = ในการวากกราฟ ตองตดจดแรก กบจดสดทายออกกอนวาดกราฟ เพราะจดแรกกบจดสดทายมกจะคลาดเคลอน ตอบ

-กรณทเปนปฏกรยาทมสารตงตน 2 ตว

(3.6)



ขนตอนการทำาโจทย แปลงคาตวแปรตางๆ ใหอยในรป CA และ CB

การหาคา 1. กำาหนดใหสาร A เปนสารกำาหนดปรมาณ (limiting

agent) และสาร B เป นสารท ใสมากเก นพอ (excess)

2. ให (เนองจากเราใสสาร B มากเกนพอทำาใหปรมาณสาร B เปลยนแปลงนอยมาก ดงนน CB0 CB )

3. ทำาตามขนตอนของวธ Differential แบบสารตงตน 1 ชนดจะไดคา

การหาคา 1. กำาหนดใหสาร B เป นสารก ำาหนดปรมาณ

(limiting agent) และสาร A เปนสารท ใสมากเกนพอ (excess)

2. ให (เพราะมการปอน CA0 เขาไปมากเกนพอถอวาความเขมขนของสารไมเปลยนแปลง CA0 CA )

3. ทำาตามขนตอนของวธ Differential แบบสารตง

ตน 1 ชนด โดยขนตอนท 4 ตอง plot ระหวาง

กบ (เนองจากสมการ เมอใส

log ทงสองขางสมการ ไดสมการ

) จะไดคา



การหาคา k A เมอทราบคา , สามารถหาคา kA ไดโดยแทน

คา CA , CB , และ ลงในสมการตอไปน

(3.7)

โดยท เปนคาของ slope ของกราฟระหวาง CA กบ t

2. การวเคราะหดวยวธปรพนธ (Integral reactor) ม 2 กรณ คอ 1) ถงปฏกรณแบบกะปรมาตรคงท ถาตองการทราบอนดบของปฏกรยา () ทเกดขน สามารถทำาตามขนตอนดงนคอ

1. สมมตอนดบของปฏกรยาทเกดขนกอน(=0,1 หรอ 2) 2. เขยนกราฟเพอตรวจสอบวาสมมตฐานนนถกตองหรอไม

โดยถาสมมตวาเปนปฏกรยาอนดบ 0 plot กราฟระหวาง CA

กบ t ,slope =-k ปฏกรยาอนดบ 1 plot กราฟระหวาง

ก บ t , slope=k ปฏก รยาอนดบ 2 plot กราฟระหวาง กบ t , slope=k

ถากราฟเปนเสนตรงกแสดงวาเปนปฏกรยาตามอนดบทเราสมมต ถากราฟไมเปนเสนตรงใหสมมตอนดบปฏกรยาใหมพรอมกบ plot กราฟเพอตรวจสอบสมมตฐาน และถากราฟของ



ปฏกรยาอนดบท 0, 1, 2 ไมเปนเสนตรงเลยใหเปลยนไปทำาวธ Differential

2) ถงปฏกรณแบบกะปรมาตรไมคงท ขนตอนการทำาเหมอนกบกรณทเปน Constant Volume batch reactor แตในการ plot กราฟ ถาสมมตวาเปนปฏกรยาอนดบ 0 เขยน กราฟระหวาง กบ

t , slope= ปฏก รยาอ นด บ 1 เขยนกราฟระหวาง

กบ t ,slope=k ปฏ ก ร ยาอ นด บ 2 เขยน กราฟระหว าง

กบ t ความชน =

ตวอยาง 3.3 จาก ตวอยาง 3.1 ทำาแบบวธปรพนธ (Integral reactor)

time (sec)

CA(mol/lit)

CAO/CA

lnCAO/CA

1/CA

0 10 1.00 0 0.10020 8 1.25 0.223 0.12540 6 1.67 0.513 0.16760 5 2.00 0.693 0.200120 3 3.33 1.203 0.333180 2 5.00 1.609 0.500300 1 10.00 2.303 1.000



กราฟตรวจสอบปฏกรยาอนดบท1

-505

1015

0 50 100 150 200 250 300 350

time(sec)

C A(mo

l/min)


0123

0 50 100 150 200 250 300 350

time(sec)

ln(CAO/C A

)




฿0

฿1

฿1

฿2

0 50 100 150 200 250 300 350

time(sec)

1/CA

จากกราฟการตรวจสอบปฏกรยาอนดบท 1,2,3 จะพบวา ปฏกรยาอนดบท 1,2,3 กราฟไม เป น เส นตรงท งสามกราฟ เปล ยน ไปท ำา ว ธ Differential

3.2 ครงชวตของปฏกรยา (Half life)ครงชวตของปฏกรยา ( t½ ) หมายถงเวลาทความเขมขนของสารททำาปฏกรยาลดลงเหลอครงหนงเมอเทยบกบเวลาเรมตน โดยมสมการดงน

(3.8)


1

1

2/11

112

AOCk

t


ใส ln ทงสองขางของสมการ

(3.9)

จากความสมพนธระหวางคร งชวตกบความเขมขนเร มตน จะ

สามารถหาคาของคาคงท ปฏกรยาและอนดบของปฏกรยาไดตามขนตอนดงน

1. จากขอมลทโจทยกำาหนดให ทำาใหอยในรปของ CAO และ t ถาโจทยกำาหนดใหมาเปน PAO สามารถแปลง PAO เปน CAO ไดจากสมการ

2. plot กราฟระหวาง ln t½ กบ ln CA0 โดยใหแกน y เปนคาของ ln t ½ และแกน x เปนคาของ ln CA0

3.ห า ค า ค ว า ม ช น ข อ ง ก ร า ฟโ ด ย ท ค ว า ม ช น ม ค า เ ท า ก บ 1- อนดบของปฏกรยา () =1- slope ของกราฟ

4. แทนคาตวแปรทกตวลงในสมการ ท (3.9) จะสามารถหาคา k ได ตวอยาง 3.4 ปฏกรยาสลายตวของสารอะเซทลดไฮด ในวฏภาคแกส

เม อท ำาการทดลองในเคร องปฏกรณแบบ batch ปรมาตรคงท และควบคมอณหภมไวท 1.30 K โดยเปลยนความดนรวมเรมตนทคาตางๆ และวดคาครงชวต ไดตามตารางขางลางน จงกำาหนดสมการอตราเรวปฏกรยาจากขอมลขางลางน สารทำาปฏกรยาเรมตนมเฉพาะอะเซทลดไฮด

(sec) 860 470 255 212(mm 52.5 139 290 360


เมอ 1 1


Hg)0.069 0.182 0.382 0.474

แปลงหนวยของ จาก mmHg เปน atm โดยนำา 760 มาหาร

เนองจากทเร มตนม เพยงชนดเดยวเทานน แลวแปลงคา ใหอยในรปของ โดยใชสมการ เมอ ;

(sec) 860 470 255 2120.069 0.182 0.382 0.474

6.757 6.153 5.541 5.373-7.11 -6.136 -5.400 -5.184

กราฟแสดงควา มสมพนธระ หวา ง คา

lnt1/2 กบ lnCAO

y = -0.723x + 1.6488R2 = 0.9947

0

2

4

6

8

-8 -6 -4 -2 0

lnCAO

lnt 1/2

โดยท slope กราฟ มคาเทากบ 1-α = -0.723 หาคา k โดยแทนคา และ ลงในสมการท3.9



k=0.186 (

3.3 การวเคราะหแบบตดตามระดบการเกดปฏกรยาดวยความดนรวม ในเครองปฏกรณแบบ batch สามารถควบคมใหอณหภม และ

ปรมาตรคงท ความดนจะ เปลยนแปลงตามเวลา (กรณนจะใชเมอโจทยใหคาความดนรวม (Pt) กบ t มา)

จากสมการ

ถ า ใ ห อ ณ ห ภ ม แ ล ะ ป ร ม า ต ร ค ง ท ,

จากสมการ rate แปลงใหอยในรปตวแปร Pt ไดดงน

(3.10)

จากปฏกรยา A + B C + D

เมอ และ

แทนคา และ ลงในสมการดงน


dtdP

RTdtdP

pyC

r t

A

t

toAOA

AOA

1


จะได

(3.11)

(3.12)

(3.13)

(3.14)

ทเรมตนไมมผลตภณฑเกดขน และ =0 และ

ถาเปนกรณท CBA ทเร มตน tOAO PP และ (เพราะทเรมตนม สาร A เพยงชนดเดยวเทานน)

วธทำา


A

totAOA

PPP

RTC

1

A

totCOC

PPacP

RTC

1

A

totDOD

PPadP

RTC

1


1. plot กราฟระหวาง Pt กบ t โดยใหแกน y เปนคาของ Pt แกน x เปนคาของ t 2. หาความชนของเสนสมผสกราฟ ณ. เวลา t ทโจทย

กำาหนด โดยคาของความชนทไดม คา เทากบ

3. จากสมการท (3.10) เมอแทนคา ณ. เวลา t ใดๆ ,R ,T ,A ลงในสมการ จะสามารถหาคา ณ. เวลา t ใดๆได

4. จากสมการท (3.11) เมอแทนคาตวแปรทกตวแลวจะทราบคา CA ณ.เวลา t ใดๆ

5. plot กราฟระหวางคา กบ slope กราฟ

= จดตดแกน y = k

ตวอยาง 3.5 ในปฏกรยาสลายตวของสาร A ในวฏภาคแกส เมอทำาการทดลองในเครองปฏกรณแบบ batch ปรมาตร

คงท และควบคมอณหภมไวท 273 K. จงกำาหนดสมการอตรา ปฏกรยาจากขอมลขางลางน

t(min) 0 2.5 5.0 10.0

15.0

20.0

Pt(mmHg)

7.5 10.5

12.5

15.8

17.9

19.4

Pt(at 0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0มหาวทยาลยศรนครนทรวโรฒ 71โครงการสงเสรมการผลตเอกสารชดการเรยนทเปนการสรปเนอหาในรปสออเลกทรอนกส


m) 138 164 208 236 255แปลงหนวยของ จาก mmHg เปน atm โดยนำา 760 มาหารหา โดยลากเสนสมผสกบเสนกราฟ กบ ณ.เวลา t ทโจทยกำาหนด

ทเรมตนมสาร A เพยงชนดเดยว และ , , ตอบ

แปลงหน วยความด นให เป นความเขมขน โดยใช สมการ (3.10) และ(3.11) ทำาตามขนตอนท 3,4,5



3.4 การหาอ ตราเรวของปฏก รยาจากถงปฏกรณแบบถงกวน(CSTR)

จากสมการการออกแบบถงปฏกรณแบบถงกวน

ดงนนในการหาคา –rA สามารถทำาได โดย

จากปฏกรยา A B + C-rA = kCA

ใส ln ทงสองขางln(-rA) = lnk + lnCA(3.15)

จาก CA = CA0(1-XA)จะได

ln(-rA) = lnk + ln CA0(1-XA)(3.16)

ln(-rA) = lnk + ln CA0 + ln (1-XA)(3.17)

จะเหนไดวาเราสามารถหาคา จากสมการท (3.15) ได จากการเขยนกราฟระหวาง ln(-rA) กบ lnCA จะไดคาความชนเปน และจดตดแกน y เปน lnk สำาหรบสมการท (3.17) เราสามารถหาคา ไดจากการเขยนกราฟระหวาง ln(-rA) กบ ln (1-XA)และจดตดแกน y เปน lnk + ln CA0

ตวอยางท 3.6 จงหาอนดบปฏกรยาของการสลายตวของสาร A เปนสาร R ไดขอมลดงน

(sec) 60 35 11 20 11มหาวทยาลยศรนครนทรวโรฒ 73โครงการสงเสรมการผลตเอกสารชดการเรยนทเปนการสรปเนอหาในรปสออเลกทรอนกส


CA0(mmol/lit) 50 100 100 200 200

CA(mmol/lit) 20 40 60 80 100

จาก

จะไดCA0(mmol/lit) 50 100 100 200 200

CA(mmol/lit) 20 40 60 80 100XA 0.6 0.6 0.4 0.6 0.5-rA 0.50

0 0.857 3.636 6.000 9.091จาก -rA = kCA

ln(-rA) = lnk + ln(CA) เขยนกราฟระหวาง ln(-rA) กบ ln(-rA)

ได ความชน = 1.8 2อนดบปฏกรยา เปน 2 ตอบ



3.5 การหาอตราเรวของปฏก รยาจากถงปฏกรณแบบทอไหล(PFR)

เคร องปฏกรณแบบทอไหลเปนเคร องปฏกรณทมกใชก บปฏกรยาทจำาเปนจะตองใชตวเรงโดยมากมกบรรจตวเรงปฏกรยาไวตรงกลางทอ คาคอนเวอรชนจงตองมคาตำามากจากสมการการออกแบบ

จะได

จากปฏกรยา A B + C-rA = kCA

ใส ln ทงสองขางln(-rA) = lnk + lnCA(3.18)

จาก CA = CA0(1-XA)

จะไดln(-rA) = lnk + ln CA0(1-XA)

(3.19)ln(-rA) = lnk + ln CA0 + ln (1-XA)

(3.20)จะเหนไดวาเราสามารถหาคา จากสมการท (3.18) ไดจาก

การเขยนกราฟระหวาง ln(-rA) กบ lnCA จะไดคาความชนเปน และจดตดแกน y เปน lnk สำาหรบสมการท (3.20) เราสามารถหาคา ไดจากการเขยนกราฟระหวาง ln(-rA) กบ ln (1-XA)และจดตดแกน y เปน lnk + ln CA0



3.6 กลไกปฏกรยา(Reaction Mechanism)

ในการหากลไกในทนเราตองทำาการเดาปฏกรยายอยๆ แลวหากฎอตรา เพอนำามาเทยบกบกฎอตราทไดจากการทดลองจรง ถาหากเทากบกฎอตราจรง แสดงวาเดาไดถกตอง ปฏกรยายอยๆทเราเดาขนมานนถอวาเปนแบบมลฐาน

Active Intermediate หรอ สารวองไว คอสารทไมสามารถหาคาได เพราะสารวองไวจะปรากฏในขนแรกๆ แลวจะถกใชหมดในขนตอๆมา จงไมปรากฏในสมการแสดงปฏกรยารวม

สารวองไวสามารถแบงได 4 ประเภทคอ 1. Free Radical คอ อะตอมอสระหรอโมเลกลขนาดใหญทประกอบดวยอเลกตรอนเดยวอยางนอย 1 ชนด เชน (Methyl Radical) และ (Hydroxyl Radical) เปนตน2. Ion and Polar substances คอสารมข วหรอประจ เชน H+ , H3O+ , OH- , Cl- เปนตน3. Transition complexs คอโมเลกลทอยในสภาวะกระตน โดยทการสนของโมเลกลจะเกดเมออะตอมจดเรยงตวอยางเหมาะสมและมพลงงานเพยงพอหลกการเดากลไกของปฏกรยา แบงออก ได 2 แบบ คอ 1. Non-chain Reactions เ ป น ป ฏ ก ร ย า ท ม ก า ร ท ำา ใ ห เ ก ด intermediate แ ล ว intermediate จ ะ ท ำา ใ ห เ ก ด ผ ล ต ภ ณ ฑ สามารถเขยนปฏกรยายอยไดดงนสำาหรบปฏกรยา

a.ขนททำาใหเกดสารวองไว (intermediate)



ใชทฤษฎการชนb.ขนทสารวองไวเปลยนเปนผลตภณฑ

2. Chain Reactions สามารถเขยนปฏกรยายอยได 3 ขนคอสำาหรบปฏกรยา a.ขนเรมปฏกรยา (Initial Step) เปนขนสรางสารวองไว

b.ขนขยายปฏกรยา (Propagation Step) เปนขนเพมความเขมขนสารวองไว

c.ขนหยดปฏกรยา (Termination Step) เปนขนทำาลายสารวองไว

การทดสอบกลไกททำานายใช Psuedo Steady State Hypothesis (PSSH) คอการสมมตวาสภาวะเขาสสมดล

, อตราการเกดสารวองไว= อตราการสลายสารวองไว

ตวอยางของกลไกและการหากฏอตรา1. Free Radical , Chain Radical Mechanism



กฎอตรา

สามารถเขยนกลไกไดดงน

2.Molecular Intermediates , Nonchain Mechanismเอนไซดจะเขารวมตวกบสารตงตน โดยตองเขาในตำาแหนงทเหมาะสม เมอเอนไซดทำางานจะทำาใหสารตงตนแตกตวเปน ผลตภณฑ

สามารถเขยนกลไกไดดงน (1)

(2) (3)

การหากฎอตราจากสมการ เมอ คอความเขมขนของเอนไซดทเรมตน

คอความเขมขนของเอนไซดอสระ คอความเขมขนของเอนไซดทใชในการสราง complexนำาสมการท (1)-(2)-(3) ;

แทนคา ดวย ไดสมการดงน



จดรปสมการใหมได (4)จากสมการท 3 (5)แทนคาสมการท(4) ลงในสมการท (5) ไดสมการกฎอตราดงน

3.Transition Complex , Nonchain Mechanism

แทน ดวย A ดวย R ดวย S

สามารถเขยนกลไกไดดงน

(1)

(2)

(3)

การหากฎอตรานำาสมการท (1)-(2)-(3) ; จดรปสมการใหมได (4)จ า ก ส ม ก า ร ท (3) (5)



แทนคาสมการท(4) ลงในสมการท (5) ไดสมการกฎอตราดงน

ทความดน > 1atm พบวา ทความดน < 50 mmHg พบวา

คำาถามทายบท เรยนท 3

1.) ปฏกรยาสลายตวของสาร A ในวฏภาคแกส เมอทำาการทดลองในเคร องปฏกรณแบบ Batch ปรมาตรคงท และควบคมอณหภมไวท 791.2 K. โดยเปลยนความดนรวมเรมตนทคาตางๆ และวดเวลาครงชวต ไดผลการทดลองดงตารางขางลางน จงกำาหนดสมการอตราเรวปฏกรยาจากขอมลขางลางน สารทำาปฏกรยาเรมตนมเฉพาะสาร A t1/2(mi 60 121 184 290 420 479


จลนศาสตรวศวกรรมเคมและการออกแบบเครองปฏกรณ สาขาวชาวศวกรรมเคม คณะวศวกรรมศาสตรn)PtO(mmHg)

1400 821 665 492 385 328

(ANS :)

2.) ในปฏกรยาสลายตวของสาร A ในวฏภาคแกส เมอทำาการทดลองในเครองปฏกรณแบบ Batch และควบคมอณหภมไวท 420.4 K. ความด นรวมเร มต นวด ได ท 182.6 mmHg นอกจากสารท ำาปฏกรยา A แลวยงม N2 เตมอยเปนสารเฉอยวดความดนยอยได 3.1 mmHg จงกำาหนดสมการอตราเรวปฏกรยาจากขอมลดานลางนt(min)

0 6 10 18 22 26 34 40 46

Pt(mmHg)

182.6

201.7

213.6

235.0

245.5

255.6

274.4

288.0

300.2

(ANS:)

3.) เปนปฏกรยาทเก ดขนในวฏภาคแกสท ำาการทดลองในเครองปฏกรณแบบ ถงกวน (CSTR) โดยคาความเขมขนของสารตงตนเรมตนเปน 0.030 gmol/lit การทดลองท 1-5 ควบคมอณหภมไวท 100 oC การทดลองท 6 ควบคมอณหภมไวท 110 oC จงหาสมการอตราเรวปฏกรยาจากขอมลในตารางขางลางน(min) 4.1 7.7 9.8 1.96 1.30 2.0CA(gmol/lit)

0.0250

0.0133

0.010 0.05 0.075 0.0025

4.)ปฏกรยาสลายตวของ ในวฏภาคแกสทำาการทดลองในเครองปฏกรณแบบ Batch ปรมาตรคงท และควบคมอณหภมไวท 504 oC ทเร มตนมเพยง ชนดเดยวเทานนจงหาสมการอตราเรวปฏกรยาจากขอมลในตารางขางลางน

t(min) 390 777 1195

3155

α



Pt(mmHg)

408 488 562 799 931

(ANS:

5.) แกสบรสทธถกปอนทความดน 3 บรรยากาศ อณหภม 300 K ดวยอตราเรว 120 mmol/lit เขาสถงปฏกรณแบบถงกวนขนาด 1 ลตร โดยมปฏกรยาการสลายตวคอ A 3R จงหากฏอตราการสลายตวของ

0 0.06

0.48

1.5 8.1

CA mol/l

it

30 60 80 105

6.) ในการเกด Dimerization ของ Butadiene เพอเกดเปน Vinylcyclohexane โ ด ย ท ำา ก า ร เ ป ล ย น ค ว า ม ด น ย อ ย ข อ ง Butadiene โดยเตมแกสไนโตรเจนและควบคมความดนใหคงท 1 บรรยากาศ (2Butadiene Vinylcyclohexane )

T(K) (sec) PA0(mmHg)

XA102

865 0.276 109 1.28865 0.540 109 2.12865 0.730 109 2.90866 0.633 109 4.92มหาวทยาลยศรนครนทรวโรฒ 82โครงการสงเสรมการผลตเอกสารชดการเรยนทเปนการสรปเนอหาในรปสออเลกทรอนกส


บทเรยนท 4การออกแบบเครองปฏกรณแบบอณหภมคงท

(Isothermal reactor design)

เนองจากในอตสาหกรรมนนมการใชถงปฏกรณเคมหลายชนด รวมทงรปแบบการตอถงปฏกรณ ซงมทงการตอถงปฏกรณ แบบอนกรม และแบบขนาน รวมทงการตอแบบผสม ในการเลอกชนดของถงปฏกรณและการตอถงปฏกรณกยงพจารณาถงชนดของปฏกรยาเคมดวย

4.1 การตอถงปฏกรณ แบบขนานการตอถงปฏกรณแบบขนานเปนการแบงสายปอนสารเขาสถง

ปฏกรณแตละถง และสายสารทออกจากถงปฏกรณแตละถงมารวนกน ซงจะมลกษณะเหมอนการตอตวตานทานแบบขนาน แสดงดงรป ท 4.1 และ 4.2



การตอถงปฏกรณชนดถงกวน (CSTR) แบบขนาน

รปท 4.1 แสดงการตอถงปฏกรณ CSTR แบบขนาน

จาก VCSTR= V1= ,V 2= ,V3 = , Vn=

จะได ปรมาตรรวมเปน VT=V1+V2+V3+...+Vn

VT= + + +...+

จะได


nFAo, no

…

FAo, o

Xout

FAo, o

FAo, o

FAo, o

VnV3V2V1

tank n

tank 3

tank 2

tank 1

(4.1)


เมอ n คอ จำานวนถงปฏกรณ

การตอถงปฏกรณ PFR แบบขนาน

รปท 4.2 แสดงการตอถงปฏกรณ PFR แบบขนาน

จาก

จะได V1 ,V2 ,V3 ,Vn

จาก VT=V1+V2+V3+...Vn

จะได

เมอ n คอ จำานวนถงปฏกรณ

4.2 การตอถงปฏกรณแบบอนกรมมหาวทยาลยศรนครนทรวโรฒ 85โครงการสงเสรมการผลตเอกสารชดการเรยนทเปนการสรปเนอหาในรปสออเลกทรอนกส

FAo, o tank

1

tank2

XoutFAo,

onFAo, no

XoutFAo,

o

nFAo, noXo

utFAo, o

:: Xo

ut

(4.2)


การตอถงปฏกรณแบบอนกรม เปนการนำาสายทไหลออกจากถงปฏกรณมาเปนสายทปอนเขาถงปฏกรณตอไป โดยความเรวของสายทปอนเขาถงปฏกรณเทากบความเรวของสายออกจากถงปฏกรณ(o) ซงจะมลกษณะเหมอนการตอตวตานทานแบบอนกรม แสดงดงรป ท 4.3 และ 4.4

การตอถงปฏกรณ CSTR แบบอนกรม

รปท 4.3 แสดงการตอถ งปฏกรณ CSTR แบบอนกรม

จากสมการ เมอ n แทนจำานวนถงปฏกรณ



FAo,o,CAo

CAn

X AnXA3XA2XA1

XA=0

CAn1CA2CA1

…

tank n

tank1

tank2

tank3

(4.3)


รปท 4.4 แสดงกราฟการตอถงปฏกรณ CSTR แบบอนกรม

การตอถงปฏกรณ PFR แบบอนกรม

รปท 4.5 แสดงการตอถงปฏกรณ PFR แบบอนกรม

จาก จะได

, , ,


XA1 XA2 XA3 XAn

V1

V2

V3

Vn

CA2XA2

CA1XA1

CAnXAn

CA3XA3

CAoXAo tank

ntank 3

tank2tank1

…



เทากบ + + +จะได

ตวอยางท 4.1 ในการเกดปฏกรยา hydrolyris ของ ของอะเซตกแ อ น ไ ฮ ไ ด ร ด อ ต ร า เ ร ว ป ฏ ก ร ย า เ ป น -rA=0.1580 CA

gmol.cm3.min-1 และใหอตราการไหลเชงปรมาตรเร มเทากบ 500 cm3.min-1 ความเขมขนของอะเซตกแอนไฮไดรดเทากบ 1.5 × 10-4

gmol.cm3

เมอปฏกรยาเปน (CH3CO)2O + H2O 2CH3COOH

จงหา1 คอนเวอรชนของเคร องปฏกรณแบบถงกวนขนาด 5 ลตร 1

ตว 2 คอนเวอรชนของเครองปฏกรณแบบถงกวนขนาด 2.5 ลตร 2 ตว ตออนกรมกน3 คอนเวอรชนของเครองปฏกรณแบบถงกวนขนาด 2.5 ลตร 2

ตว ตอแบบขนาน4 คอนเวอรชนของเครองปฏกรณแบบทอไหลขนาด 5 ลตร 1 ตว 5 คอนเวอรชนของเครองปฏกรณแบบถงกวนขนาด 2.5 ลตร 1

ตว ตออนกรมกบเครองปฏกรณแบบทอไหลปรมาตร 2.5 ลตร 1 ตว


(A) (B) (C)

(4.4)


วธทำา1 ห า ค อ น เ ว อ ร ช น ข อ ง เ ค ร อ ง ป ฏ ก ร ณ แ บ บ ถ ง ก ว น

ขนาด 5 ลตร 1 ตวไดจากสมการ

จะไดวา

จะได XA เทากบ XA=0.61

2 คอนเวอรชนของเครองปฏกรณแบบถงกวนขนาด 2.5 ลตร 2 ตว ตออนกรมกนจากสมการ (4.3)


XA=?

CAo=500 cm3.min-1

V=5000 ml

ตอบ


ถา 2 ถงจะไดสมการเปนถงปฏกรณท 1

ถงปฏกรณท 2

3 หาคอนเวอรชนถงปฏกรณแบบถงกวนขนาด 2.5 ลตร 2 ตว ตอแบบขนานจากสมการ(4.1)


XA=?

V=2500

V=2500 ml

CAo=500 cm3.min-1

ตอบ


คอ

4 หาคำานวณหาคอนเวอรชนของเครองปฏกรณแบบทอไหลขนาด 5 ลตร 1 ตว

จะไดวา


ตอบ

CAo=500 cm3.min-1

V=2500 ml XA=

?

V=2500 ml

CAo=500 cm3.min-1

XA=?V=5000

ml


5 หาคอนเวอรชนเคร องปฏกรณแบบถงกวนขนาด 2.5 ลตร 1 ตว ตออนกรมกบเครองปฏกรณแบบทอไหลขนาด 2.5 ลตร 1 ตว


ตอบ

V=2500 ml

CAo=500 cm3.min-1

XA1=? V=2500

mlXA2=?


ตอนแรกหาคอนเวอรชนเคร องปฏกรณแบบถงกวนขนาด 2.5 ลตร 1 ตว

หาคอนเวอรชนเครองปฏกรณแบบทอไหลขนาด 2.5 ลตร 1 ตว

4.2 การออกแบบเครองปฏกรณสำาหรบถงปฏกรณทมการรไซเคลเคร องปฏกรณรไซเคลเปนการนำาสารขาเขาออกเคร องปฏกรณ

สวนหนง ยอนกลบมาปอนพรอมกบสารทำาปฏกรยาใหมททางเขาของเครองปฏกรณอกครงหนง การทำาเชนนกมจดประสงค

(1) เพอใหใชสารทำาปฏกรยาทยงเหลอในสารขาออกจากเครองปฏกรณกลบมาใชใหมอยางมประสทธภาพมากขน

(2) เพอเปนการปรบปรงประสทธภาพของเคร องปฏกรณ โดยเฉพาะอยางย งเม อปฏ ก รยาท เก ดข นเป นแบบเรงต วเอง (autocalytic reaction) เคร องปฏกรณทไดรบผลกระทบจากการทำาการรไซเคลจะเปนเครองปฏกรณแบบทอไหลเทานน


ตอบ


(3) สำาหรบเครองปฏกรณแบบถงกวนจะไมไดรบผลกระทบแตประการใดจากการรไซเคลการรไซเคลนนทำาใหเกดการผสมยอนกลบของสารปอนยอนกลบสารทำาปฏกรยาใหม มผลทำาใหเครองปฏกรณเปลยนพฤตกรรมจากแบบทอไหลมาเปนแบบถงกวนมากขน ทงนขนอยกบอตราสวนรไซเคล (R) ซงนยามไวดงน

ในทนแยกการพจารณาได 2 กรณ คอ1.กรณระบบความหนาแนนคงท

กรณระบบความหนาแนนคงท หรอ A=0 รปแบบของเครองปฏกรณไซเคลไวในรปท 4.6

รปท 4.6 แสดงเครองปฏกรณแบบทอไหลทมการรไซเคล ตามร ปท 4.6 ในกรณ ความหนาแน นคงท หร อมการเปลยนแปลงปรมาตรนอยมากเนอง จากปฏกรยา อตราการไหลเชง


CA CAdCA CA2 FAf

foC Af=CA2

FAooCAo

1=(R+1)o

CA1

FA3,3=Ro

PQ

dV


ปรมาตรจงคงทกลาวคอ ดงนน อตราการไหลเชงปรมาตรปอนกลบทจด P คอ

สมการสมดลมวลทจด P คอ

ได แบบจำาลองเครองปฏกรณรไซเคล หาไดโดยการทำาสมดลมวลทปรมาตรควบคม dV

ได

2.กรณระบบความหนาแนนไมคงทในกรณนความเขมขนของสารในระบบมการเปลยนแปลง อตราการ

ไหลเชงปรมาตรจงไมคงทเหมอนในกรณท 4.1 ซงอาจถอไดวาเปนกรณพเศษ ในทนเปนการพจารณาในกรณทวไปโดยใชอตราการไหลเชงโมลและ คอนเวอรชนในการอธบาย

รปท 4.7 แสดงเครองปฏกรณแบบทอไหลมรไซเคล

สมดลสารทจด P คอFA1=FAo+FA3=FAo+RFAf


Q P

FA FAdFA

dVFA1

XA1

FA3=RFAf,XA3,3

FA2XA22

FAffXAf=XA2

(4.5)

FAooCAo


สมดลมวลสารทจ Q คอFA2=FAf(R+1)

คอนเวอรชนของสาร A กอนจด Q หลงออกจากเครองปฏกรณ คอ

ในทำานองเดยวกน คอนเวอรชนของสาร A หลงจด P กอนเขาเครองปฏกรณคอ

ดงนน ณ จดใดๆของเครองปฏกรณคอนเวอรชนของสาร A (XA) สามารถแสดงไดดวยสมการดงตอไปน

หรอ FA=FAo(R+1)(1-XA)โดยท FA หมายถง อตราการไหลเชงโมลของสาร A ณ จดใดๆในเครองปฏกรณ

FA-(FA+dFA) = -rAdV

เมอหาปรพนธ ( integrate )สมการขางบนจะได


(4.6)


การหาคาอตราการรไซเคลยงสามารถหาไดจากกราฟ โดยทำาการเขยน กราฟระหวาง กบ

ระบบจะมประสทธภาพสงสดเมอทงสองขางของสมการมพนทใตกราฟเทากน

4.3 การออกแบบเครองปฏกรณสำาหรบปฏกรยาทมการเรงตวเองปฏกรยาแบบเรงตวเองเกดอตราเรวของปฏกรยาชาเวลาเร มตน

แต เม อปฏ ก รยาด ำา เน นไป สารผล ตภ ณฑ ของปฏ ก รยามมากข น ผลตภณฑเหลานจะกลายเปนแคทาลสตทำาใหอตราเรวปฏกรยาเพมจนถงขดสงสด แลวเมอสารทำาปฏกรยานอยลง อตราเรวปฏกรยากเรมลดลง

หลกการออกแบบเคร องปฏกรณทเหมาะสมทสดในกรณไมมรไซเคล

ถากำาหนดคอนเวอรชนททางออกไวท XAf ทำาอยางไรจงเลอกเครองปฏกรณแบบทอไหลและแบบถงกวน เพอใหไดปรมาตรนอยทสด

ถาใหอตราเรวของปฏกรยาสงสดอยท XA,max รปแบบของเครองปฏกรณจะแตกตางกนไปตามความแตกตางระหวาง XAf และ XA,max คอ



รปท 4.8 การเลอกเครองปฏกรณใหเหมาะสมกบปฏกรยาแบบเรงตวเอง

(1) ในกรณ (1/-rA) มคาลดลงเมอ XA เพมขนดงนน เราควรเลอกเคร องปฏกรณแบบ CSTR เพราะพนทใตเสนโคงระหวาง 0- XAf นอยกวาแบบ PFR

(2) ในกรณ (1/-rA) มคาเพมขนเมอ XA ลดลงดงนน เราควรเลอกเคร องปฏกรณแบบ PFR เพราะพนทใตเสนโคงระหวาง 0- XAf นอยกวาแบบ CSTR

(3) ในกรณ (1/-rA) มคาทงเพมขนและลดลงเราจงจ ำาเปนตองตอถงปฏกรณ

ตวอยาง 4.2 สาร AB เปนโดยท A และ B ของเหลวมคาคอนเวอรชน 90%



( –rA=kCAo , CA0 = 10 mol/dm3) อตราการรไซเคลเทากบ 2 ถาปดวงจรรไซเคล อตราเรวในการปอนจะคาใดจงจะมคอนเวอรชนท 90%

วธทำา

โจทยกำาหนดเปนระบบ liquid แสดงวา

;

เมอไมมรไซเคลจะตองใช มากกวาหาไดจาก โดยทใหขนาดของถงปฏกรณเทากน

โดยทใหขนาดของถงปฏกรณเทากน

ตอบ


CA0 = 10 mol/ dm3o

R=2

CA1 CA2 XA=0.

90


แบบฝกหดทายบทเรยนท 4

1.) ถาปฏกรณ 2 ถงโดยทมปรมาตรเทากนและมปฏกรยาเปน AB ซ งมอตราเรวปฏกรยา(-rA)เปน –rA=kCAo2 จงหาคอนเวอรชนทออกมาจากถงปฏกรณท2 (XA2) ถาคอนเวอรชนทออกมาจากถงปฏกรณท1 เทากบ 0.9 (ANS : XA = 0.994)

2.) สารตงตน A สลายไปเปน R มปฏกรยาเปน A R โดยทม CA0

= 26 mol/m3 เขาไปในระบบทไมสามารถอดได โดยผานถงแบบอยในสภาวะ CSTR ทตอกน 4 ถง โดยแตละถงมขนาดเทากนและถงปฏกรณตอแบบอนกรม โดยท total = 2 min เมอปฏกรยาดำาเนนไป พบความเขมขนของสาร A แตละถงเปนดงน 11, 5, 2 และ 1 mol/l ตามลำาดบ สำาหรบปฏกรยานถาเปลยน CSTR เปน PFR จะตองให PFR เปนเทาใดเพอจะลดความเขมขนของ CA จาก C A0 = 26 เปน CAf = 1 mol/m3

(ANS : PFR = 1.61 min)

3.) ปอนสารละลาย A ซงมความเขมขน (CA0 ) 2 mol/ dm3 ใสถงแบบ PFR ทมขนาด 10 dm3 ทมสาวนสำาหรบการรไซเคล โดยมอตราการเกดปฏกรยา และปฏกรยาดงน

A B , -rA = 1 CACR mol/ dm3.min ถาตองการเปอรเซนต conversion 96% เราควรใชการรไซเคลหรอไม ถาใชกระแสรไซเคลควรมอตราเทาไหร เพอทจะไดผลผลตสงสด และควรมอตราการปอนโดยปรมาตรเทาไหรในถงปฏกรณ (ANS : R = 0.2970)

4.) ขณะนของเหลวมการเปลยนแปลงอตราเรว 90% (n=1 , CA0 = 10 mol/l) ไหลเขาสเคร องปฏกรณเปนวฏจกร ( R=2 ) ถาปดวงจร



บำาบด อตราเรวระหวางกระบวนการมคาลดตำาลงเทาไหรในสภาวะการเปลยนแปลงท 90% (ANS : 1.8R = 0)

บทเรยนท 5

ระบบพหปฏกรยา(Multiple Reaction System)

ในปฏก รยาเคมแบบพหปฏก รยา ค อปฏก รยาท ประกอบดวยปฏกรยาเดยวหลายๆปฏกรยามารวมกน ดงนนในการออกแบบถงปฏกรณเราควรเลอกถงปฏกรณทเหมาะสมทสดสำาหรบปฏกรยาเคมนนๆ คำาวาเหมาะสมหมายถงวาถงปฏกรณทเราเลอกตองสามารถทำาใหเกดผลตภณฑทเราตองการมากทสด และผลตภณฑทเราไมตองการนอยทสด

5.1 การออกแบบถงปฏกรณสำาหรบปฏกรยาอยางงาย- เมอมสารตงตนตวเดยวในปฏกรยากำาหนดปฏกรยา คอ


K1 RASK2


และกำาหนดให A คอสารตงตน R คอ ผลตภณฑทตองการ S คอ ผลตภณฑไมทตองการเพราะฉะนนจากปฏกรยาเคมขางบนเราจำาเปนตองลด ผลตภณฑไมทตองการ(S) ใหเกดนอยทสดและตองทำาให ผลตภณฑทตองการ(R) เกดขนมากทสดดงนนเราจงเอาคาอตราการเกดผลตภณฑของสารทงสองตวมาเปรยบเทยบกน

(5.1)

เพราะฉะนนจากสมการ(5.1)จะพบวาตวทท ำาใหเกดการเปลยนแปลง

ถา k1=k2 จะไดวา สามารถแยกพจารณาเปนกรณไดคอ

1. เมอ จะพบวา ;CA ยกกำาลงคาบวกเพราะฉะนนคา

CA ควรมคามากๆเพราะจะทำาให มาก และควรเลอกใชถงปฏกรณแบบ Batch หรอ PFR เนองจากถงปฏกรณสามารถ operate ท มากๆ2. เมอ จะพบวา ;CA ยกกำาลงคาลบเพราะฉะนนคา CA

ควรมคานอยๆเพราะจะทำาให มาก และควรเลอกใชถงปฏกรณแบบ CSTR เนองจากถงปฏกรณสามารถดำาเนนการ ท CA นอยๆ


RR 1

s s 2

dCdCdt = = = dC dC

dt

R A

S A

r k Cr k C

R 1 2 1 2R 1

s s 2

dCdCdt = = = dC dC

dt

R A B

S

r k C Cr k


3. เม อ จะพบวา แสดงวาค า CA ไมมผลแตถ าเป นปฏกรยาแบบทอตราเรวของปฏกรยาลดลงเมอคอนเวอรชนสงขน ควรเลอก ถงปฏกรณ แบบทอไหล (PFR) เพราะใชปรมาตรนอยกวาแบบถงกวน (CSTR) ทคอนเวอรชนเดยวกน เมอมสารตงตนสองตวในปฏกรยากำาหนดปฏกรยา คอ

(5.2)

เพราะฉะนนจากสมการ (5.2) สามารถแยกพจารณาไดเปน 1. ถงปฏกรณแบบไมตอเนอง ( Batch reactor )

- ถา ความเขมขนสงเทาๆกน สามารถปอนพรอมกนทเดยว- ถา ความเขมขนตำาเทาๆกน ควรคอยๆปอนสารทงสอง

พรอมกนทละเลกทละนอย- ถา ควรคอยๆปอนสารทมวามเขมขนตำากวาลงในสารทมความเขมขนสงกวาดงทจะแสดงดงรปตอไปน



รปท 5.1 แสดงการปอนสาร A และ B เมอความเขมขนของ A และ B ตางสำาหรบ ถงปฏกรณแบบไมตอเนอง ( Batch reactor )

2. ถงปฏกรณแบบไมตอเนอง ( CSTR และ PFR )- ถา ความเขมขนสงเทาๆกน สามารถปอนพรอมกนทเดยว

ไดททางเขาของ PFR หรอ CSTR ตออนกรม- ถา ความเขมขนตำาเทาๆกน ควรใชแบบ CSTR- ถา ควรใหสาร A ปอนเปนสายหลก แลวใหสาร B เปน

สายเสรมเขาสสวนตางๆของ PFR หรอเขา CSTR ทตออนกรม

ดงทจะแสดงดงรปตอไปน



รปท 5.2 แสดงลกษณะของการเลอกถงปฏกรณทความเขมขนของ A และ B ตางๆ

ตวอยางท 5.1 กำาหนดปฏกรยาเกดในวฏภาคของของเหลวโดยมสมการของการเกดปฏกรยาดงน

โดยกำาหนดวา คอ R คอ ผลตภณฑหลก (ผลตภณฑทตองการ)

S คอ ผลตภณฑรอง (ผลตภณฑไมทตองการ)จงออกแบบถงปฏกรณทเหมาะสมทสดในปฏกรยาน

วธทำา1. นำาอตราการเกดปฏกรยาของผลตภณฑหลก , R หารดวยอตราการเกดปฏกรยาของผลตภณฑรอง S

จะได

2. พจารณาเลขชกำาลงบน และ ถาเปนบวกแสดงวาตองการสารตวนนในปรมาณมากๆ แตถาเปนลบแสดงวาตองการสารตวนนในปรมาณทนอย แตในทนคา ยกกำาลงคาบวกและ คา ยกกำาลงคาลบเพราะฉะนนแสดงวาตองการปอนสาร A ปรมาณมากและปอนสาร B ในปรมาณนอย


R

A

rr


3. ถงปฏกรณทควรเลอกคอแบบ PFR ทมสายปอนเขาดานขางดงภาพ

จากทกล าวมาท งหมดในข นต นท ำาใหเราทราบแลววาจะตองออกแบบปฏก รยาและเล อกถ งปฏ กรณแบบใดจงจะท ำาให เก ดผลตภณฑหลกมากทสด ตอมาเราจะมาคำานวณตอวาผลตภณฑหลกทเกดเกดมากสดนนมค าเทาไหร ซ งเราสามารถหาไดจากคาผลได ( yield ) และคาซเลคทวต( selectivity)

5.2 นยามของผลได (Yield)

คำาวาผลไดมคำานยามไวหลายรปแบบแตทจะกลาวถงจะพดถง 2 ลกษณะทไดศกษาคอ

- ผลได แบบสดส วนบดดล ( instantaneous yield ) หมายถง อตราสวนระหวางอตราการเกดปฏกรยาของผลตภณฑ ( ) ตออตราการเกดปฏกรยาของสารตงตน ( ) ในถงปฏกรณแตละใบ

(5.3)

- ผลไดแบบสดสวนโดยรวม (overall fractional yield) หมายถง อตราสวนระหวางมวลของผลตภณฑ ( ) ทเกดขนทงหมดตอมวล


0 00

1 1Af Af

A A

C C

A AA Af AC C

dC dCC C C

evaluated at AfC


ของสาร A ททำาปฏกรยาไป ( ) โดยเราคดกบถงปฏกรณทกใบทใชในการเกดปฏกรยา

(5.4)

ความสมพนธระหวางคา กบคา

ในการออกแบบถงปฏกรณ เราตองทราบความเขมขนของสารทตองการผลต(ผลตภณฑทตองการ, ) และทราบความเขมขนของสารตงตนตอนเร มตน ( ) ดงนนในการคำานวณเราจงมกใชคา เพอความสะดวกในการคำานวณ สำาหรบคา จะขนกบคา และชนดของถงปฏกรณตามสมการ (5.5)และ(5.6)

- สำาหรบถงปฏกรณแบบทอไหล (PFR)

(5.5)

- สำาหรบถงปฏกรณแบบถงกวน (CSTR)

(5.6)



- สำาหรบถงปฏกรณแบบถงกวน (CSTR)ตออนกรมกน N ถง

(5.7)

หมายเหต เวลาคดคดเฉพาะถงทตออนกรมกนไมคดการตอขนานและเมอเรานำาคาความสมพนธระหวางคา และความเขมขนของสารตงตนมาเขยนกราฟจะไดกราฟดงทแสดงขางลาง

รป (a)

รป (b)


1 0 1 2 1 2 , 1,

0

( ) ( ) ... ( )A A A A N A N ANN CSTR

A AN

C C C C C CC C

ของเครองปฏกรณ แบบทอไหล แบบทอไหล

ของเครองปฏกรณ แบบถงกวน

( )AC


รป (c)

กราฟแสดงความเขมขนของผลตภณฑขาออก โดยทกราฟ (a) เปนของ PFR กราฟ (b) เปนของ CSTR และ กราฟ (b) เปนของ CSTR แบบตออนกรมกน N ตว

การทจะเลอกรปแบบของ reactor ใดทใหคา สงสดนน ขนกบลกษณะของเสนกราฟทแสดงความสมพนธระหวาง กบ รปแบบของ reactor ทควรเลอกตามรปรางของเสนกราฟตางๆดงรปขางลาง

รป (ก)


เครองปฏกรณแบบถงกวนตออนกรม

1AC

AfC 0AC

,R mC,R pC


รป (ข)

รป (ค)

จากรปหนาทผานมาจะแสดงความเขมขนของผลตภณฑ ทมากทสดขนกบลกษณะของเสนกราฟระหวาง กบ โดยท (ก) คอถงปฏกรณแบบ PFR , (ข ) คอถงปฏกรณแบบ CSTR และ(ค)คอการตอกนระหวางถงปฏกรณแบบ CSTR และ PFRขอควรระวงในการทำาโจทย คาและใชสำาหรบปฏกรยาแบบขนานเทานน

5.3 นยามของซเลคทวตซเลคทวต (selectivity) คอการเลอกเฉพาะเจาะจงบางทอาจจะ

อธบายความหมายงายๆไดคอซเลคทวตคออตราสวนระหวางโมลของสาร


แบบทอ แบบถง


ท เ ร า ต อ ง ก า ร (ผ ล ต ภ ณ ฑ ห ล ก )ต อ โ ม ล ข อ ง ส า ร ท เ ร า ไ ม ตองการ(ผลตภณฑรอง)

คาซเลคทวต (selectivity) มคาตงแต หมายเหต ถาคาซเลคทวต (selectivity) สงๆแสดงวาไดผลตภณฑทตองการมาก

ตวอยางท 5.2 พจารณาปฏกรยาตอไปน

โดยกำาหนดวา คอ R คอ ผลตภณฑทตองการ S คอ ผลตภณฑไมทตองการ

และ คาคอนเวอรชนของสาร A (XA) เทากบ 90%จงหาคาความเขมขนขาออกของผลตภณฑหลก, R โดยทอตราการไหลเชงปรมาตรของสาร A เท าก บสาร B และแตละสายมความเขมขนเร มต นเท าก บ 20 mole/liter คดการไหลในถงปฏกรณแบบทอไหล (PFR)

วธทำา จากสมการ 5.5 พบวา

และจากสมการ 5.3

เพราะฉะนน



.....(1)

โจทยบอก

.....(2)- ตอมาหาคา

.....(3)

นำาคาจากสมการ (1) (2)และ (3) แทนลงในสมการ 5.5 จะได



.....(4)

- หาความสมพนธระหวาง กบ จาก

.....(5)

แทนคาสมการท (5) ลงในสมการท (4)จะได

......(6)

หมายเหต จากสมการท(6)เราไมสามารถทำาการอนทเกรตไดเราจงใชกราฟของ Simpson’s Rules สรางกราฟความสมพนธระหวางคา กบ




0 11 0.52 0.4144 0.3336 0.290

10 0.240


จะได

เพราะฉะนนจะไดความเขมขนของผลตภณฑหลกมค าเทากบ 2.86 mole/liter ตอบ

แบบฝกหดทายบทเรยนท 5



1.) จากปฏกรยาตอไปน ถามวาควรเลอกใชถงปฏกรณแบบใดเพอใหเกดผลตภณฑทตองการมากทสดปฏกรยาคอ

กำาหนดอตราการเกดปฏกรยาเปนดงน

และ S คอผลตภณฑทตองการ เมอลำาดบปฏกรยาท1, 2 และ 3 เปนดงน1.1) ถา = 1, = 2, = 3 (ANS :เลอกถงปฏกรณแบบถงกวน CSTR)1.2) ถ า (ANS :เ ล อ ก ถ ง ป ฏ ก ร ณ แ บ บ ถ ง ก ว น CSTR หรอทอไหล PFR กไดขนกบงบประมาณ) 1.3) ถ า (ANS :เล อกถ งปฏ กรณ แบบถ งกวน CSTR)

2.) สารตงตน A สามารถสลายไดผลตภณฑ 2 ตวคอ R และ Sกำาหนดอตราการเกดปฏกรยาและปฏกรยาเปนดงน


K2K3

R

TS

K1A

K1 R ASK2


เมอทำาการปอนสาร A ทมความเขมขน 1 mol/dm3 เขาสถงปฏกรณแบบ CSTR ทตออนกรมกน 2 ถงโดยคา 1 = 2.5 min และ 2 = 5 min โดยททราบคาความเขมขนของสารตางๆทออกจากถงปฏกรณตวท 1 คอ ความเขมขนของสาร A = 0.4 mol/dm3 ความเขมขนของสาร R = 0.4 mol/dm3 ความเขมขนของสาร S = 0.2 mol/dm3 จงหาความเขมขนของสารทงหมดหลงจากออกจากถงปฏกรณแบบถงกวน CSTR ใ บ ท 2 (ANS :CA2=1mol/dm3, CR2=0.6mol/dm3, CS2=0.3mol/dm3)

3.) สารตงตน A สามารถสลายไดผลตภณฑ 2 ตวคอ R และ Sกำาหนดอตราการเกดปฏกรยาและปฏกรยาเปนดงน

เมอทำาการปอนสาร A และสาร S ทมความเขมขน 1 mol/dm3 และ 0.3 mol/dm3 ตามลำาดบเขาสถงปฏกรณแบบถงกวน CSTR ทตออนกรมกน 2 ถงโดยคา 1 = 2.5 min และ 2 = 100min โดยททราบคาความเขมขนของสารตางๆทออกจากถงปฏกรณตวท 1 คอ ความเขมขนของสาร A = 0.4 mol/dm3 ความเขมขนของสาร R = 0.2 mol/dm3 ความเขมขนของสาร S = 0.7 mol/dm3 จงหาความเขมขนของสารทงหมดหลงจากออกจากถงปฏกรณแบบถงกวน CSTR


K1 R ASK2


ใ บ ท 2 (ANS :CA2=0.07450mol/dm3, CR2=0.2277mol/dm3, CS2=0.9978mol/dm3)

4.) กำาหนดปฏกรยาและอตราการสลายตวของสาร A เปนดงน

เมอปอนสาร A เขาสถงปฏกรณแบบ CSTR โดยใหความเขมขนของสาร A ขาเขา = 40 mol/m3 จงหาความเขมขนของสาร R และ S ขาออกจากถงปฏกรณโดย XA ทมคาเทากบ 0.9 (ANS :CAf=4mol/m3, CRf=6.012mol/m3, CSf=29.988mol/m3)

5.) จากโจทยขอ 7.4 ถาเปลยนถงปฏกรณเปนแบบ PFR โดยทอตราการสลายตวของสาร A และคาคงทการสลายตวของ A มคาเทาเดมจงหาความเขมขนของสาร A,R และ S ขาออกจากถงปฏกรณ โดย XA ทมคาเ ท า ก บ 0.9 (ANS :CAf=4mol/m3, CRf=17.568mol/m3, CSf=2.049mol/m3)

6.) กำาหนดปฏกรยาและอตราการสลายตวของสาร A เปนดงน

กำาหนดให R คอ ผลตภณฑทตองการ S คอ ผลตภณฑไมทตองการจงเขยน และ


K1 R AS

K2


(ANS : )7.) พจารณาพหปฏกรยาการสลายสาร A โดยกำาหนดปฏกรยาเปนดงน

และ S คอผลตภณฑทตองการ จงหาคาความเขมขนขาออกของ S เมอกำาหนดความเขมขน A เรมตน = 2 mol/dm3

7.1) ถาเปนถงปฏกรณแบบ CSTR (ANS :CSf = 4.6 mol/dm3)7.1) ถาเปนถงปฏกรณแบบ PFR (ANS :CSf =1.386mol/dm3)

8.) กำาหนดปฏกรยาและอตราการสลายตวของสาร A เปนดงขอ 7.7 แตกำาหนดให T ผลตภณฑทตองการ จงหาความเขมขนขาออกของ T เมอกำาหนดความเขมขน A เร มตน = 5 mol/dm3 คดถงปฏกรณแบบ PFR (ANS :CTf =2.278mol/dm3)

9.) กำาหนดปฏกรยาและอตราการเกดปฏกรยาเปนดงน

โดยใหคา CA0 = CB0 และความเขมขนรวม CA0+ CB0 = 60 mol/m3 มหาวทยาลยศรนครนทรวโรฒ 119โครงการสงเสรมการผลตเอกสารชดการเรยนทเปนการสรปเนอหาในรปสออเลกทรอนกส

RST

A

R A+ S


จงหาขนาดของถงปฏกรณ และคา โดยกำาหนด XA = 0.9 และ FA0 = FB0 = 300 mol/hr9.1) ถาเปนถงปฏกรณแบบ CSTR (ANS :VCSTR = 0.6 m3,= 0.5)9.2) ถาเปนถงปฏกรณแบบ PFR (ANS :VPFR = 0.1535 m3,

= 0.5)

ภาคผนวกการคำานวณพนทใตกราฟ



การคำานวณพนทใตกราฟจะใชในกรณทเปน Batch Reactor หรอ Plug Flow Reactor เพราะตองใชการอนตเกรตเพอหาพนทใตกราฟ ซงในการหาพนทใตกราฟนเราจะใชหลกการแบงเสนโคงจากกราฟของฟงกชนเปนสวนๆแลวคดหาพนท

1.Treazoidal Rule (2 จด)วธการนไมตางกบการหาพนทของรปสเหลยมคางหม เพราะจะลาก

สวนของเสนโคงใหเปนเสนตรง ทำาใหเกดความคาดเคลอนสง

Treazoidal Rule

h = X1 – X0

2.Simpson’s One-third Rule (3 จด)

Simpson’s One-third Rule



X1 = X0 + h X2 = X1 + h

3.Simpson Three-Eight Rule (4 จด)

Simpson Three-Eight Rule

X1 = X0 + h X2 = X1 + h X3 = X2 + h

4.Five-Point Quadrature Formular

X1 = X0 + h X3 = X2 + hX2 = X1 + h X4 = X3 + h



ตวอยาง จงหาพนทใตกราฟของฟงกชน y = x3 ; 0 ≤ x ≤ 4 โดยใช Simpson’s Rule พรอมทงเปรยบเทยบผลทไดกบวธการอนตเกรตโดยตรง และวธ Traezodal Ruleวธท 1 ใช Simpson three-eight rule

จาก

โจทยกำาหนด 0 ≤ x ≤ 4ให X0 = 0 X3 = 4

แทนคา

ตอบ

วธท 2 ใชวธอนตเกรตโดยตรง

ตอบ

วธท 3 ใช Traezodial Rule



จะเหนไดวา วธท 1 และ 2 ใหคำาตอบทเทากนและถกตองแตวธท 3 เกดความคาดเคลอนจงไมควรใช

คาคงทของแกสอดมคตR = 8.314 kPa dm3mol-1K = 1.987 Btu (lbmol 0R)-1

= 0.73 ft3atm(mol K)-1

R = 8.3144 J(mol K)-1 = 0.082 dm3atm(mol K)-1 = 1.987 cal(mol K)-1

R = 0.082 m3atm(kmol K)-1



คณะผผลตสอ

1. นางสาวกนกกาญจน ประทกษกลวงศา (บทเรยนท 1)การศกษา

มธยมศกษา โรงเรยนสตรวทยากรงเทพมหานคร

ปจจบน นสตชนปท 3 ภาควชาวศวกรรมเคม คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรนครนทรวโรฒ

2. นางสาวธนาวรรณ ตอตระกล (บทเรยนท 5)การศกษา

มธยมศกษา โรงเรยนสตรสมทรปาการ จงหวดสมทรปาการ


3. นายนวดล เพชรวฒนา (บทเรยนท 2)การศกษา

มธยมศกษา โรงเรยนอยธยาวทยาลย จงหวดพระนครศรอยธยา


4. นายพรศกด กางทา (บทเรยนท 4)



การศกษา

มธยมศกษา โรงเรยนบวขาว จงหวดกาฬสนธ


5. นางสาวอลษา ไลประเสรฐ (บทเรยนท 3)การศกษา

มธยมศกษา โรงเรยนชยนาทวทยาคม จงหวดชยนาท


อาจารยทปรกษา

ดร.สทธนนท ทอแกว

การศกษา

ปรญญาตร วทยาศาสตรบณฑต สาขาเคม วท.บ.(เคม)มหาวทยาลยขอนแกน จงหวดขอนแกน

ปรญญาโท วศวกรรมศาสตรมหาบณฑต สาขาวศวกรรมเคม วศ.ม.(วศวกรรมเคม)

จฬาลงกรณมหาวทยาลย

ปรญญาเอกDoctor of Philosophy, Ph.D.( Applied Chemistry)

Tohoku University ,Sendai , Japan



บรรณานกรม

วโรจน บญอำานวยวทยา. (2544). จลนพลศาสตรและการออกแบบเครองปฏกรณเคม. พมพครงท 1. กรงเทพ : สมาคมสงเสรมเทคโนโลย(ไทย-ญปน).Fogler ,H. Scott.(1999). Elements Of Chemical Reaction Engineering. 3rded. New Jersey : Prentice Hall.Levenspiel, Octave. (1999). Chemical Reaction Engineering. 3rded. Toronto : John


จลนศาสตรวศวกรรมเคมและการออกแบบเครองปฏกรณ สาขาวชาวศวกรรมเคม คณะวศวกรรมศาสตร Wiley&Sons.Nauman, E. B. (1987). Chemical Reactor Design. 1sted. New York : John Wiley&Sons.Froment, Gilbert F. , Bischoff, Kenneth B . (1990). Chemical Reactor Analysis and Design. 2nd ed. New York : John Wiley&Sons.


http://okipac.swu.ac.th/ipac20/ipac.jsp?session=107N2E6419281.311&profile=swuo&uri=link=3100006@!91492@!3100001@!3100002&ri=2&aspect=basic_search&menu=search&source=10.2.17.4@!swuo_721



mylesson.swu.ac.thmylesson.swu.ac.th/syllabus/doc_3220040303121056.doc · web viewปฏ ก ร...

Documents