102
א א א א٢٦٥ ٢٦٥

تقنية التفاعلات كيميائية

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: تقنية التفاعلات كيميائية

אאאא

٢٦٥٢٦٥

Page 2: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥

אא

،،אא،אW

אא א א א אאאאאא،אאאאאאא

אאאא אאאאאאאWא

אאK

אאאאאאא א ،א אא

אאאאאא،אאא א ،א אא א א אא א א א א א א א

אא،אאאא،אK

אא?אא???Kאאאאאאאא

אאאאאאא،א ،א א אא

Kאאאאא

؛ א אא אאK

אאאא

Page 3: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥

אא

אאאאKא

אאאאאאKאאאא،אאאאאאאKא

אאאאאאאאאאאאא

אאאאאאאאאאאאאK

אאאאאאאאאאK

אאאאאKWאאאאאא

אאKWאאאאKאא

אאאאאאאאאאאאאאKאאאאא

אאKאאאאאWאאאא،אאא،אאאאאאאא

אK

Page 4: تقنية التفاعلات كيميائية

אאאא

אא

١

Page 5: تقنية التفاعلات كيميائية
Page 6: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא אא

- ١ -

אא

אא

אאא

אא

אא ١K אאאא ٢K אאאאאא ٣K אאאא ٤K אאא

אא

٤א

אא

אאא אאא

Page 7: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא אא

- ٢ -

אא אאא،K

Wא אאFbatchFEאאאE

אcontinuousKאאF١ J١Eאאאאאאאא

אאאאאKאאאאFאאאEאאאא

אאאKאאאאאאאאאאKא

אאאאאאאאאאאא،

אאאאאאK

١ J١Wאא(Batch)

Page 8: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא אא

- ٣ -

אאF١ J٢EאאאאאאאאKאאא،אא

אאאאאאאKאאאאאK

١ J٢Wאא(Continuous)

אאאאא(Semibatch) F١ J3Eאאא

אאאאאאאאאאאאK

אאאאאאאאאאאאאאאאאאא

אK

Page 9: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא אא

- ٤ -

ReactantA +

Products

١ J٣Wאא(Semibatch)

אאא،אאאאF(Continuous Stirred Tank Reactor, CSTRאאF

EאF١ J٤Eא،אאאאאאאאאK

אאאאאאאאאאאאא(CSTR) (Steady-state)

KKאאאאאאKאאאאאK

Kאאאאאאא

Page 10: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא אא

- ٥ -

١ J٤Wאא

אאאאאא (Plug Flow Reactor, PFR) אאאאא

F١ J٥EKאאאאאKאאאאKא

אאאאאאאאאKאאאאאאKא

אאאאאאKאאאא

אאאאאאF١ J٦KE

Page 11: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא אא

- ٦ -

١ J٥Wא(Plug Flow Reactor, PFR)

تغذية

ناتج

١ J٦Wאא

Wאאאא אאאאא

אאאאא(Bubble Column Reactor).

Page 12: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא אא

- ٧ -

אאאאאאאאא(Two-Phase Slurry Reactor)אא(Fixed Bed Reactor)

אKאאאאאאF(Three-Phase Slurry ReactorK١א J٧אאK

(A)

(B)

١ J٧W(A) אאK(B) א

אאאאא(Fluidized bed Reactor) אאאאאאאאאא

אאאאאא

Page 13: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא אא

- ٨ -

אאאאאא١א J٨K

Cracked products Combustion

gases

Spent Catalyst

Air

Hydrocarbon Feed

Regenerated Catalyst

١ J٨Wאאא(Fluidized Bed)

אאאא אאאאאאאא

אאאאאKאאאא

אאאF١ J٩E

Page 14: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא אא

- ٩ -

١ J٩Wאאאא

אאאאאאאאאאאאאF١ J

١٠(K

١ J١٠Wאאאאאא

אאאאאאאאאאF١ J١١E

אאאאKא

א

Page 15: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא אא

- ١٠ -

אאאאאאאאאאK

١ J١١Wאאאאאא

א١ J١٢א(CO)K

١ J١٢WאK

Page 16: تقنية التفاعلات كيميائية

אא

א

٢

Page 17: تقنية التفاعلات كيميائية
Page 18: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא א

- ١١ -

אאChemical Kinetics

אא

אאאא

אא

אא ١K אאא ٢K א ٣K אאא

אא

١٠א

אא אאExcelאאא

אא

אאא אאא

Page 19: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא א

- ١٢ -

אאא(Scale-up)אאא

אאאאאאאאאאאאאאאאא،א

אאאKאאאאאFאאאאEאאאא

אאKאאאאאאאא،אאאא

אאאאKאאא(Plug Flow

Reactor, PFR)אאאאאאאKאאאאא(Rate law) א

אאאא(Reactor Design)אאK

אא אאHomogenous Reaction

אK

אאHeterogeneous Reaction

אאאאK

אאIrreversible Reaction

אאאאFBA→KE

Page 20: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא א

- ١٣ -

אאReversible Reaction

אאאאאאאאאאא(Equilibrium)אא

אאFBA↔KE

אאא אאRate of Homogenous Reaction

אאאאאאאאא

אאאW

)12(dt

dnV1r i

ii −=

i ،n ،אVאKאאאא

אאאאCiW

)22(Vn

c ii −=

אW

)42(dtdc

r

)32(dt

)Vn

( dr

ii

i

i

−=

−=

Page 21: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא א

- ١٤ -

אאאאא

אאאאאW

)52(dDcCbBaA −+→+ b, a אאstoichiometric coefficientsאאא

אאאd, cאאאאאאCDא،אא

אאאאאKאW

)62(dtn d

d1

dtn d

c1

dtn d

b1

dtn d

a1- DCBA −==−=

)72(dDr

cCr

bBr-

aAr-

−===

אאF٪E Chemical Conversion אאאאאK

אאAאnAonAt،אאAW

)82(100n

n - n (t)X

Ao

AAoA −×=

،אאאאK

אאא،אא2-1٢ J٢KאאאאאF50 %KEAאאא(Catalyst)،א

BאאאKאאאאאאאאאאא

אאאF١ J2KEאא١ J2،

Page 22: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא א

- ١٥ -

אא25%t1אא45%אאKא١ J2אאאאא

אאא5%אאאאאאK

1J2אא

Page 23: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא א

- ١٦ -

2J2אא

אאאאאאא

אFאEאאאאאW

)92(c c α r- BAA −βα

:αאA

βאBK

:α+βאאK

אאאא)(αאF٩ J٢EאW

)102(c c k Ar- BAA −= βα

אkAאא(Specific reaction rate)،אאK

Page 24: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא א

- ١٧ -

Arhenius equation אאאאW

)112( eA (T)k RTE

−=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

אא،אאאאאאאאאאאאאאk

אKאEאאאא،אF

EAאF١١ J٢EKאאאאאאאk אאא

FאאEאא(ln)W

)122(RTE -A ln k ln −=

F(ln kאאא(y)(T/1)א

(x)⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−

RE،א(y)(ln A)K

אאאאאאk TFE،אkTאאא

K

אReaction Order ،אאא

אאKאW

אא(Reaction mechanism)אאאאאKאא(Reaction mechanism)א

Page 25: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא א

- ١٨ -

אאKאאK

אאאאאאאאKאא،אא

אאW

H2 + I2 → 2 HI (2-13)

אאאאאKאאאW

NaOH +CH3Br → CH3OH +NaBr (2-14)

אאW 2NO +2H2 → N2 + 2H2O (2-15)

אאאאW 2NO +H2 → N2 +H2 O2 (2-16)

H2O +H2 → 2H2O (2-17) אאאF١٦ J٢Eאא

אאF١٦ J٢Eאא٢א١K(mechanism)

אאאאאאאאאאאK

אאאK

Page 26: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא א

- ١٩ -

אאא אאאאא

אאK،אאאאאאאאKאאא

אא،אאאאאאאאאאאאאK

אאא

אא A → P (2-18)

א

19)-(2k0)A(ck dt

Ac d==−

אF١ J١٩EאאאאW

)202(dtk c

c Ac dt

0

A

Ao−∫=∫−

[ ]

[ ] 22)-(2ktcc

21)-(2ktcc

AA0

A0A

=−

=−−

cAoאאאAcAאאAtKאF٢٢ J٢EאאאאAFcA ((y)א(x)

W

Page 27: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא א

- ٢٠ -

cA

t

cAo

א -k kSImol /m3 sאא

(y)KcAoKאאאאאאאאאאאא

אאאK

אאא

A → P (٢-23)

א

)242(Ack dt

Ac d−=−

[ ] 25)-(2kt ccAc ln A

Ao=−

26)-(2kt cln - cln AAo =

27)-(2kt cc ln

A

Ao =

Page 28: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא א

- ٢١ -

אF٢٧ J٢EאW

ln (cAo/cA)

t

אאאאאkkאSIs-1Kאאא

אאאאאK

אאא

אאאאW

28)-(2P2A →

29)-(2PbBaA →+ אF٢٨ J٢EאאA

)302(2Ack

tdAc d

−=−

)312(dtk cc d

0

c

c2A

AA

Ao

−=− ∫∫t

Page 29: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא א

- ٢٢ -

32)-(2k t c1 Ao

A

c

cA

=⎥⎦

⎤⎢⎣

33)-(2k t c1

c1

AoA

=−

אאאאא1/cA(y)אt(x)אk(y)1/cAoאW

t

1/cA

1/cAo

אאאא A Bא

אאABאW

34)-(2PbBaA →+

)352(c ck tdc d

BAA −=−

אאW

١K אאאA B(cAo = cBo)b = a

Page 30: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא א

- ٢٣ -

cA = cB

אאF٣٠ J٢EF٣٣ J٢KE

٢K cAo ≠ cBob ≠ aK

אאW

)63(2c ck tdc d

BAA −=−

אאאאcBcAAאאnAoBאאnBoKAא

tnAB אאnBKF٢٩ J٢EW

)73(2)n(n)ab(nn AABB 00

−−−=

אאW

)83(2)c(c)ab(cc AABB 00

−−−=

cBאF٣٥ J٢EאאאאW

)39(2 tdk )c

ab c

ab(cc

c d t

0

c

cAAoBoA

AA

Ao

−=+−

− ∫∫

אאאאאאW

40)-(2k t cc

lncc

lnc

ab - c

1

Ao

Bo

A

B

AoBo

=⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

Page 31: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא א

- ٢٤ -

אאאאאאאאKאאאא

אאאאאאאאאאא

אאKאאאאאKאאאאא

אאאFאאEאאאאאאאאK

אMethod of Half Life אt1/2אאאאא

אאKאאאאאאאאאאKא

אאאאאאאאאאאK

אאאאאאאאאאאאאW

אא

41)-(2PnA →

)422(ck tdc d - n

AA −=

)432( tdk cc d -

t

0

c

cnA

AA

Ao

−= ∫∫

)442(c1

c1

1)-k(n1 t

1-nAo

1-nA

−⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

Page 32: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא א

- ٢٥ -

( ) )452(1 - cc

1-n ck 1 t

1n

A

Ao1-n

Ao

−⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

t = t1/2،cAo cA =1/2

( ) )462( c1

1-nk 1- 2 t 1-n

Ao

1-n

21 −⎥

⎤⎢⎣

⎡=

47)-(2 cln n)-(1 1)k-(n

1- 2ln ln t Ao

1-n

21 +=

אF٤٧ J٢Eאאא(y)אאאא(x)،1-n

אn Kאא(y)אkKאאאאאn=1،אא

אאאW

48)-(2k t ccln

A

Ao =

t = t1/2،cAo cA =1/2

)492(k t c

21cln

21

Ao

Ao −=

)502( tk

2ln 21 −=

Page 33: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא א

- ٢٦ -

אאW

)512( tk 2

c21

Ao −=

אאW

)522( tck l

21

Ao

−=

אאאאKאאאאאא،

אאאK

אאא אאאאאאאאאא

אKאאאאאאאאאאאאKאאאא

אאאאאאאאאW

١. אאאאאאאאאאK ٢. אאאK ٣. אאK

אאאאאאאאאKאאאא

אאאאאאK

Page 34: تقنية التفاعلات كيميائية

- ١١ -

אאאא

א

א

٣

Page 35: تقنية التفاعلات كيميائية
Page 36: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא אא

- ٢٧ -

אאHomogeneous Reactors

אא

אאאא

אא

אא ١K אאא ٢K אאאא

אא

٨א אא

אאאאאא

אא

אאא אאא

Page 37: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא אא

- ٢٨ -

אאאFW١Eאאא،F٢Eאאאא،F٣EאאאאK

אאאא Reactor design and laboratory rate data

אאא،אאאFאEאFא

אPFR EאFאBatch KEאאא،אא

אא،Kאאא(Feed flow rate)א(Product flow rate)אא Jא Jא

אאאאאאאאאK

אאWF١E،אאאF٢EאאאאFOptimization techniqueE،אא

אאאאאאאאK אאא،אא

אאFStorage tank Eא،אאאFCyclicalEK

אאFReactor controlEאאאאאKאאאאא

אא،(Strategy) (Fluctuations)אאKא

(Manual)אאא،א(Semi-computerized )K،אאאאאאאDirect-

digital)EאאאאFClosed-loopEא،

Page 38: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא אא

- ٢٩ -

אאKאאאאK

אאאאא(Iterative)،אאאאאאאK

אאאאאאאKאאW

١K א(Bench-scale laboratory reactor)אKאאאאא(Diffusion)אאאFאאEאא

אאKאאK ٢K אFאאא(Pilot plantK ٣K אאK

אאאאאאא،אא(SO2)K

אאאאאאאKא١אא،א

א(SO3)אאאאאK SO3אאא،אא

אאאאאאKא،אאאא

אאאאאאאאאKאאאאאא

אא(Pilot-plant)א،אאאאאKאאא

אאא،אאKאאאא

אא،אאאK

Page 39: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא אא

- ٣٠ -

אא،אאאאאאאא(Diffusion)אאא

אאאאאKאאאאאKאאאאאK

אאאאאאK

אאא،אאאאאאאKא

،אאאאאאאKא

אאאאאאאאאאאאאKא–

Jאאאאאאאאאא(Prediction methods)،אא

אאאאאאK

אאאMass and Energy Balances

אאאאאאאאאKאאא(Single-reaction system)א

א(Limiting reactant)،אאאאאאאא،אא(Limiting

reactant)KאאאאK ،אאאא

אאאא(Conversion)אאאאאאאאא(Stoichiometry)K

אאFMultiple-reaction systems)אאאK

Page 40: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא אא

- ٣١ -

א(X)אאאאאאKאאאאאKאאא

(Simultaneous reactions)(Successive reactions) אאאאאאאK

אאאאאKאאא،א

אאאאאK

٣ J١

אאאא(CSTR)KאW

HClClHCClClHCHClClHCClClHCHClClHCClHC

3362246

246256

56266

+→+

+→+

+→+

אאא(NB0)אKאאאאKאאאאא

אKאאאאXMXD

XTאאK

א

אאאא(Limiting reactant)אא،KNBNMNDNTא

אאאאאאKאאאא،אאא٢אאא

،א

)13(2

2

−=CL

DD N

Nx

Page 41: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא אא

- ٣٢ -

،א

)23(3

2

−=Cl

TT N

Nx

אאW

)33()31

21(1)(1

2−++−=++−= ClTDMTDMB NxxxNNNN

אאאא[B0](NB0)/Vא،(3-1)(3-2)אאא،Kאאא

אאW

[ ] )43(][)(

2

0

0 −== MClMB xNB

VNN

M

)53(][21][

20 −= DCl xNBD

)63(][31][

20 −= TCl xNBT

)73(]][)31

21(1[

)(][ 02

0 −++−== BNxxxV

NNB ClTDM

BB

אאאאאאאאK،אאאאאאא

Kאאאא

אאאW

)73(322

−++= TDMCl NNNN

Page 42: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא אא

- ٣٣ -

אאאאאאאKאאא٣ J١٣ J٢٣ J٣CW

)83(NXNXNXN2222 ClTClDClmCl −++=

9)-(31XXX TDM =++

F٣ J٢E אאאאF200OC250OCE

O(g)HC(g)O21(g)HC 42442 →+

)(2)(2)(3)( 22242 gOHgCOgOgHC +→+

אאאX1X2אאW

11 22

22

1XNor

NX OHC

OHC ==

22 21

21

2

2

XNorN

X CO

CO

==

אאאW OHX 222 =

42211 HCXX =−−

N2 = O.79(air)

Page 43: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא אא

- ٣٤ -

)321()(21. 212 XXairoO +−=

אא1211 Xair−+

אאאאאW

4

142

211 XA

XOHC

−+=

4

22

211

2

Xair

XCO−+

=

4

22

211

2

Xair

XOH−+

=

4

2142

211

1

Xair

XXHC−+

−−=

4

2

211

79.0

Xair

airN−+

=

4

24

2

211

)321(21.0

Xair

XXairO

−+

+−=

אאX2HX1KאאאאX1X2LX1אאK

אאW }אאאא{ J}אאאאא{

J}אאאאא{=}אאאאאא{F١٠ J٣E

Page 44: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא אא

- ٣٥ -

אאאאאאאאאאאV∆אאא∆Τאאאאא،

Kאאאאאאאא∆ΤאאאאKאאאאאtr ∆∨∆،

rאאאKאr،אאאאF٣ J١٠Eא،אאאא

אאאאאאK אאMass Balance

אF٣ J١٠EF٣ J١١EאV∆אא،אאF٢ J٣KEאאא

אאאאאKאאאFאא،Xא

א،אאאאאאאא(Bulk flow)אאא،F٣ J١٠EW

tXF ∆− )1( Kאאאאאא∆Χ+Xאא

∆Τ∆−− )1( XXFK

אאאאאאאאKאאtVr ∆∆،rאKאאא

אאאאאאV∆Kא،אאאאrא

אאאאK

Page 45: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא אא

- ٣٦ -

אא אאאאאאאא

)אאKEאאאאאאאאFאאאאאE،

אאאאKאאאV∆אt∆W

}אאאאא{ J}אאאאאא{H}אאאאאא{=}אאאא{F١١ J٣E

אאאאאאא(Internal energy)אא(Potential energy)אא(Kinetic energy)

אאאKאאאאאאאאאאKאא

אאאאאאאאאאKאאאאאא

אאאאאאאאאFאאKEאאאאאאא

אאאאKאF٣ J١١EאאאאאאK

אF٣ J١٠EF٣ J١١E،אאאאKאאאא

אאMixing)Eא(Diffusion )אאKאאאאאא،אאאאא

אאKאאאאF٣ J١٠EF٣ J١١EאאK

Page 46: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא אא

- ٣٧ -

אאאThe Ideal Stirred-tank Reactor אא(CSTR)אא(Steady-

state flow reactor)א،(Batch reactor)א(Semi-batch reactor)FאאKEאאאא

אאאאKאאאFאEאאאא،

אאאאאאאKאאאאאK

אאאSteady-State Flow

אאאאF٣ J١EאאKאאאאאKאאאאא

אF١٠ J٣EאאאאLimiting reactant)Et∆K

אאאKאאאאאאFאאאא،XF

אאאXPאאאאאtXF F ∆− )1(tXF P ∆− )1(אאK

٣א J١WאאאCSTRאא

א

Page 47: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא אא

- ٣٨ -

אאאאא،אאאאאKא

אאrPא،E،אאאאאtVrE ∆Kאאאא

אאאאאאאKאF١٠ J٣EאW

0)1()1( =∆−∆−−∆− tVrtXFtXF EEF

E

FE

rXX

FV −=

אאאאאאאXEאXFFאא، rEK

אאאXEאאK،אאאאאאאK

אאאאKאא،אאאאאאKKKא

אאאאאrEאא،אאאVKאאאאF٣ J١١E

אKא(Base state)FאאאאEאאKאאא(Enthalpy)

אאאאאFאEHFHEKאאאאFtא،tHF Ft ∆tHF Et ∆אא

אאW

0)()(1 =∆−+∆− tTTUAtHHF EshEF

Page 48: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא אא

- ٣٩ -

0)()(1 =−+− EshEF TTUAHHF

אאאאאאאאאTsאאאאU(Overall-heat-transfer coefficient)

אא(Effective area)אאAhKאאH∆אאKא

אא،אאאאא،אH∆אrאאאHEאK

אאאאHE JHFאאHrT ∆,, אאאאאKאאא

TFTEאאאאאאא،Kא(TE-TF)CpMHXX FE /)( ∆אאW

1

)()()(MFHFXXXXTTeHH FEFEFEPFe

∆−+−+−=−

M אאאא(Limiting reactant)∆ΗאאאאאKאF٥ J٣EF٤ J٣E

0()()( )1 =−+∆Η

−−− EshFEPeF TTUAM

XXFeTTF

אאאאאאאKאאFX J EXאF٣ J٣E

0)()(1 =−+∆Η

−− EshEPEF TTUAM

VreTTF

אF٤ J٣EF٦ J٣EF٧ J٣E،אאאאא(Homogeneous reactors)

Page 49: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא אא

- ٤٠ -

אFאאEBatch Operation (Non steady-State) אאאאאאאK

אאא،אאmאא∆Χאt∆،אאאאא

אt∆Xm∆−،אאW

XmtrV ∆=∆−

אKאאאאאאF٨ J٣Eאאt∆א0→∆t

F٩ J٣EmVr

dtdx

= אאאאrאFאא

אאEאא،XאאאKאאF٩ J٣E

F١٠ J٣E∫ ∫== 2

1

2

11

X

Xt

XX r

dXmm

rvdXm ρ

X1אאאX2אאtKאאאא

אאmtאρאKאאאאאאאאאאא

אאKאאrאρאאאאK

אאאאאאK

Page 50: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא אא

- ٤١ -

אאאאאאאKאFאEאאאF٢ J٣E

אKאאאאאאאאאאאאKאא

אאאאאאtrVMH ∆∆ )/Kאאאאt∆T∆،אאאאא

אאTCn vt ∆אF٢ J٣EאW

∆Τ+∆∆Η

=∆− etsh cmtrVM

tTTUA )(

Tא،אאאאאF٩ J٣EאאאאאאאאK

אF١٠ J٣EאאאאאK

אאSemi-batch Operation

אאאאאאאאאאKאאאא

אאאאאא،אאאKאאאאKאאא

אK אאאא،אאאאא(CSTR)K

אאאאאאאFאאאKEאאא

אאאאאאKאאאאאא

אK

Page 51: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא אא

- ٤٢ -

אאאאאאאאאאאאאKא

(Hexamethylenetetramine)،אאאאFאאאEאאא

אאאאא(Exothermic reaction)Kאאאאא

אאאאKאאאאא،אא،אא

אאאאאK אאאאאK

אאאאאאאאאKאאאאאא

א،אFאאאאEאאאאאK

אאאFאאE The Ideal Tubular-flow Reactor (Plug-flow Reactor, PFR)

אא(PFR)אאאאאא،אאאאF٣א J٢KEאאא

אאFאאEאאאKאאא Jאאא J

אאאאKאאF٣אVא J١٠EF٣ J١١EאאאאK

V∆אאאKאF٣ J١٠EF٣ J١١EFPartial differential

equations)אאאאאK

Page 52: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא אא

- ٤٣ -

٣א J٢Wאאא

אא،אאאאאאאאאאאאKא

אאאאאאא،WאאאאFאאEא،אאאא،אKאא

אאאאאא(Plug-flow reactor)Kאאאאאא

אאאK אאאאא

אאאאKאאאאאK

PFR אא א

Page 53: تقنية التفاعلات كيميائية
Page 54: تقنية التفاعلات كيميائية

אאאא

א

א

٤

Page 55: تقنية التفاعلات كيميائية
Page 56: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אאא אא אא

- ٤٤ -

אאHeterogeneous Reactions

אא

אאאאא

אא

אא ١K אאא ٢K אאאא ٣K אא ٤K אאאאא

אא

٨א אא

אאאאאא

אא

אאא אאא

Page 57: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אאא אא אא

- ٤٥ -

אאאTypes of Heterogeneous Reactions

אאאאאאאאאאKאאא

،אאKאאאאאאאא

אאWא(Cracking)אא،(Reforming)א،(Dehydrogenation)Fא

אאEא،(Isomerization)،א(Desulfurization)KKKK

אאאאאאאKאאאFE

אFKEאאאאאאאKאא

א(Transient)אאאאאאאא(Steady-state)K

אאאאאאאNa2SO4NaClאאW

(g)4(s)2(g)23(g)(s) 2HClSONaOHSO2NaCl +→++

K אאאאאאא

אאאאאאאאאאאא،אא

אא(Bubble column)אאאאא(Countercurrent)א(Co-current)Fא

אאאא(Spray column،

Page 58: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אאא אא אא

- ٤٦ -

אאKEאאאCO2אא(Amine Solution)אK

אאאאאאאאאאאא JאאאאK

אאא(Alkylation)AlCl3(s)K

אאאאאא(Sludge)Kא

אKאאאאאאאאא(Hydrogenation)א،

אאKאאא(CSTR)אאאאאא

אאאאאאKאאאאאאא،אאאאא

אאאKאאא،אאאא

אK אאאאאא(Fixed Bed Reactors)א

אא،אאKאאא(Volatility)א

א Kאאא

א،אאאאאאאK

Page 59: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אאא אא אא

- ٤٧ -

אאאDesign Of Heterogeneous Catalytic Reactors

אאאאאאKאאא

،אאא،א،אאאאאK אאאאאאאא

אאK

אאFIXED BED REACTORS

אConstruction and Operation

،אאאאאאאא،א

אKאאאאא،אאאאאא

אאאא،אKאאאאאאא

אאאK א،אאאאא

אאאאKאאאאא

٤ J١،אאאאאא،אאא،אאאא

אאאאאאF٢٥EאאאFאא

Exothermic reactionKEאאאאאאK

Page 60: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אאא אא אא

- ٤٨ -

٤ J١WאאאK

אאאאאאאאKאאאאאאאאא،

אאא،אאא،אאאאא،אאאאא،א

אאאאאאאKאאא

אאאא،אK אאאא

אKאאאFאא(Hot SpotאאאאאאאK

אאאאא(Intercooler)}א٤ J٢K

Page 61: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אאא אא אא

- ٤٩ -

٤ J٢WאאאאאאFE،אאFEאא

אאאאאאאא،א

אאאאK

)أ(

)ب(

Page 62: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אאא אא אא

- ٥٠ -

Wאאאאאאא J א J אא

J אאH،אא،אאאאא

אאאא،אאאאאאאאאאא

אאאאאאאאאאF٤ J٢KEאאא

אFאאאאאאאאEאאאא،

،אאאאאאא،א،אאאאאא

אKאאאאאאא،

אאאא،(Equilibrium Conversion)K

אאאאאאא،אאאאא

אאאKאאאאW J אאאאא

،אאאאאאK

J אאאאאאאKאאאאאאאא

אאא

Page 63: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אאא אא אא

- ٥١ -

אאאאאאאאא

400-500oCK J אאאא

W F١E אאאאאK F٢E אאאאK

אאא،אאאאאאאאאאאאK

אאאאאאאאאאאאא

אאא،אאאK

(Regeneration)אאא،אאאאא

Kאאא Jאאא J(Shut down)

אא،אאKאאאאאאאK

אאאאאאאאאאא،אאא

אאא،Kאאאא

אK אאאאאאאאא

אאאאאK،אאאאאא0.91 mאאא

Page 64: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אאא אא אא

- ٥٢ -

אא،אא،א3 mא،אא

אאא،אאא3 mKאאאא

K אא

אאאאאMonolith Catalyst Beds אאאאאאאא،אאא

אאאאאאאאKאאא

אאאאאאKאאאא

א،אאKאאא

(Airfoil)אאאאא،א٤ J٣K

٤א J٣WאאאאK

א א

אא

אא

Page 65: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אאא אא אא

- ٥٣ -

אאאאאאאאאאא،אאאא(NOx)אא(HC)א(CO)אאא،(Pt)

א(Rh)א(Pd)אK אא Jאאאאאא J

אאאאא،אאאK

אאאאAuto Thermal Reactors אאאאF

אאא،אWWater-Shift reaction)CO+H2O↔H2+CO2Eאאאא

KאאאאאאאאאאF٤א–٤KEאאא

אאF٤א J٤Eא،(Recycle)אאאF٤א J٤KEאא

אאא(Auto Thermal)א،אאאאאKא

אאאאאאאאאאK

אאאאאאא٤ J٤א،אאאאאאK

Page 66: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אאא אא אא

- ٥٤ -

٤א J٤WאאאאK

אאFLUIDIZE BED BEACTORS אאאאא

אאאאKאא

א

אא

א

Jאא

אא

א

א

Jאא

אא

א

א א

Jאא

Page 67: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אאא אא אא

- ٥٥ -

א(Bubbling Regime)א٤ J٥Kאאאא

אKאא–א JאאאאאאKא

אאאא(Dense Phase)אאאאKאאא

،אאאFאאאאKE،אא

אא،אאאF٤ J٦EK

٤ J٥WאאאאK

א

H

Page 68: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אאא אא אא

- ٥٦ -

٤ J٦WאאK

אאOperating Characteristics אאאאאאאאאא

،אאאKאאאFא310אאא

אאKEא٤ J٧אאאKאאאאK

אאאאא(Regenerator)אFEאא

א،אאאFEKאא،אאאאאאא

אא٤ J٧אאK אאאאאאא

אא،א(Hot Spot)אאKאאא

אאאאאאK

Page 69: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אאא אא אא

- ٥٧ -

אאאא،Fאאאא

אאאKEאא،אאאאאאאאאאK

אאאאאאאאKאאא

אא،אאאאאKאאאאאאאא

(Cyclone Separators)،אא،אאאאאאK

אאאאאאאאאאאKאאאאK

אאא(Gas Oil)אאאאא،אאאאאא(Molecular SieveאאK

٤ J٧WK

Page 70: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אאא אא אא

- ٥٨ -

אאSLURRY REACTORS אאאF٤ J٨Eאא

،אאאאאאאאאאאKאא

אאאאאאW

J אאא J אאאאא

J אאאאK

אאאאאאאא

אאKאאאאאאא

אאK אאאאאאK

אאאאאאאא

V

א

אא

xe

Qg.Cg.f

Xfאא

∆V

٤ J٨Wאאאאא

Page 71: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אאא אא אא

- ٥٩ -

אאאאאKאאKאאאאאKאאאאא

אאאאאאא، Jא Jאאא

Kא٤ J٩אאאFKE

٤ J٩Wאאא

Page 72: تقنية التفاعلات كيميائية

אא

א

٥

Page 73: تقنية التفاعلات كيميائية
Page 74: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא א

- ٦٠ -

אCatalysis

אא

אאאאK

אא

אא ١K אאא ٢K אא ٣K אא

אא

٨א אא

אאאאאא

אא

אאא אאא

Page 75: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא א

- ٦١ -

אאאאאא،אאא

אאK אאא

אאאאאKאאאאאאאאFThermodynamicE

אK

אאאאאאאאKאא،

אKאאאKאאאאאאאאא

אK אאאKאא

אאאאאאאK

א

א

Page 76: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא א

- ٦٢ -

אא אאאאאW

١K אאאאK

٢K אאא(Active centers)אאאאאאא،אא

Kאאאא٣K אאאא

אK ٤K אא(Equilibrium conversion)אאא،א

אא(Forward reaction)א(Reverse reaction)K

٥K אאאא(Selectivity)K ٦K ،אא،

אאא(Chain reaction)אאאK

٧K אאאאא(Auto catalytic reaction)אאאK

אאאאאK

אActivity

אאאאאK

אSelectivity

אאאK

Page 77: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא א

- ٦٣ -

אPoisoning

אאאאאאK

א אW

aK (Active ingredient)אאK bK א(Support)אא،א

אK cK (Inhibitors) אאאא،

אאKאאאאאאא

אKאאאאK

dK א(Promoters)אK

א Heterogeneous Catalysis

אאא،אאאאאאאאאאKא

אאK אא(A → B)אאW

Page 78: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא א

- ٦٤ -

١K א(External Diffusion)אאAאK ٢K אא(Internal Diffusion)אאAאK ٣K אא(Adsorption)אאאאאא

(Physisorption) ،אא(Chemisorption)K ٤K אאאא (Surface reaction)K ٥K א(Desorption)אאאאK ٦K אאאBאאK ٧K אאBאאK

Homogeneous Catalysis

אאאאאאKאאאאאKKאא

אאאא(PdCl2)K

אא אאאFE،אא

אאאKאאאW

Page 79: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא א

- ٦٥ -

١K א(Precipitation)

אאאא،אאאא،אאא

אK ٢K אImpregnation אאאא،אאאאאא

אאאאאאאאא،אאאKאאאאאאאאאK

אאאאאאאK

אאאאאאאאK

٣K אFusion אאאאאאאאFFusionE

אאאאאא،אFFe3O4EאאFAl2O3EאFK2OE

אFCaOEK ٤K אא

אאאאאאאאאKאאא،

אאאאאאאKאאKאא

אK אאאאאאא

אאKאאאאאKאW

Page 80: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא א

- ٦٦ -

• אאאאאאאאאK

• אאאאK • אאK • אK • אאאאאKאא

אאאאאאאK ٥K אא

אאאאאאאאאKאאאאאאK

אאא אאאאאאאK

אאאאאאK

אאאאא Jא JאאK

Page 81: تقنية التفاعلات كيميائية
Page 82: تقنية التفاعلات كيميائية

٦

Page 83: تقنية التفاعلات كيميائية
Page 84: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא

- ٦٧ -

אא

אא • אאאאאאא • א،אאאא

אאאאK • אאאאא

א • אאאאא • אאאאאאא

(1)

אאאאאאאאאאאאאW

k (h-1) 0.5 1.1 2.2 4.0 ٦.0

T(oC) 30 40 50 60 70

אאא

א

אאEאLKאאאאאא

אא5אא،W

• ln k 1/Tא • ln k1/T • אאא • EאL אאאא

Page 85: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא

- ٦٨ -

אאאExcelWindowsאאאW

אאאAאאאאאאאאאא

אA1+273enterא303אB א

אאאאאא303 אאB1אאאא

אאאאאאאB

Page 86: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא

- ٦٩ -

• אאא1/TאC1אאאא

Page 87: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא

- ٧٠ -

• kאDאEאFln (E1אאאkא

Page 88: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא

- ٧١ -

אColumn InsertEאCאאא

Page 89: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא

- ٧٢ -

Page 90: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא

- ٧٣ -

אאEFאאאאXY(scatter)אא،אאאא

Page 91: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא

- ٧٤ -

• Next אא

• אאאאאאאchartאAdd Trendline

Page 92: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא

- ٧٥ -

• אAdd trendlineאlinear

אoptionsאאW

Page 93: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא

- ٧٦ -

Page 94: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא

- ٧٧ -

• OKא • אאאאאא

אאאgrid linesאאאאאאאאאאאא

אאאא

Page 95: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא

- ٧٨ -

• אאאא-E/R–6529.4ln L20.927R = 0.008314 kJ/mol KE=54.29 kJ/molX

1011L = 3.19 אאExcel אאאאא

א

Page 96: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא

- ٧٩ -

אא אאא

אאא

١. אאא • אא • אא • אא ٢. אאא • אאאא • אאא • אאאא אאא .٣ • אאאאא • אאאאא • אאאא ٤. א אאא • • אאאאאאא • אאאאאא ٥. א • אאאא • אאאא • אאאא ٦. אאאא • א • אא • א

Page 97: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא

- ٨٠ -

٧. אאאאאא • אאאא • אאאא • אאאא ٨. אאאאא • א • אא • א ٩. אאא • א • אא • ١٠. אא • א • אא • אאאא

Page 98: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא

- ٨١ -

אא אאא

אאא

١. אאא • אא • אא • אא ٢. אאא • אאאא • אאא • אאאא ٣. אאא • אאאאא • אאאאא • אאאא ٤. א • אאא • אאאאאאא • אאאאאא ٥. א • אאאא • אאאא • אאאא ٦. אאאא • א • אא • א

Page 99: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא

- ٨٢ -

٧. אאאאאא • אאאא • אאאא • אאאא ٨. אאאאא • א • אא • א ٩. אאא • א • אא • ١٠. אא • א • אא • אאאא

Page 100: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ אא אא

- ٨٣ -

אא

1. Scott, H., Fogler,O., “Elements of Chemical Reaction Engineering”, International edition, Prentice Hall Inc., USA, 1999 2. Smith, J.M., “Chemical Reaction Engineering”, International edition, McGraw-Hill,

USA, 1981

Page 101: تقنية التفاعلات كيميائية

א ٢٦٥ א אא

א ..................................................................................................................... ٣

אא ........................................................................................................... ١

אא ........................................................................................................... ٢

אאChemical Kinetics ............................................................ ١١

אMethod of Half Life ............................................. ٢٤

אאHomogeneous Reactors ........................................................ ٢٧

אאHeterogeneous Reactions ................................................. ٤٤

אCatalysis ................................................................................................ ٦٠

......................................................................................................... ٦٧

א٧٩ ............................................................................................................ א

אא ..................................................................................................... ٨١

א٨٣ .................................................................................................................. א

Page 102: تقنية التفاعلات كيميائية