›
›

Bài tập thực hành Kỹ thuật phản ứng

pdf 47 trang hapham 250
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài tập thực hành Kỹ thuật phản ứng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_tap_thuc_hanh_ky_thuat_phan_ung.pdf

Nội dung text: Bài tập thực hành Kỹ thuật phản ứng

  1. BÀI TẬP THỰC HÀNH KỸ THUẬT PHẢN ỨNG 1
  2. BÀI 1: THỜI GIAN LƯU I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM: - Khảo sát thời gian lưu của hệ thống bình khuấy mắc nối tiếp theo mô hình dãy hộp. - Xác định hàm phân bố thời gian lưu thực với phổ thời gian lưu lý thuyết. - Tìm hiểu các cận của mô hình dãy hộp và thong số thống kê của mô hình thí nghiệm. II. LÝ THUYẾT: 1. Thời gian lưu: Định nghĩa: Thời gian lưu của một phần tử trong hệ là thời gian phần tử đó lưu lại trong bình phản ứng hay trong thiết bị phản ứng bất kì cần khảo sát. Những phần tử lưu chất khác nhau sẽ đi những quãng đường khác nhau trong thiết bị và mất những khoảng thời gian khác nhau. Dựa trên các hàm phân bố thời gian lưu xác định, ta có thể đánh giá tương quan về dòng chuyển động trong thiết bị, các nhược điểm khi thiết kế như vùng chảy tù, chảy tắt, phân lớp từ đó mà ta khắc phục nhược điểm của thiết bị. Dựa trên phổ thời gian lưu mà ta có thể vận hành tối ưu và qua đó thiết lập các thong số, phương pháp điều khiển cũng như tối ưu hóa trong thiết bị. t t t Thời gian thu gọn  là tỷ số giữa thời gian lưu của phần tử bất kì và t  V thời gian lưu trung bình của toàn hệ. Với: V là thể tích của hệ bình phản ứng V là lưu lượng của dòng lưu chất vào thiết bị phản ứng 2. Các phương pháp đánh dấu: Để đo thời gian lưu, mà trong thời gian đó một phần tử xác định lưu lại trong một hệ dòng chảy, người ta phải phân biệt nó với các phần tử khác bằng cách đánh dấu. Các phần tử đánh dấu phải có đặc điểm là không được ảnh hưởng và khác biệt với các phẫn tử tạo nên tương quan trong hệ. 2
  3. Các loại chất chỉ thị đánh dấu đối với môi trường lỏng có thể là: Dung dịch màu, các chất phóng xạ, các chất đồng vị phóng xạ ổn định, các hạt rắn phát sáng Các loại chất chỉ thị thích hợp ta có thể để nó vào hệ theo 2 kiểu: - Tín hiệu ngẫu nhiên. - Tín hiệu xác định: tín hiệu tuần hoàn và tín hiệu không tuần hoàn. - Để khảo cứu thiết bị, người ta dung loại tín hiệu xác định không tuần hoàn, loại tín hiệu này có thể được tạo ra nhờ: . Đánh dấu bằng va chạm (tín hiệu xung) . Đánh dáu bằng cách cho nhập liệu vào lien tục một lượng xác định (tín hiệu bậc). . Đánh dấu bằng cách cho nhập liệu chiếm chỗ toàn bộ trong hệ. - Trong thí nghiệm này ta chọn loại đánh dấu bằng va chạm (xung) - Loại đánh dấu này thường thích hợp với chất chỉ thị là chất màu. - Ta có thể biểu diễn hàm phân bố mật độ xác suất thời gian lưu: ra ra CII C() t f() t vao * CII C () t 3. Bình phản ứng lý tưởng: a. Bình khuấy lý tưởng: có tính chất là quá trình khuấy trộn là hoàn toàn do đó hỗn hợp đồng nhất trong tất cả các phần của thiết bị và giống với dòng ra. Điều này có ý nghĩa là phân tố thể tích trong các phương trình liên quan có thể được lấy là thể tích V của toàn thiết bị phản ứng. b. Bình ống lý tưởng: Có tính chất của dòng chảy thay đổi theo phương dọc trục (từ đầu vào đến đầu ra) chỉ do quá trình phản ứng. Các điểm trên cùng một tiết diện vuông góc với phương dọc trục đều có cùng một tính chất. c. Mô hình dãy hộp: Khi nối các bình khuấy trộn lý tưởng lai với nhau ta có mô hình dãy hộp. Tổng quát với mô hình dãy hộp n bình mắc nối tiếp, ta có hàm phân bố thời gian lưu lý thuyết (hàm đáp ứng) như sau: 3
  4. nn C  n 1 e ni ni(n 1)! i Vẽ hàm đáp ứng Cn theo các giá trị n khác nhau, ta có được đồ thị. Ta thấy rằng: n = 1 phổ của hàm đáp ứng là phổ của bình khuấy lý tưởng n phổ của hàm đáp ứng là phổ của bình ống lý tưởng 4. Xác định nồng độ bằng cách đo mật độ quang. Tỷ số C/C0 hoàn toàn có thể thay thế bằng tỷ số D/D0 nên ta chỉ cần đo mật độ quang thay cho việc đo nồng độ. Cơ sở là định luật Lambert – Beer: D . b . c k . C 2 lg( T %) Với :  : hệ số hấp thu mol (l/mol.cm) b: chiều dài cuvet chứa mẫu (cm) C: nồng độ mẫu (mol/l) k: hệ số tỷ lệ T: độ truyền suốt (%) III. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM, TÍNH TOÁN VÀ ĐỒ THỊ: 1. HỆ MỘT BÌNH GIÁN ĐOẠN T0 (%) Đường kính (d) Chiều cao (h) Lưu lượng (Q) 42.2 120 mm 105 mm 0.3 l/ph t (S) t1 t2 t3 t4 t5 T (%) 44 42.8 42.3 42.3 42.2 Chọn T0 = 42.2 2. HỆ MỘT BÌNH LIÊN TỤC 4
  5. T0 (%) Đường kính (d) Chiều cao (h) Lưu lượng (Q) 45.3 120 mm 105 mm 0.3 l/ph STT t (s) T (%) STT t (s) T (%) 1 0 66 17 480 94.9 2 30 64.3 18 510 95.3 3 60 67.1 19 540 95.6 4 90 76.8 20 570 96 5 120 79.5 21 600 96.4 6 150 81.6 22 630 97.1 7 180 86 23 660 97.3 8 210 88 24 690 98 9 240 89.3 25 720 98.2 10 270 90 26 750 98.7 11 300 90.8 27 780 98.8 12 330 91.2 28 810 98.9 13 360 92.1 29 840 99.7 14 390 92.7 30 870 99.8 15 420 93.9 31 900 99.9 16 450 94.5 32 930 100 HỆ HAI BÌNH: T0 (%) Đường kính (d) Chiều cao (h) Lưu lượng (Q) 45.3 120 mm 115 mm 0.3 l/ph 5
  6. STT t (s) T (%) STT t (s) T (%) 1 0 95.7 30 870 75.4 2 30 91.8 31 900 76.3 3 60 86.2 32 930 77.5 4 90 79.9 33 960 78.4 5 120 74.3 34 990 79.4 6 150 71 35 1020 81.4 7 180 68.2 36 1050 82.8 8 210 66.1 37 1080 83.8 9 240 64.5 38 1110 85.1 10 270 63.5 39 1140 85.5 11 300 63 40 1170 86.5 12 330 62.9 41 1200 87.4 13 360 61.1 42 1230 88.7 14 390 62 43 1260 89.6 15 420 62.4 44 1290 90.2 16 450 63 45 1320 91 17 480 63.4 46 1350 91.7 18 510 65 47 1380 92.3 19 540 65.6 48 1410 92.6 20 570 66 49 1440 93 21 600 67 50 1470 94.7 22 630 67.9 51 1500 95.9 23 660 68.3 52 1530 96.2 24 690 69.3 53 1560 97 25 720 70 54 1590 98.1 26 750 71.2 55 1620 99.3 27 780 72.5 56 1650 99.6 6
  7. 28 810 73.6 57 1680 99.9 29 840 74.5 58 1710 100 IV. XỬ LÝ KẾT QUẢ: 1. CÔNG THỨC TÍNH TOÁN. a. Tính thời gian lưu trung bình: Thực nghiệm: kk D k C i t Ci t i 0 i  D i t i i 1i 1 D 0 i 1 t k k k D i Đối với hệ một bình: CCDi 0  i i 1 i 1D 0 i 1 1191 .969 8 293.5 774 4 .0606 kk D k C i t Ci t i 0 i  D i t i i 1i 1 D 0 i 1 t k k k D i Đối với hệ hai bình: CCDi 0  i i 1 i 1D 0 i 1 1225 .65 29 2.249 6 4.193 8 Lý thuyết: V: Tổng thể tích hệ thống khảo sát (l) v: Lưu lượng dòng chảy (l/s) Đối với hệ một bình: V d2 h 1000 0.12 2 0.105 1000  1b 237.5044 0.3 4  4 60 Đối với hệ hai bình: V 2 d2 h 1000 0.12 2 0.105 1000  2b 475.0088 0.3 4  4 60 b. Tính thời gian lưu rút gọn: 7
  8. t Thực nghiệm:  i với i = 1 K i t t Lý thuyết:  i với i = 1 K i  c. Hàm đáp ứng: CDi i Thực nghiệm: C ni với i = 1 K CD0 0 n n n n 1 ni CDi i Lý thuyết: Cni  i e (n 1)! C0(LT ) D 0 n ( LT ) với i = 1 K 0 i  i Đối với hệ một bình: C1.i 1  i e e 2 2 2 1 2i 2  i Đối với hệ hai bình: C2.i  i e 4  i e (2 1)! Mật độ quang: DT 2 lg( %) D0 Mật độ quang ban đầu của mỗi hệ: D0n n Với: n là số bình khuấy mắc nối tiếp D0 là mật độ quang ban đầu đo được ở hệ một bình khuấy 2. BẢNG SỐ LIỆU. HỆ MỘT BÌNH: D0 Đường kính (d) Chiều cao (h) Lưu lượng (Q) 0.3439 120 mm 105 mm 0.3 l/ph STT t (s) T (%) D D/D0 (TN) TN D/D0 (LT) LT 1 30 50.2 0.2993 0.87030 0.1022 0.88134 0.1263 2 60 52.1 0.2832 0.82338 0.2044 0.77676 0.2526 8
  9. 3 90 53.2 0.2741 0.79700 0.3066 0.68459 0.3789 4 120 57.2 0.2426 0.70545 0.4088 0.60335 0.5053 5 150 58.6 0.2321 0.67491 0.5109 0.53176 0.6316 6 180 58.9 0.2299 0.66846 0.6131 0.46866 0.7579 7 210 59.9 0.2226 0.64720 0.7153 0.41305 0.8842 8 240 62.9 0.2013 0.58549 0.8175 0.36403 1.0105 9 270 63.1 0.2000 0.58148 0.9197 0.32084 1.1368 10 300 64.0 0.1938 0.56359 1.0219 0.28277 1.2631 11 330 65.2 0.1858 0.54013 1.1241 0.24921 1.3894 12 360 65.4 0.1844 0.53626 1.2263 0.21964 1.5158 13 390 67.2 0.1726 0.50198 1.3284 0.19358 1.6421 14 420 69.2 0.1599 0.46494 1.4306 0.17061 1.7684 15 450 72.3 0.1409 0.40960 1.5328 0.15036 1.8947 16 480 75.1 0.1244 0.36162 1.6350 0.13252 2.0210 17 510 76.3 0.1175 0.34160 1.7372 0.11680 2.1473 18 540 78.2 0.1068 0.31053 1.8394 0.10294 2.2736 19 570 80.3 0.0953 0.27707 1.9416 0.09072 2.4000 20 600 83.7 0.0773 0.22470 2.0438 0.07996 2.5263 21 630 86.9 0.0610 0.17732 2.1459 0.07047 2.6526 22 660 88.7 0.0521 0.15143 2.2481 0.06211 2.7789 23 690 88.9 0.0511 0.14858 2.3503 0.05474 2.9052 24 720 90.1 0.0453 0.13165 2.4525 0.04824 3.0315 25 750 92.3 0.0348 0.10119 2.5547 0.04252 3.1578 26 780 94.6 0.0241 0.07010 2.6569 0.03747 3.2841 27 810 94.5 0.0246 0.07144 2.7591 0.03303 3.4105 28 840 94.7 0.0237 0.06877 2.8613 0.02911 3.5368 9
  10. ĐỒ THỊ: ĐỒ THỊ KHẢO SÁT ĐƯỜNG DD/ 0TN  TN VÀ DD/ 0LT  LT HỆ 1 BÌNH DD/ 0 1.0 0.9 0.8 0.7 Thực nghiệm 0.6 0.5 0.4 TN Lý thuyết 0.3 LT 0.2 0.1 0.0  0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 10
  11. HỆ HAI BÌNH: D0 Đường kính (d) Chiều cao (h) Lưu lượng (Q) 0.172 120 mm 105 mm 0.3 l/ph STT t (s) T (%) D D/D0 (TN) TN D/D0 (LT) LT 1 30 79.2 0.1013 0.58898 0.0977 0.22262 0.0631 2 60 57.0 0.2441 1.41974 0.1954 0.39241 0.1263 3 90 50.2 0.2993 1.74059 0.2932 0.51878 0.1894 4 120 42.6 0.3706 2.15521 0.3909 0.60964 0.2526 5 150 40.6 0.3915 2.27666 0.4886 0.67164 0.3157 6 180 41.1 0.3862 2.24575 0.5863 0.71035 0.3789 7 210 41.7 0.3799 2.20914 0.6840 0.73041 0.4420 8 240 44.8 0.3487 2.02803 0.7817 0.73572 0.5052 9 270 46.0 0.3372 1.96127 0.8795 0.72949 0.5683 10 300 49.8 0.3028 1.76080 0.9772 0.71438 0.6315 11 330 51.9 0.2848 1.65648 1.0749 0.69258 0.6946 12 360 53.4 0.2725 1.58451 1.1726 0.66590 0.7578 13 390 55.9 0.2526 1.46896 1.2703 0.63581 0.8209 14 420 59.8 0.2233 1.29862 1.3680 0.60348 0.8840 15 450 64.8 0.1884 1.09581 1.4658 0.56987 0.9472 16 480 67.3 0.1720 1.00020 1.5635 0.53574 1.0103 17 510 70.8 0.1500 0.87215 1.6612 0.50169 1.0735 18 540 72.9 0.1373 0.79832 1.7589 0.46818 1.1366 19 570 75.1 0.1244 0.72323 1.8566 0.43556 1.1998 20 600 77.5 0.1107 0.64378 1.9543 0.40409 1.2629 21 630 80.3 0.0953 0.55414 2.0521 0.37395 1.3261 22 660 82.2 0.0851 0.49507 2.1498 0.34528 1.3892 23 690 84.2 0.0747 0.43436 2.2475 0.31815 1.4524 11
  12. 24 720 86.8 0.0615 0.35755 2.3452 0.29259 1.5155 25 750 88.4 0.0535 0.31141 2.4429 0.26862 1.5787 26 780 90.0 0.0458 0.26611 2.5407 0.24622 1.6418 27 810 91.1 0.0405 0.23543 2.6384 0.22536 1.7049 28 840 92.4 0.0343 0.19964 2.7361 0.20598 1.7681 29 870 93.4 0.0297 0.17245 2.8338 0.18802 1.8312 ĐỒ THỊ ĐỒ THỊ KHẢO SÁT ĐƯỜNG DD/ 0TN  TN VÀ DD/ 0LT  LT HỆ 2 BÌNH DD/ 0 DD/ 0 2.5 2.0 Thực nghiệm 1.5 1.0 TN Lý thuyết 0.5 LT 0.0  0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 12
  13. V. BÀN LUẬN: 1. Nhận xét cách lấy mẫu: Khi bắt đầu cho mực đỏ vào bình khuấy ta bắt đầu bấm thời gian, tính tại thời điểm bắt đầu bấm là t = 0s, sau đó cứ cách một khoảng thời gian xác định (30s) ta lấy mẫu và xác định Di. Việc lấy mẫu kết thúc khi nước trong bình khuấy hết màu đỏ hay độ truyền suốt T của mẫu gần 100%. Lưu ý là cho mực đỏ vào bình đầu tiên và lấy ra ở bình cuối cùng, lưu lượng đối với các hệ phải giống nhau, thể tích mỗi bình trong hệ phải bằng nhau. Ban đầu ta dùng mẫu nước trắng (không màu) để chuẩn lại độ truyền suốt của máy và cài đặt độ truyền suốt ban đầu của mẫu trắng là T = 100%. Cuvet chứa mẫu phải luôn sạch và khô ráo, bên trong mẫu lấy không được có bọt khí, sau mỗi lần lấy mẫu ta phải tráng lại cuvet bằng nước sạch. 2. So sánh TN và LT trong một hệ và các hệ với nhau: Thời gian lưu thực nghiệm và lý thuyết trong hệ 1 bình và 2 bình có sự chênh lệch, nhưng xét toàn diện thì thời gian lưu lý thuyết và thực nghiệm gần tương đương nhau. 3. Nguyên nhân dẫn đến sai số: - Lưu lượng nước chảy qua các bình là không đồng đều, thể tích nước ta lấy vào trong các bình và trong các hệ là không đồng đều, không chính xác bằng nhau. - Cách lấy mẫu không chính xác, thời gian lấy mẫu không đồng đều. - Quá trình khuấy trộn không hoàn toàn. - Mức độ phân tán màu trong bình không đều nhau. - Chế độ dòng chảy không ổn định do sự xuất hiện của vũng tù và các dòng chảy tắt. - Bình khuấy không phải bình khuấy lý tưởng. - Sai số trong quá trình tính toán. 13
  14. BÀI 2: HỆ THỐNG PHẢN ỨNG KHUẤY TRỘN GIÁN ĐOẠN ĐẲNG NHIỆT. I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM: - Xác định tốc độ phản ứng trong thiết bị phản ứng khuấy trộn gián đoạn ở điều kiện đẳng nhiệt. - Xác định ảnh hưởng của thành phần các chất phản ứng đến tốc độ phản ứng trong điều kiện làm việc đẳng nhiệt. II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT: 1. Thiết bị phản ứng khuấy trộn lý tưởng: Thiết bị phản ứng khuấy trộn lý tưởng được đặc trưng bằng quá trình khuấy trộn hoàn toàn, do đó hỗn hợp đồng nhất về nhiệt độ và thành phần trong tất cả các phần của thiết bị và giống dòng ra của sản phẩm. Điều này có ý nghĩa là phân tố thể tích trong các phương trình cân bằng có thể lấy là thể tích V của toàn thiết bị. Người ta giả thiết rằng ở đầu vào của thiết bị phản ứng, nồng độ của tác chất giảm một cách đột ngột và đúng bằng nồng độ của mọi điểm trong toàn thể tích của thiết bị và nồng độ dòng sản phẩm ra. Ta có thể biểu diễn sự thay đổi nồng độ của tác chất từ đầu vào đến đầu ra của thiết bị là một đường gấp khúc. 2. Phản ứng xà phòng hóa Etyl Axetat (CH3COOC2H5) bằng Natri Hydroxit (NaOH). CH3 COOC 2 H 5 NaOH CH 3 COO Na C 2 H 5 OH Phản ứng có thể xem là có tổng số mol là không đổi và phản ứng bặc 1 theo Natri hydroxit và Etyl Axetat, tức là bậc tổng quát của phản ứng là bậc 2, phạm vi của thí nghiệm giới hạn nồng độ (0 – 0.1M) và nhiệt độ (200C – 400C). 14
  15. Phản ứng tiến hành trong thiết bị khuấy trộn liên tục đạt cân bằng cuối cùng khi lượng chuyển hóa bằng lượng chất phản ứng xác định ban đầu. Điều kiện cân bằng phụ thuộc vào nồng độ của chất phản ứng, lưu lượng, thể tích thiết bị phản ứng và nhiệt độ phản ứng. Tốc độ phản ứng được xác định bằng cách đo lượng chất phản ứng chuyển hóa thành sản phẩm ứng với thời gian làm việc của thiết bị. Để phản ứng có thể tiến hành thì các phân tử phải tiếp xúc và tương tác với nhau có hiệu quả. Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào sự tầng suất va chạm và hiệu suất va chạm của các phân tử hợp chất phản ứng. Hệ số này được đạt tối ưu khi tiến hành quá trình khuấy trộn hoàn toàn các chất phản ứng dùng bộ phận khuấy và tấm ngăn trong thiết bị phản ứng. Khả năng khuấy trộn không tốt sẽ làm giảm tốc độ phản ứng. Dựa vào phương trình phản ứng, nếu nồng độ ban đầu của các chất bằng nhau (bằng a0) và độ chuyển hóa là (Xa) thì nồng độ các chất sau phản ứng được xác định: CH3 COOC 2 H 5 NaOH CH 3 COO Na C 2 H 5 OH (a0 – Xa) (a0 – Xa) Xa Xa Ta có: X kt a() a X ở đây k là hằng số tốc độ phản ứng và t là thời gian phản ứng X = a0 – a1 a a Thay X vào phương trình ta có: kt 0 1 a0 a 1 a a Sau đó vẽ 0 1 theo t và xác định hệ số góc của đường thẳng k a0 a 1 Nồng độ X có thể tính từ kết quả đo độ dẫn điện. 3. Phương pháp xác định nồng độ qua độ dẫn điện. Độ dẫn điện của hỗn hợp phản ứng trong thiết bị phản ứng thay đổi theo độ chuyển hóa và điều đó cung cấp phương pháp hữu ích cho việc theo dõi quá trình phản ứng. 15
  16. Nồng độ dòng nhập liệu có thể tính toán như sau: 0 VNaOH Nồng độ NaOH trong nhập liệu: CCNaOH NaOH , Vhh = Va + Vb Vhh V Nồng độ CH COOC H trong nhập liệu: CC0 CH3 COO C 2 H 5 3 2 5 CH3 COO C 2 H 5 CH 3 C OO C 2 H 5 Vhh Nồng độ Natri Axetat cuối cùng trong thiết bị phản ứng tại điều kiện phản ứng hoàn toàn được xác định. CC 0 nếu CC0 0 hoặc CH3 COONa NaOH CH3 COOC 2 H 5 NaOH CC 0 nếu CC0 0 CH3 COONa NaOH CH3 COOC 2 H 5 NaOH Chúng ta hoàn toàn có thể xác định độ dẫn điện cuối cùng ứng với nồng độ Natri Axetat bằng phương trình sau:   0.07 [1 0.0248 (TC 294)] 1000 cho T>=294 CH3 COO N CH 3 C OO Na Tương tự có thể tính nồng độ của NaOH theo kết quả đo độ dẫn điện bằng: NaOH 0.195 [1 0.0148 (TC 294)] NaOH 1000 cho T>=294 Lúc này C 0 nếu CC0 0 hoặc NaOH CH3 COOC 2 H 5 NaOH CCC ()0 0 nếu CC0 0 NaOH NaOH CH3 COO C 2 H 5 CH3 COOC 2 H 5 NaOH Vì vậy  0 (chấp nhận C 0 0 ) 0 NaOH CH3 COONa    NaOH CH3 COO Na Sử dụng những giá trị độ dẫn điện tại thời điểm đầu vào cuối khí chúng ta tính toán giá trị nồng độ NaOH (a1) và nồng độ Natri Axetat (c1) và độ chuyển hóa (Xa) và (Xc) cho mỗi mẫu đo độ dẫn điện thu thập tại các điểm đánh dấu trong thực nghiệm. Vì vậy: 0  1 a1 () a a 0 a 0 0  16
  17. 0  1 c1 c chấp nhận c0 =0 0  a0 a 1 c1 X a ; X c a0 c III. BÁO CÁO THÍ NGHIỆM: 1. SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM. Thời gian t Độ dẫn điện Thời gian t Độ dẫn điện t0 C t0 C ( phút )  (mS) ( phút )  (mS) 1 35.3 9.16 16 35.4 7.41 2 35.3 8.72 17 3 35.4 8.41 18 4 35.4 8.19 19 5 35.4 8.22 20 6 35.4 7.89 21 7 35.4 7.79 22 8 35.4 7.71 23 9 24 10 25 11 26 12 27 13 28 14 29 15 30 17
  18. 2. XỬ LÝ SỐ LIỆU VÀ TÍNH TOÁN Kiểm tra bơm 1(NaOH): 5 vòng/phút 50ml – t = 1p52s = 112s V 50 Q 0.4464( ml / s ) NaOH t 112 Kiểm tra bơm 2 (CH3COOC2H5): 10 vòng/phút 50ml – t = 1p24s = 84s V 50 Q 0.5952( ml / s ) CH3 COO C 2 H 5 t 84 NaOH CH3 COOC 2 H 5 CH 3 C OO Na C 2 H 5 OH Thời gian bơm đầy bình phản ứng: tmin = 23p53s = 1433s VNaOH Q t 0.4464 1433 639.6912( ml ) 0.63969( lit ) V Q t 0.59524 1433 852.979( ml ) 0.85298( lit ) CH3 COO C 2 H 5 Vhh 0.63969 0.85298 1.49267( lit ) 0 VNaOH 0.63969 CCMNaOH NaOH 0.42855 ( 1 ) Vhh 1.49267 V 0.85298 CCM0 CH3 COO C 2 H 5 0.571445 ( 2 ) CH3 COO C 2 H 5 CH 3 C OO C 2 H 5 Vhh 1.49267 Từ ( 1 ) ( 2 ) ta thấy CC0 0 Nên cuối phản ứng NaOH CH3 COO C 2 H 5 CCCM 0, 0 0.042855 NaOH CH3 COO Na NaOH 0 Ta có : 0 NaOH 0.195 [1 0.0148 (TC 294)] NaOH 1000 0.195 [1 0.0148 (305.8 294)] 0.042855 1000 9.85()mS   0.07 [1 0.0248 (TC 294)] 1000 CH3 COO Na CH 3 C OO Na 0.07 [1 0.0248 (305.8 294)] 0.042855 1000 3.88 mS 18
  19. BẢNG KẾT QUẢ: 0   ST Thời gian t 0 C 0 t t t C CH3 COO C 2 H 5 C C NaOH NaOH CH3 COONa T ( s ) (mS) (mS) 1 30 0.042855 0.057145 9.82 0.022365 0.020490 6.98 2 120 0.022365 0.036655 6.98 0.017532 0.025323 6.31 3 240 0.017532 0.031822 6.31 0.014429 0.028426 5.88 4 360 0.014429 0.028719 5.88 0.012553 0.030302 5.62 5 480 0.012553 0.026843 5.62 0.011255 0.031600 5.44 6 600 0.011255 0.025545 5.44 0.010317 0.032538 5.31 7 720 0.010317 0.024607 5.31 0.009668 0.033187 5.22 8 840 0.009668 0.023958 5.22 0.008946 0.033909 5.12 9 960 0.008946 0.023236 5.12 0.008658 0.034197 5.08 10 1080 0.008658 0.022948 5.08 0.008153 0.034702 5.01 11 1200 0.008153 0.022443 5.01 0.007792 0.035063 4.96 12 1320 0.007792 0.022082 4.96 0.007503 0.035352 4.92 13 1440 0.007503 0.021793 4.92 0.007359 0.035496 4.90 14 1560 0.007359 0.021649 4.90 0.007143 0.035713 4.87 15 1680 0.007143 0.021433 4.87 0.006854 0.036001 4.83 16 1800 0.006854 0.021144 4.83 0.006782 0.036073 4.82 17 1920 0.006782 0.021072 4.82 Bảng 3: Xác định hằng số tốc độ phản ứng Thời gian CNaOH CCH COONa a a STT 3 X X 0 1 NaOH CH3 COONa a a t ( s ) (mol/l) (mol/l) 0 1 1 0 0.042855 0 0.00 0.00 2 30 0.022365 0.02049 47.81 47.81 21.3774 3 120 0.017532 0.02532 59.09 59.09 12.3280 19
  20. 4 240 0.014429 0.02843 66.33 66.33 12.2636 5 360 0.012553 0.03030 70.71 70.71 10.3557 6 480 0.011255 0.03160 73.74 73.74 9.1914 7 600 0.010317 0.03254 75.93 75.93 8.0773 8 720 0.009668 0.03319 77.44 77.44 6.5101 9 840 0.008946 0.03391 79.12 79.12 8.3418 10 960 0.008658 0.03420 79.80 79.80 3.7260 11 1080 0.008153 0.03470 80.98 80.98 7.1552 12 1200 0.007792 0.03506 81.82 81.82 5.6788 13 1320 0.007503 0.03535 82.49 82.49 4.9361 14 1440 0.007359 0.03550 82.83 82.83 2.6133 15 1560 0.007143 0.03571 83.33 83.33 4.1179 16 1680 0.006854 0.03600 84.01 84.01 5.8950 17 1800 0.006782 0.03607 1.5521 ĐỒ THỊ : a a ĐỒ THỊ 0 1 THEO THỜI GIAN t. a a a a 0 1 0 1 a a 0 1 25 20 15 y = -0.0072x + 14.215 2 10 R = 0.7133 5 0 0 500 1000 1500 2000 t (s) 20
  21. - Trên đồ thị ta thấy, hằng số tốc độ phản ứng của phản ứng là k = 0.0072 - Phương trình tốc độ phản ứng của NaOH và CH3COOC2H5 theo dạng r=k.AnBm: r k. An . B m 0.0072 0.0428551 0.057145 1 0.000018( l / mol . s ) BÀN LUẬN: BÀI 3: HỆ THỐNG KHUẤY TRỘN GIÁN ĐOẠN VỚI ĐIỀU KIỆN ĐOẠN NHIỆT. I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM: Mô tả sự ảnh hưởng của tốc độ phản ứng hydrat hóa Anhydrit Axetic thành Axit Axetic trong thiết bị phản ứng đoạn nhiệt. II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT: 1. Phản ứng hydrat hóa Anhydrit Axetic (CH3COO)2O bằng nước. Quá trình hydrat hóa Anhydrit Axetic bằng nước với chất xúc tác là Axit Sunfuruc được mô tả như sau: CH COO O H O 2 CH C OO H 3 2 2 3 Phản ứng được xem như có phương trình động học của phản ứng bậc một vơí phương trình R=kCn nếu gần đúng bậc phản ứng của nước bằng 0. Thành phần proton Axit đạt hằng số trong suốt quá trình phản ứng và thực thế k là hằng số tốc độ của phản ứng xúc tác bao gồm thành phần này cũng như bậc của phương trình. Với bất kỳ hệ thống có dạng đặc trưng này thì giá trị nồng độ tức thời của Anhydrit Axetic có thể rút ra giữa phương trình cân bằng vật chất và phương trình cân bằng năng lượng thwo quan hệ tuyến tính (có thể xác địh ngay bằng phương pháp thống kê). Dùng phương trình này hoàn toàn có thể xác định được giá trị biến thiên nhiệt độ với thời gian lưu. 21
  22. Nếu nồng độ của Anhydrit Axetic tại một thời điểm bất kỳ là C, khi đó tốc độ phản ứng được xác định. dC R dt Với C = C0 khi t=0. Nhiệt tổng quát của phản ứng là: dT ( HRC ). . . p dt Với T=T0 tại t=0. Kết hợp 2 phương trình, đơn giản ta được. dT (CCHC )( ) . . 0 p dt Cho phản ứng bậc n, tốc độ phản ứng được mô tả theo phương trình Arrhenius như sau: E RT R kCn A e C n .C Đặt  p thì ta được phương trình: H CCTT 0  () 0 Kết hợp với phương trình vận tốc Arrhenius vùa đưa ra, ta được: E dT n  ( AeRT  C  T T  dt 0 0 Đặt TT khi phản ứng hoàn toàn thì C0 (CTT0 0)  .( 0 ) và như vậy  ()TT 0 Thế  vào phương trình trên , rút gọn ta có: dT E dt A. e RT TTTT 0 0 CC0 0 CTT0 0 Tiến hành lấy logarit hai vế phương trình, ta có: 22
  23. dT E lndt ln A TTTT 0 0 RT CC0 0 CTT0 0 dT Và vì vậy vẽ ln dt theo 1/T sẽ được đường thẳng có hệ số TTTT 0 0 CC0 0 CTT0 0 góc là –E/R và tung độ giao điểm trục tung là ln(A). III. BÁO CÁO THÍ NGHIỆM: 1. BẢNG SỐ LIỆU: THÍ NGHIỆM 1: 10ml (CH3COO)2O 98.5%, d=1.08 40ml H2O 10ml H2SO4 0.5M Thời gian t Nhiệt độ T Thời gian t Nhiệt độ T STT STT (s) (0C) (s) (0C) 1 0 31.7 21 600 42.0 2 30 32.5 22 630 42.3 3 60 33.3 23 660 42.4 4 90 34.0 24 690 42.7 5 120 34.6 25 720 42.9 6 150 35.8 26 750 43.1 7 180 36.4 27 780 43.1 8 210 36.9 28 810 43.2 9 240 37.5 29 840 43.2 10 270 38.5 30 870 43.2 11 300 39.0 31 900 43.3 23
  24. 12 330 39.3 32 930 43.1 13 360 39.8 33 960 43.1 14 390 39.9 34 990 43.0 15 420 39.9 35 1020 42.9 16 450 40.0 36 1050 42.8 17 480 40.7 37 1080 42.7 18 510 41.2 38 1110 42.6 19 540 41.5 39 1140 42.5 20 570 41.7 40 1170 42.5 1 0 31.7 21 600 42.4 2 30 32.5 22 630 42.3 3 60 33.3 23 660 42.0 4 90 34.0 24 690 42.3 5 120 34.6 25 720 42.4 6 150 35.8 26 750 42.7 7 180 36.4 27 780 42.9 8 210 36.9 28 810 43.1 9 240 37.5 29 840 43.1 10 270 38.5 30 870 43.2 11 300 39.0 31 900 43.2 12 330 39.3 32 930 43.2 13 360 39.8 33 960 43.3 14 390 39.9 34 990 43.1 15 420 39.9 35 1020 43.1 16 450 40.0 36 1050 43.0 17 480 40.7 37 1080 42.9 18 510 41.2 38 1110 42.8 19 540 41.5 39 1140 42.7 24
  25. 20 570 41.7 40 1170 42.6 THÍ NGHIỆM 2: 10ml (CH3COO)2O 98.5%, d=1.08 40ml H2O 20ml H2SO4 0.5M 25
  26. Thời gian t Nhiệt độ T Thời gian t Nhiệt độ T STT STT (s) (0C) (s) (0C) 1 0 32.4 26 750 41.9 2 30 32.9 27 780 41.9 3 60 33.5 28 810 41.9 4 90 34.6 29 840 41.9 5 120 35.2 30 870 41.9 6 150 35.9 31 900 41.9 7 180 36.4 32 930 41.8 8 210 37.0 33 960 41.8 9 240 37.6 34 990 41.8 10 270 38.1 35 1020 41.8 11 300 38.6 36 1050 41.7 12 330 39.0 37 1080 41.6 13 360 39.4 38 1110 41.6 14 390 39.9 39 1140 41.5 15 420 40.2 40 1170 41.5 16 450 40.5 41 1200 41.4 17 480 40.8 42 1230 41.4 18 510 41.0 43 1260 41.3 19 540 41.2 44 1290 41.2 20 570 41.4 45 1320 41.1 21 600 41.5 46 1350 41.1 22 630 41.6 47 1380 41.0 23 660 41.7 48 1410 40.9 24 690 41.8 49 1440 40.8 25 720 41.9 50 1470 40.8 26
  27. 2. TÍNH TOÁN VÀ XỬ LÝ KẾT QUẢ: a. Tính toán: dT TT t 0 dt tt C%.10 d 98.5 10 1.05 C 0 15.9776 (CH3 C OO) 2 O D 67 TT 42.3 31.7 0 0.667606 C0 15.8776 b. Bảng kết quả: THÍ NGHIỆM 1: Thời Nhiệt dT TTTT 0 0 dt STT gian độ T 1/T dT/dt CC0 0 ln CTT0 0 TTTT 0 0 0 CC0 0 ( t ) ( C ) CTT0 0 1 0 31.7 0.0315 2 30 32.5 0.0308 0.0267 9.8 -5.90672 3 60 33.3 0.0300 0.0267 9.0 -5.82157 4 90 34 0.0294 0.0256 8.3 -5.87413 5 120 34.6 0.0289 0.0242 7.7 -5.95324 6 150 35.8 0.0279 0.0273 6.5 -5.09068 7 180 36.4 0.0275 0.0261 5.9 -5.68698 8 210 36.9 0.0271 0.0248 5.4 -5.78074 9 240 37.5 0.0267 0.0242 4.8 -5.48064 10 270 38.5 0.0260 0.0252 3.8 -4.73620 11 300 39 0.0256 0.0243 3.3 -5.28827 12 330 39.3 0.0254 0.0230 3.0 -5.70378 13 360 39.8 0.0251 0.0225 2.5 -5.01064 14 390 39.9 0.0251 0.0210 2.4 -6.57925 15 420 39.9 0.0251 0.0195 2.4 27
  28. 16 450 40.0 0.0250 0.0184 2.3 -6.53669 17 480 40.7 0.0246 0.0188 1.6 -4.22788 18 510 41.2 0.0243 0.0186 1.1 -4.18965 19 540 41.5 0.0241 0.0181 0.8 -4.38203 20 570 41.7 0.0240 0.0175 0.6 -4.49981 21 600 42.0 0.0238 0.0172 0.3 -3.40120 22 630 42.3 0.0236 0.0168 0.0 23 660 42.4 0.0236 0.0162 -0.1 24 690 42.7 0.0234 0.0159 -0.4 25 720 42.9 0.0233 0.0156 -0.6 26 750 43.1 0.0232 0.0152 -0.8 27 780 43.1 0.0232 0.0146 -0.8 28 810 43.2 0.0231 0.0142 -0.9 29 840 43.2 0.0231 0.0137 -0.9 30 870 43.2 0.0231 0.0132 -0.9 31 900 43.3 0.0231 0.0129 -1.0 32 930 43.1 0.0232 0.0123 -0.8 -4.78749 33 960 43.1 0.0232 0.0119 -0.8 34 990 43.0 0.0233 0.0114 -0.7 -5.34711 35 1020 42.9 0.0233 0.0110 -0.6 -5.19296 36 1050 42.8 0.0234 0.0106 -0.5 -5.01064 37 1080 42.7 0.0234 0.0102 -0.4 -4.78749 38 1110 42.6 0.0235 0.0098 -0.3 -4.49981 39 1140 42.5 0.0235 0.0095 -0.2 -4.09434 40 1170 42.5 0.0235 0.0092 -0.2 41 1200 42.4 0.0236 0.0089 -0.1 -3.40120 42 1230 42.3 0.0236 0.0086 0.0 28
  29. ĐỒ THỊ: 29
  30. THÍ NGHIỆM 2: Thời Nhiệt dT TTTT 0 0 dt STT gian độ T 1/T dT/dt CC0 0 ln CTT0 0 TTTT 0 0 0 CC0 0 ( t ) ( C ) CTT0 0 1 0 32.4 0.0309 2 30 32.9 0.0304 0.0167 7.9 -6.16121 3 60 33.5 0.0299 0.0200 7.3 -5.89990 4 90 34.6 0.0289 0.0367 6.2 -5.13044 5 120 35.2 0.0284 0.0200 5.6 -5.63479 6 150 35.9 0.0279 0.0233 4.9 -5.34711 7 180 36.4 0.0275 0.0167 4.4 -5.57595 8 210 37.0 0.0270 0.0200 3.8 -5.24702 9 240 37.6 0.0266 0.0200 3.2 -5.07517 10 270 38.1 0.0262 0.0167 2.7 -5.08760 11 300 38.6 0.0259 0.0167 2.2 -4.88280 12 330 39.0 0.0256 0.0133 1.8 -4.90527 13 360 39.4 0.0254 0.0133 1.4 -4.65396 14 390 39.9 0.0251 0.0167 0.9 -3.98898 15 420 40.2 0.0249 0.0100 0.6 -4.09434 16 450 40.5 0.0247 0.0100 0.3 -3.40120 17 480 40.8 0.0245 0.0100 0.0 18 510 41.0 0.0244 0.0067 -0.2 19 540 41.2 0.0243 0.0067 -0.4 20 570 41.4 0.0242 0.0067 -0.6 21 600 41.5 0.0241 0.0033 -0.7 22 630 41.6 0.0240 0.0033 -0.8 23 660 41.7 0.0240 0.0033 -0.9 24 690 41.8 0.0239 0.0033 -1.0 30
  31. 25 720 41.9 0.0239 0.0033 -1.1 26 750 41.9 0.0239 0.0000 -1.1 27 780 41.9 0.0239 0.0000 -1.1 28 810 41.9 0.0239 0.0000 -1.1 29 840 41.9 0.0239 0.0000 -1.1 30 870 41.9 0.0239 0.0000 -1.1 31 900 41.9 0.0239 0.0000 -1.1 32 930 41.8 0.0239 -0.0033 -1.0 -5.70378 33 960 41.8 0.0239 0.0000 -1.0 34 990 41.8 0.0239 0.0000 -1.0 35 1020 41.8 0.0239 0.0000 -1.0 36 1050 41.7 0.0240 -0.0033 -0.9 -5.59842 37 1080 41.6 0.0240 -0.0033 -0.8 -5.48064 38 1110 41.6 0.0240 0.0000 -0.8 39 1140 41.5 0.0241 -0.0033 -0.7 -5.34711 40 1170 41.5 0.0241 0.0000 -0.7 41 1200 41.4 0.0242 -0.0033 -0.6 -5.19296 42 1230 41.4 0.0242 0.0000 -0.6 ĐỒ THỊ: BÀI 4: HỆ THỐNG THIẾT BỊ PHẢN ỨNG KHUẤY TRỘN LIÊN TỤC. I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM: II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT: III. BÁO CÁO THÍ NGHIỆM: 1. BẢNG SỐ LIỆU: 31
  32. Vận tốc cánh Độ dẫn điện Độ dẫn điện Thời gian t STT khuấy trong ngoài (s) (v/p)  (mS)  (mS) 1 30 6.57 4.66 2 120 6.28 6.08 n = 5 3 240 6.12 5.96 4 360 6.00 5.85 5 480 5.89 5.82 6 600 n = 7 5.84 5.77 7 720 5.81 5.74 8 840 5.77 5.69 9 960 n = 9 5.76 5.68 10 1080 5.74 5.67 2. XỬ LÝ SỐ LIỆU VÀ TÍNH TOÁN: a. Tính toán: Kiểm tra bơm 1(NaOH): 5 vòng/phút 50ml – t = 1p52s = 112s V 50 Q 0.4464( ml / s ) NaOH t 112 Kiểm tra bơm 2 (CH3COOC2H5): 10 vòng/phút 50ml – t = 1p24s = 84s V 50 Q 0.5952( ml / s ) CH3 COO C 2 H 5 t 84 NaOH CH3 COOC 2 H 5 CH 3 C OO Na C 2 H 5 OH Thời gian bơm đầy bình phản ứng: tmin = 25p53s = 1552s VNaOH Q t 0.4464 1552 692.8128( ml ) 0.692813( lit ) V Q t 0.59524 1552 923.8125( ml ) 0.923813( lit ) CH3 COO C 2 H 5 32
  33. Vhh 0.692813 0.923813 1.616626( lit ) 0 VNaOH 0.692813 CCMNaOH NaOH 0.428555 ( 1 ) Vhh 1.616626 V 0.923813 CCM0 CH3 COO C 2 H 5 0.571445 ( 2 ) CH3 COO C 2 H 5 CH 3 C OO C 2 H 5 Vhh 1.616626 Từ ( 1 ) ( 2 ) ta thấy CC0 0 Nên cuối phản ứng NaOH CH3 COO C 2 H 5 CCCM 0, 0 0.0428555 NaOH CH3 COO Na NaOH 0 Ta có : 0 NaOH 0.195 [1 0.0148 (TC 294)] NaOH 1000 0.195 [1 0.0148 (305.8 294)] 0.0428555 1000 9.85(mS )   0.07 [1 0.0248 (TC 294)] 1000 CH3 COO Na CH 3 C OO Na 0.07 [1 0.0248 (305.8 294)] 0.0428555 1000 3.88 mS F a1 a 0() Fa F b a 1 a 0 k 2 2 mol/lit.s Với V/F = tR và là hệ số góc của đồ thị V a1 V a 1 lấy từ thực nghiệm. V/F=0.0003078 33
  34. b. Bảng kết quả: Bảng 2: Tính toán nồng độ Thời 0 trong ngoài 0 C trong C  ngoài C  CH3 COO C 2 H 5 CH3 COONa trong CH COONa ngoài ST gian CNaOH 0 CNaOH CNaOH 3 T t (M) (mS) (M) (M) (M) (M) (mS) (M) (mS) (s) 1 30 0.042857 0.057143 9.75 0.019778 0.023079 6.57 0.005937 0.036920 4.66 2 120 0.019778 0.034064 6.57 0.017677 0.025181 6.28 0.016227 0.026630 6.08 3 240 0.017677 0.031962 6.28 0.016517 0.026340 6.12 0.015358 0.027500 5.96 4 360 0.016517 0.030803 6.12 0.015648 0.027210 6.00 0.014561 0.028297 5.85 5 480 0.015648 0.029933 6.00 0.014850 0.028007 5.89 0.014343 0.028514 5.82 6 600 0.014850 0.029136 5.89 0.014488 0.028369 5.84 0.013981 0.028876 5.77 7 720 0.014488 0.028774 5.84 0.014271 0.028587 5.81 0.013763 0.029094 5.74 8 840 0.014271 0.028556 5.81 0.013981 0.028876 5.77 0.013401 0.029456 5.69 9 960 0.013981 0.028266 5.77 0.013908 0.028949 5.76 0.013329 0.029529 5.68 10 1080 0.013908 0.028194 5.76 0.013763 0.029094 5.74 0.013256 0.029601 5.67 Bảng 3: Xác định hằng số tốc độ phản ứng ( Tính toán với độ dẫn điện trong) CC C C X 1 ST Thời gian NaOH CH3 COONa NaOH C ln CH3 COONa k CC 0 T t ( s ) (mol/l) (mol/l) (%) (%) 1 30 0.042857 0.023079 53.85 53.85 191104.38 -0.773 2 120 0.019778 0.025181 58.75 58.75 21785.12 -0.886 3 240 0.017677 0.026340 61.46 61.46 13766.07 -0.953 4 360 0.016517 0.027210 63.49 63.49 11503.99 -1.008 5 480 0.015648 0.028007 65.35 65.35 11707.80 -1.060 6 600 0.014850 0.028369 66.19 66.19 5591.24 -1.085 7 720 0.014488 0.028587 66.70 66.70 3457.73 -1.100 8 840 0.014271 0.028876 67.38 67.38 4803.47 -1.120 9 960 0.013981 0.028949 67.55 67.55 1213.41 -1.125 10 1080 0.013908 0.029094 67.89 67.89 -1.136 34
  35. ĐỒ THỊ: ĐỘ CHUYỂN HÓA CỦA NaOH THEO THỜI GIAN t % NaOH 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 200 400 600 800 1000 1200 Thời gian t (s) CC ĐỒ THỊ ln 1 THEO THỜI GIAN t CC ln 1 CC 0 CC 0 Thời gian t (s) 0.0 0 200 400 600 800 1000 1200 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 y = -0.0003087x - 0.8569066 2 -1.0 R = 0.8481295 -1.2 -1.4 35
  36. BÀN LUẬN: - Qua đồ thị độ chuyển hóa NaOH ta thấy độ chuyển hóa tăng dần (hay nồng độ NaOH giảm dần), tăng đến một giá trị nào đó thì độ chuyển hóa tăng nhưng chậm dần và gần như là một đường thẳng. - BÀI: HỆ THỐNG THIẾT BỊ PHẢN ỨNG KHUẤY TRỘN LIÊN TỤC 1. Mục đích thí nghiệm  Xác định hằng số tốc độ phản ứng trong thiết bị phản ứng khuấy trộn liên tục.  Xác định sự ảnh hưởng của khả năng khuấy trộn đến tốc độ phản ứng.  Đánh giá hoạt động của thiết bị phản ứng khuấy trộn liên tục theo thời gian. 2. Cơ sở lý thuyết 2.1 xác định nồng độ qua độ dẫn điện Dựa theo phương trình phản ứng giữa NaOH và Etyl Axetat, nếu nồng độ ban đầu của các chất bằng nhau(bằng ao) và độ chuyển hóa là (Xa) thì nồng độ các chất sau phản ứng sẽ được xác định như sau: NaOH + CH3COOC2H5 → CH3COONa + C2H5OH (ao – Xa) (ao – Xa) (Xa) (Xa) Độ dẫn điện của hỗn hợp phản ứng trong thiết bị phản ứng thay đổi theo độ chuyển hóa và điều đó cung cấp phương pháp hữu ích cho việc theo dõi quá trình phản ứng. Nồng độ dòng nhập liệu có thể tính toán như sau: Va  Nồng độ NaOH trong nhập liệu : ao = .a VVa b Vb  Nồng độ CH3COOC2H5 trong nhập liệu : bo = .b VVa b Trong đó : Va = thể tích dung dịch NaOH sử dụng Vb = Thể tích dung dịch CH3COOC2H5 sử dụng Nồng độ Natri Acetat cuối cùng trong thiết bị phản ứng tại điều kiện phản ứng hoàn toàn được xác định c = bo nếu bo < a 0 hoặc c = a 0 nếu bo a 0 Xác định độ dẫn điện cuối cùng ứng với nồng độ Natri acetate bằng phương trình sau ; C = 0,070.[1+ 0,0248.(T -294)]. c cho T 294 Tương tự có thể tính toán nồng độ NaOH theo kết quả đo độ dẫn điện bằng: a = 0,195.{1+ 0,0148.(T – 294)}a cho T 294 Lúc này : a = 0 nếu ao < bo hoặc a = (ao - bo) nếu ao bo Vì vậy : 36
  37. o = ao (chấp nhận Co = 0) a = 0,195.{1+ 0,0148.(T – 294)} nếu a 0  = C + a Sử dụng những giá trị dẫn điện tại điểm đầu vào cuối khi chúng ta tính toán giá trị nồng độ NaOH (a1) và nồng độ Natri Acetat và độ chuyển hóa (Xa) và (Xc) cho mỗi mẫu đo độ dẫn điện thu thập được tại các điểm đánh dấu trong thực nghiệm. Vì vậy o 1 a1 a a 0 . ao o  o 1 c1 c . (chấp nhận co = 0) o  ao a1 X a ao c1 X c ( cho co = 0) c V C  VNaOH CH3 COOC 2 H 5 CNaOH CH3 COOC 2 H 5 N T V Stt t(s)  0 (lít) (lit) (mol/lit) (Mol/lit) (mS) (rpm) ( C) (lit) 1 30 693 807 0.1 0.1 6.57 32.6 2 120 693 807 0.1 0.1 6.28 32.6 5 3 240 693 807 0.1 0.1 6.12 32.6 4 360 693 807 0.1 0.1 6 32.6 5 480 693 807 0.1 0.1 5.89 32.6 6 600 693 807 0.1 0.1 5.84 7 32.6 7 720 693 807 0.1 0.1 5.81 32.6 8 840 693 807 0.1 0.1 5.77 32.6 9 960 693 807 0.1 0.1 5.76 9 32.6 10 1080 693 807 0.1 0.1 5.74 32.6 Bảng tính toán nồng độ  C 0 0 CH3 COOC 2 H 5 CNaOH 0 C (mS) Stt t (s) (mol/lit) NaOH C (mol/lit) (mol/lit) (mS) (mol/lit) CHCOONa3 1 30 0.0462 0.0538 10.55567 0 0.0462 0.004164 2 120 0.0462 0.0538 10.55567 0 0.0462 0.004164 3 240 0.0462 0.0538 10.55567 0 0.0462 0.004164 4 360 0.0462 0.0538 10.55567 0 0.0462 0.004164 5 480 0.0462 0.0538 10.55567 0 0.0462 0.004164 37
  38. 6 600 0.0462 0.0538 10.55567 0 0.0462 0.004164 7 720 0.0462 0.0538 10.55567 0 0.0462 0.004164 8 840 0.0462 0.0538 10.55567 0 0.0462 0.004164 9 960 0.0462 0.0538 10.55567 0 0.0462 0.004164 10 1080 0.0462 0.0538 10.55567 0 0.0462 0.004164 Bảng 3: xác định hằng số tốc độ phản ứng CC C C X X ln 1 Stt t (s) NaOH CH3 COONa NaOH CH3 COONa k CC 0 1 30 0.028749 0.017451 0.997276 0.377734 8206.802 -0.47439 2 120 0.027479 0.018721 0.997397 0.405219 8983.865 -0.51956 3 240 0.026778 0.019422 0.997463 0.420382 9460.708 -0.54539 4 360 0.026253 0.019947 0.997513 0.431755 9843.68 -0.5652 5 480 0.025771 0.020429 0.997559 0.44218 10215.52 -0.58372 6 600 0.025552 0.020648 0.997579 0.446919 10391.53 -0.59225 7 720 0.025421 0.020779 0.997592 0.449762 10499.33 -0.5974 8 840 0.025246 0.020954 0.997608 0.453553 10645.69 -0.60432 9 960 0.025202 0.020998 0.997612 0.454501 10682.76 -0.60605 10 1080 0.025114 0.021086 0.997621 0.456396 10757.48 -0.60953 Đồ thị 0.9977 0.9976 0.9975 0.9974 X(NaOH) X(NaOH) 0.9973 0.9972 0.9971 0.5 2 4 6 8 10 12 14 16 18 t(phút) 38
  39. X(CH3COONa) 0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 X(CH3COONa) 0.2 0.15 X(CH3COONa) 0.1 0.05 0 0.5 2 4 6 8 10 12 14 16 18 t(phút) ln((X8-X1)/(X8-X0)) 0 0.5 2 4 6 8 10 12 14 16 18 -0.1 -0.2 -0.3 ln((X8-X1)/(X8-X0)) -0.4 -0.5 ln((X8-X1)/(X8-X0)) -0.6 -0.7 t(phút) Bài: HỆ THỐNG PHẢN ỨNG KHUẤY TRỘN GIÁN ĐOẠN VỚI ĐIỀU KIỆN ĐẲNG NHIỆT 1. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM - Xác định tốc độ phản ứng trong thiết bị phản ứng khuấy trộn gián đoạn ở điều kiện đẳng nhiệt. - Xác định sự ảnh hưởng của thành phần các chất phản ứng đến tốc độ phản ứng trong điều kiện làm việc đẳng nhiệt. 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Thiết bị phản ứng khuấy trộn ổn định a. Thiết bị phản ứng khuấy trộn lý tưởng 39
  40. Thiết bị phản ứng khuấy trộn lý tưởng được đặc trưng bằng quá trình khuấy trộn hoàn toàn, do đó hỗn hợp phản ứng đồng nhất về nhiệt độ và thành phần trong tất cả các phần của thiết bị và giống dòng ra của sản phẩm.Điều này có ý nghĩa là phân tố thể tích V trong các phương trình cân bằng có thể được lấy là thể tích V của toàn thiết bị. Người ta giả thuyết rằng ở đầu vào của thiết bị phản ứng, nồng độ của tác chất giảm một cách đột ngột và đúng bằng nồng độ của mọi điểm trong toàn thể tích của thiết bị và nồng độ của dòng sản phẩm ra. Ta có thể biểu diễn sự thay đổi nồng độ của tác chất từ đầu vào đến đầu ra của thiết bị là một đường gấp khúc như sau: b. Thiết bị phản ứng khuấy trộn gián đoạn  Cân bằng vật chất Đặc điểm : - Trong quá trình hoạt động gián đoạn không có dòng vào và dòng ra. - Các tính chất của hỗn hợp phản ứng sẽ thay đổi: nồng độ của tác chất giảm dần và độ chuyển hóa tăng dần theo thời gian. Vì vậy, trong phương trình cân bằng vật chất: - Hai số hạng đầu tiên bằng không - Lượng chất tham gia phản ứng trong khoảng thời gian t là (–rA).V. t - Gọi NA là số mol A tích lũy trong hỗn hợp phản ứng trong khoảng thời gian t. Vậy phương trình cân bằng vật chất được viết là: -(–rA).V. Δt = ΔNA Chia cả 2 vế cho t và lấy giới hạn khi Δt  0 40
  41. V = const  Cân bằng năng lượng - Hai số hạng đầu của phương trình bằng không. - Nhiệt trao đổi với môi trường bên ngoài K.S.(Tn – Tf). Δt. - Nhiệt tích tụ trong hỗn hợp phản ứng được biểu diễn bằng sự biến đổi năng lượng theo thời gian do sự biến đổi thành phần và nhiệt độ của hỗn hợp. - Nhiệt tích tụ từ sự biến đổi thành phần là do nhiệt phản ứng ΔHr.(-rA).V.Δt và nhiệt tích tụ từ sự biến đổi nhiệt độ ΔT (trong khoảng thời gian Δt) là m.Cp.ΔT. Vậy phương trình cân bằng năng lượng được viết K.S.(Tn – Tf) = mt.Cp.ΔT + ΔHr.(-rA).V.Δt Trong đó m: khối lượng của hỗn hợp phản ứng, kg. 0 Cp: nhiệt dung riêng của hỗn hợp phản ứng, j/kg. C. Khi Δt  0 thì ta được : 2.2. Phản ứng xà phòng hóa Etyl Axetat (CH3COOC2H5) bằng Natri Hyđrôxit (NaOH) NaOH + CH3COOC2H5  CH3COONa + C2H5OH Natri Hyđrôxit + Etyl Axetat  Natri Axetat + Etanol Phản ứng có thể xem như có tổng số mol là không đổi và phản ứng bậc 1 theo Natri Hyđrôxit và Etyl Axetat , tức là bậc tổng quát của phản ứng là bậc 2, phạm vi của thí nghiệm giới hạn nồng độ (0 – 0,1M) và nhiệt độ (200C – 400C). Phản ứng tiến hành trong thiết bị phản ứng khuấy trộn liên tục đạt cân bằng cuối cùng khi lượng chuyển hóa bằng lượng chất phản ứng xác định ban đầu. Điều kiện cân bằng phụ thuộc vào nồng độ của chất phản ứng, lưu lượng, thể tích thiết bị phản ứng và nhiệt độ phản ứng. Tốc độ phản ứng được xác định bằng cách đo lượng chất phản ứng chuyển hóa thành sản phẩm ứng với thời gian làm việc của thiết bị. Để phản ứng có thể tiến hành thì các phân tử phải tiếp xúc và tương tác với nhau có hiệu quả. Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào tầng suất va chạm và hiệu quả va chạm của các phân tử hợp chất phản ứng. Hệ số này đạt được tối ưu khi tiến hành quá trình khuấy trộn hoàn toàn các chất phản ứng dùng bộ phận khuấy và tấm ngăn trong thiết bị phản ứng. Khả nămg khuấy trộn không tốt sẽ làm giảm tốc độ phản ứng. Dựa theo phương trình phản ứng giữa NaOH và Etyl Axetat, nếu nồng độ ban đầu các chất bằng nhau (bằng a0) và độ chuyển hóa là (Xa) thì nồng độ các chất sau phản ứng sẽ được xác định như sau: 41
  42. NaOH + CH3COOC2H5  CH3COONa + C2H5OH (ao – XA) (ao – XA) (Xa) (Xa) Từ việc phân tích phương trình động học cho phản ứng bậc 2, ta có được Ở đây k là hằng số tốc độ phản ứng và t là thời gian phản ứng. X = a0 – a1 Thay X vào phương trình trên, ta có Sau đó vẽ theo t và xác định hệ số góc của đường thẳng k Nồng độ X có thể được tính toán từ kết quả đo độ dẫn điện. Phản ứng tiến hành trong thiết bị khuấy trộn gián đoạn từ lúc bắt đầu đến lúc hoàn tất. Kết quả đo độ dẫn điện của hỗn hợp trong thiết bị phản ứng thay đổi theo độ chuyển hóa và phương pháp khảo sát quá trình phản ứng thích hợp. Trong quá thình phản ứng đồng thể, tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ các chất phản ứng. Theo lý thuyết va chạm mô tả tốc độ quá trình tăng lên nếu thành phần một hoặc cả hai chất phản ứng được tăng lên. Tuy nhiên, sự ảnh hưởng của nồng độ đặc trưng thay đổi trong hệ thống phản ứng phải được xác định bằng phương pháp thực nghiệm. Việc tăng thành phần chất A so với chất B có thể làm tăng, giảm tốc độ phản ứng hoặc không ảnh hưởng – tùy theo từng loại phản ứng cụ thể. Quan trọng là chấp nhận rằng phương trình cân bằng của chuỗi phản ứng không mô tả tốc độ phản ứng ảnh hưởng thế nào bởi sự thay đổi nồng độ chất phản ứng. Phương trình tốc độ phản ứng tổng quát R = k.An.Bm Ở đó : R = tốc độ phản ứng k = hằng số tốc độ A, B = thành phần phần mol của chất phản ứng n, m = bậc tương ứng (dựa vào thực nghiệm) Vẽ đồ thị log của tốc độ phản ứng theo các mức nồng độ sẽ xác định được hệ số góc của phương trình đường thẳng suy ra bậc phản ứng yêu cầu. 2.3 Phương pháp xác định nồng độ qua độ dẫn điện Độ dẫn điện của hỗn hợp phản ứng trong thiết bị phản ứng thay đổi theo độ chuyển hóa và điều đó cung cấp phương pháp hữu ích cho việc theo dõi quá trình phản ứng. Nồng độ dòng nhập liệu có thể được tính toán như sau: Nồng độ NaOH trong nhập liệu: Nồng độ CH3COOC2H5 trong nhập liệu: Ở đó: Va = thể tích dung dịch NaOH sử dụng Vb = thể tích dung dịch CH3COOC2H5 sử dụng 42
  43. Nồng độ Natri Axetat cuối cùng trong thiết bị phản ứng tại điều kiện phản ứng hoàn toàn được xác định nếu b0 < a0 hoặc nếu Chúng ta hoàn toàn có thể xác định độ dẫn điện cuối cùng cùng với nồng độ Natri Axetat bằng phương trình sau: Tương tự có thể tính toán nồng độ NaOH theo kết quả đo độ dẫn điện bằng: Lúc này = 0 nếu a0 < b0 hoặc = (a0 – b0) nếu Vì vậy (chấp nhận C0 = 0) Sử dụng những giá trị độ dẫn điện tại điểm đầu vào cuối khi chúng ta tính toán giá trị nồng độ NaOH (a1), nồng độ Natri Axtetat và độ chuyển hóa (Xa) và (Xc) cho mỗi mẫu đo độ dẫn điện thu thập được tại các điểm đánh dấu trong thực nghiệm. Vì vậy (chấp nhận C0 = 0) (cho C0 = 0) BÁO CÁO THÍ NGHIỆM Bảng 1: Kết quả thí nghiệm với điều kiện cách khấy 4 vòng/phút Stt t(s)  T VNaOH V CNaOH C   0 CH3 COOC 2 H 5 CH3 COOC 2 H 5 ( C) (lít) (lit) (mol/lit) (Mol/lit) (mS) (%) 1 30 32 790 710 0.1 0.1 7.75 2 120 32 790 710 0.1 0.1 7.22 3 240 32 790 710 0.1 0.1 6.96 4 360 32 790 710 0.1 0.1 6.83 5 480 32 790 710 0.1 0.1 6.71 6 600 32 790 710 0.1 0.1 6.63 7 720 32 790 710 0.1 0.1 6.57 43
  44. 8 840 32 790 710 0.1 0.1 6.51 9 960 32 790 710 0.1 0.1 6.48 10 1080 32 790 710 0.1 0.1 6.45 11 1200 32 790 710 0.1 0.1 6.44 12 1320 32 790 710 0.1 0.1 6.44 13 1440 32 790 710 0.1 0.1 6.41 14 1560 32 790 710 0.1 0.1 6.41 15 1680 32 790 710 0.1 0.1 6.41 Bảng 2 : tính toán nồng độ Stt t (s) 0 0 CNaOH CCH COOC H 0 C  3 2 5 NaOH CCHCOONa (mol/lit) (mol/lit) (mS) (mol/lit) 3 (mS) (mol/lit) 1 30 0.0527 0.0473 11.949 0.0053 0.0473 1.00258 2 120 0.0527 0.0473 11.949 0.0053 0.0473 1.00258 3 240 0.0527 0.0473 11.949 0.0053 0.0473 1.00258 4 360 0.0527 0.0473 11.949 0.0053 0.0473 1.00258 5 480 0.0527 0.0473 11.949 0.0053 0.0473 1.00258 6 600 0.0527 0.0473 11.949 0.0053 0.0473 1.00258 7 720 0.0527 0.0473 11.949 0.0053 0.0473 1.00258 8 840 0.0527 0.0473 11.949 0.0053 0.0473 1.00258 9 960 0.0527 0.0473 11.949 0.0053 0.0473 1.00258 10 1080 0.0527 0.0473 11.949 0.0053 0.0473 1.00258 11 1200 0.0527 0.0473 11.949 0.0053 0.0473 1.00258 12 1320 0.0527 0.0473 11.949 0.0053 0.0473 1.00258 13 1440 0.0527 0.0473 11.949 0.0053 0.0473 1.00258 14 1560 0.0527 0.0473 11.949 0.0053 0.0473 1.00258 15 1680 0.0527 0.0473 11.949 0.0053 0.0473 1.00258 Bảng 3: Xác định hằng số tốc độ phản ứng Stt t (s) C C X X CC0 1 NaOH CH3 COONa NaOH CH3 COONa CC0. 1 1 30 0.034518 0.018144 0.345018 0.383596 9.995428 2 120 0.032223 0.020434 0.388566 0.432013 12.05882 3 240 0.031097 0.021558 0.409929 0.455765 13.1824 4 360 0.030534 0.022119 0.420611 0.467641 13.77527 5 480 0.030014 0.022638 0.430471 0.478604 14.34226 6 600 0.029668 0.022984 0.437044 0.485912 14.73129 7 720 0.029408 0.023243 0.441974 0.491394 15.02908 8 840 0.029148 0.023502 0.446904 0.496875 15.33218 9 960 0.029018 0.023632 0.449369 0.499615 15.48576 10 1080 0.028888 0.023761 0.451834 0.502356 15.64073 11 1200 0.028845 0.023805 0.452656 0.50327 15.69269 12 1320 0.028845 0.023805 0.452656 0.50327 15.69269 44
  45. 13 1440 0.028715 0.023934 0.455121 0.50601 15.84953 14 1560 0.028715 0.023934 0.455121 0.50601 15.84953 15 1680 0.028715 0.023934 0.455121 0.50601 15.84953 18 y = 0.3252x + 11.966 2 16 R = 0.7389 14 12 10 Series1 8 Đường thẳng nội suy vdvzvz 6 4 2 0 0.5 4 8 12 16 20 24 28 t Vậy hệ số góc của đường thẳng là: 0,3252 => k = 0,3252 Vậy phương trình vận tốc phản ứng của NaOH và CH3COOC2H5 là: r = 0,3252. CC. NaOH CH3 COOC 2 H 5 Bảng 1: Kết quả thí nghiệm với điều kiện cách khấy 9 vòng/phút Stt t(s)  T VNaOH V CNaOH C   0 CH3 COOC 2 H 5 CH3 COOC 2 H 5 ( C) (lít) (lit) (mol/lit) (Mol/lit) (mS) (%) 1 30 32 790 710 0.1 0.1 8.08 2 120 32 790 710 0.1 0.1 7.49 3 240 32 790 710 0.1 0.1 7.2 4 360 32 790 710 0.1 0.1 6.97 5 480 32 790 710 0.1 0.1 6.86 6 600 32 790 710 0.1 0.1 6.79 7 720 32 790 710 0.1 0.1 6.71 8 840 32 790 710 0.1 0.1 6.65 9 960 32 790 710 0.1 0.1 6.61 10 1080 32 790 710 0.1 0.1 6.59 11 1200 32 790 710 0.1 0.1 6.55 12 1320 32 790 710 0.1 0.1 6.56 45
  46. 13 1440 32 790 710 0.1 0.1 6.55 Bảng 2: Bảng tính nồng độ Stt t (s) 0 0 CNaOH CCH COOC H 0 C  3 2 5 NaOH CCHCOONa(mol/lit) (mol/lit) (mol/lit) (mS) (mol/lit) 3 (mS) 1 30 0.0527 0.0473 11.949 0.0053 0.0473 1.00258 2 120 0.0527 0.0473 11.949 0.0053 0.0473 1.00258 3 240 0.0527 0.0473 11.949 0.0053 0.0473 1.00258 4 360 0.0527 0.0473 11.949 0.0053 0.0473 1.00258 5 480 0.0527 0.0473 11.949 0.0053 0.0473 1.00258 6 600 0.0527 0.0473 11.949 0.0053 0.0473 1.00258 7 720 0.0527 0.0473 11.949 0.0053 0.0473 1.00258 8 840 0.0527 0.0473 11.949 0.0053 0.0473 1.00258 9 960 0.0527 0.0473 11.949 0.0053 0.0473 1.00258 10 1080 0.0527 0.0473 11.949 0.0053 0.0473 1.00258 11 1200 0.0527 0.0473 11.949 0.0053 0.0473 1.00258 12 1320 0.0527 0.0473 11.949 0.0053 0.0473 1.00258 13 1440 0.0527 0.0473 11.949 0.0053 0.0473 1.00258 Bảng 3: Xác định hằng số tốc độ phản ứng Stt t (s) C C X X CC0 1 NaOH CH3 COONa NaOH CH3 COONa CC0. 1 1 30 0.035947 0.016718 0.317903 0.353449 8.843771 2 120 0.033392 0.019268 0.366381 0.407348 10.97222 3 240 0.032136 0.020521 0.390209 0.43384 12.14245 4 360 0.03114 0.021514 0.409108 0.454852 13.13769 5 480 0.030664 0.02199 0.418146 0.464901 13.63652 6 600 0.030361 0.022292 0.423898 0.471296 13.96211 7 720 0.030014 0.022638 0.430471 0.478604 14.34226 8 840 0.029754 0.022897 0.435401 0.484085 14.63319 9 960 0.029581 0.02307 0.438688 0.487739 14.82998 10 1080 0.029495 0.023156 0.440331 0.489566 14.92924 11 1200 0.029321 0.023329 0.443618 0.493221 15.12952 12 1320 0.029365 0.023286 0.442796 0.492307 15.07923 13 1440 0.029321 0.023329 0.443618 0.493221 15.12952 46
  47. y = 0.432x + 10.573 18 R2 = 0.7763 16 14 12 10 Series1 8 Đường thẳng nội suy 6 4 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Vậy hệ số góc của đường thẳng là: 0,432 => k = 0,432 Vậy phương trình vận tốc phản ứng của NaOH và CH3COOC2H5 là: r = 0,432.CC. NaOH CH3 COOC 2 H 5 47