Bài tập thực hành Kỹ thuật phản ứng

1








BÀI TẬP THỰC HÀNH
KỸ THUẬT PHẢN ỨNG
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.
Thời gian thu gọn
t t t
V
t



  
là tỷ số giữa thời gian lưu của phần tử bất kì và
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.
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
I I
vao
I I
C C t
f t
C 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:
4

1
( 1)!
i
n
n
n
ni i
n
C e
n




 


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/C
0
hoàn toàn có thể thay thế bằng tỷ số D/D
0
nên ta chỉ cần đo mật độ

quang thay cho việc đo nồng độ.
Cơ sở là định luật Lambert – Beer:
. . . 2 lg( %)
D b c k C 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
T
0
(%) Đường kính (d) Chiều cao (h) Lưu lượng (Q)
42.2 120 mm 105 mm 0.3 l/ph


t (S) t
1

t
2
t
3

t
4
t
5

T (%) 44 42.8 42.3 42.3 42.2

Chọn T
0
= 42.2

2. HỆ MỘT BÌNH LIÊN TỤC
5

T
0
(%) 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:
T
0
(%) Đường kính (d) Chiều cao (h) Lưu lượng (Q)
45.3 120 mm 115 mm 0.3 l/ph

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
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:
Đối với hệ một bình:
0
1
1 0 1
0
1 1 1
0
1191 .96 9 8

293.5 7 7 4
4 .0606
k
k k
i
i
i i i i
i
i i
k k k
i
i i
i i i
D
C t
C t D t
D
t
D
C C D
D

 
  

  

 

 

  

Đối với hệ hai bình:
0
1
1 0 1
0
1 1 1
0
1225 .65
29 2.24 9 6
4.193 8
k
k k
i
i
i i i i
i
i i
k k k
i
i i
i i i
D
C t
C t D t
D
t
D
C C D

D

 
  

  

 

 
  

Lý thuyết:
V: Tổng thể tích hệ thống khảo sát (l)
v: Lưu lượng dòng chảy (l/s)
Đối với hệ một bình:
2 2
1
1000 0.12 0.105 1000
237.5044
0.3
4
4
60
b
V d h
 

 
     

   



Đối với hệ hai bình:
2 2
2
2 1000 0.12 0.105 1000
475.0088
0.3
4
4
60
b
V d h
 

 
      
   



b. Tính thời gian lưu rút gọn:
8
Thực nghiệm:
i
i
t
t



với i = 1…K
Lý thuyết:
i
i
t



với i = 1…K
c. Hàm đáp ứng:
Thực nghiệm:
0 0
i i
ni
n
C D
C
C D
 
với i = 1…K
Lý thuyết:
1
0( ) 0 ( )
( 1)!
i
n
nn
i i

ni i
LT n LT
C D
n
C e
n C D



   


với i = 1…K
Đối với hệ một bình:
0
1.
1
i i
i i
C e e
 

 
   

Đối với hệ hai bình:
2
2 2
2 1
2.

2
4
(2 1)!
i i
i i i
C e e
 
 
 

    


Mật độ quang:
2 lg( %)
D T
 

Mật độ quang ban đầu của mỗi hệ:
0
0n
D
D
n


Với: n là số bình khuấy mắc nối tiếp
D
0
là mật độ quang ban đầu đo được ở hệ một bình khuấy

2. BẢNG SỐ LIỆU.
HỆ MỘT BÌNH:
D
0
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/D
0 (TN)
TN


D/D
0 (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
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

10
ĐỒ THỊ:
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8

0.9
1.0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
TN
LT
ĐỒ THỊ KHẢO SÁT ĐƯỜNG
0
/
TN TN
D D


VÀ
0
/
LT LT
D D


HỆ 1 BÌNH
0
/
D D



Thực nghiệm
Lý thuyết
11
HỆ HAI BÌNH:

D
0
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/D
0 (TN)
TN


D/D
0 (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

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




















0
/
D D




0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
TN
LT
ĐỒ THỊ KHẢO SÁT ĐƯỜNG
0
/
TN TN
D D


VÀ
0
/
LT LT
D D


HỆ 2 BÌNH

0
/
D D




Th
ực nghiệm


Lý thuy
ết


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.
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 (CH
3
COOC
2
H
5
) bằng Natri Hydroxit
(NaOH).
3 2 5 3 2 5
OO
CH COOC H NaOH CH C Na C H 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 (20
0
C – 40
0

C).
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 a
0
) và độ chuyển hóa là (X
a
) thì nồng độ các chất sau phản ứng được xác
định:
3 2 5 3 2 5
OO
CH COOC H NaOH CH C Na C H OH
  

(a
0
– X
a
) (a

0
– X
a
) X
a
X
a

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 = a
0
– a
1

Thay X vào phương trình ta có:
0 1
0 1
a a
kt
a a

 



Sau đó vẽ
0 1
0 1
a a
a a


theo t và xác định hệ số góc của đường thẳng k
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.
16
Nồng độ dòng nhập liệu có thể tính toán như sau:
Nồng độ NaOH trong nhập liệu:
0
NaOH
NaOH NaOH
hh
V
C C
V
 
, Vhh = Va + Vb
Nồng độ CH
3
COOC
2

H
5
trong nhập liệu:
3 2 5
3 2 5 3 2 5
OO
0
OO OO
CH C C H
CH C C H CH C C H
hh
V
C C
V
 

Nồng độ Natri Axetat cuối cùng trong thiết bị phản ứng tại điều kiện phản
ứng hoàn toàn được xác định.
3
0
OONa
CH C NaOH
C C


nếu
3 2 5
0 0
OOC
CH C H NaOH

C C
hoặc
3
0
OONa
CH C NaOH
C C


nếu
3 2 5
0 0
OOC
CH C H NaOH
C C

Chúng ta hoàn toàn có thể xác định độ dẫn điện cuối cùng ứng với nồng độ
Natri Axetat bằng phương trình sau:
3 3
OO OO
0.07 [1 0.0248 ( 294)] 1000
CH C N CH C Na
T C
 

         
cho T>=294
Tương tự có thể tính nồng độ của NaOH theo kết quả đo độ dẫn điện bằng:
0.195 [1 0.0148 ( 294)] 1000
NaOH NaOH

T C
 
       
cho T>=294
Lúc này
0
NaOH
C


nếu
3 2 5
0 0
OOC
CH C H NaOH
C C
hoặc
3 2 5
0 0
OO
( )
NaOH NaOH CH C C H
C C C

 
nếu
3 2 5
0 0
OOC
CH C H NaOH

C C

Vì vậy
0
0
NaOH
  
(chấp nhận
3
0
OONa
0
CH C
C

)
3
OO
NaOH CH C 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 (a
1
) và nồng độ Natri Axetat (c
1
) và độ chuyển hóa
(X

a
) và (X
c
) cho mỗi mẫu đo độ dẫn điện thu thập tại các điểm đánh dấu trong thực
nghiệm.
Vì vậy:
0 1
1 0 0
0
( )
a a a a


 
  
  
 
  
 

17
0 1
1
0
c c


 
  


 
  
 
chấp nhận c
0
=0
0 1
0
a
a a
X
a


;
1
c
c
X
c




III. BÁO CÁO THÍ NGHIỆM:
1. SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM.
Thời gian t
( phút )
t
0

C
Độ dẫn điện

(mS)
Thời gian t
( phút )
t
0
C
Độ dẫn điện


(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

18

2. XỬ LÝ SỐ LIỆU VÀ TÍNH TOÁN
Kiểm tra bơm 1(NaOH): 5 vòng/phút
50ml – t = 1p52s = 112s
50
0.4464( / )
112
NaOH
V
Q ml s
t
   

Kiểm tra bơm 2 (CH
3
COOC
2
H
5
): 10 vòng/phút
50ml – t = 1p24s = 84s
3 2 5
OO
50
0.5952( / )
84
CH C C H
V
Q ml s
t
   

3 2 5 3 2 5
OOC OO C
NaOH CH C H CH C Na H OH
  

Thời gian bơm đầy bình phản ứng:
t
min
= 23p53s = 1433s
0.4464 1433 639.6912( ) 0.63969( )
NaOH
V Q t ml lit
      

3 2 5
OO
0.59524 1433 852.979( ) 0.85298( )
CH C C H
V Q t ml lit
      

0.63969 0.85298 1.49267( )
hh
V lit
  

0
0.63969
0.42855

1.49267
NaOH
NaOH NaOH
hh
V
C C M
V
    
( 1 )
3 2 5
3 2 5 3 2 5
OO
0
OO OO
0.85298
0.571445
1.49267
CH C C H
CH C C H CH C C H
hh
V
C C M
V
    
( 2 )
Từ ( 1 ) ( 2 ) ta thấy
3 2 5
0 0
OO
NaOH CH C C H

C C
Nên cuối phản ứng
3
0
OO
0, 0.042855
NaOH CH C Na NaOH
C C C M
 
  

Ta có :
0
0
0.195 [1 0.0148 ( 294)] 1000
NaOH NaOH
T C         

0.195 [1 0.0148 (305.8 294)] 0.042855 1000 9.85
( )
mS
       


3 3
OO OO
0.07 [1 0.0248 ( 294)] 1000
CH C Na CH C Na
T C
 


         



0.07 [1 0.0248 (305.8 294)] 0.042855 1000 3.88
mS
       

19
BẢNG KẾT QUẢ:
ST
T
Thời gian t
( s )
0
NaOH
C

3 2 5
0
OO
CH C C H
C

0


(mS)
t

NaOH
C

3
OONa
t
CH C
C

t


(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
STT
Thời gian
t ( s )
NaOH
C

(mol/l)
3
OONa
CH C
C

(mol/l)
NaOH
X

3
OONa
CH C
X

0 1
0 1
a a
a a




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
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 :

y = -0.0072x + 14.215
R
2
= 0.7133
0
5
10
15
20
25
0 500 1000 1500 2000
ĐỒ THỊ
0 1
0 1
a a
a a


THEO THỜI GIAN t.


0 1
0 1
a a
a a





t
(s)
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 CH
3
COOC
2
H
5
theo dạng
r=k.A
n
B
m
:
1 1
. . 0.0072 0.042855 0.057145 0.000018( / . )
n m
r k A B 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 (CH
3
COO)
2
O bằng nước.
Quá trình hydrat hóa Anhydrit Axetic bằng nước với chất xúc tác là Axit
Sunfuruc được mô tả như sau:


3 2 3
2
OO 2 OO
CH C O H O CH C H
 

Phản ứng được xem như có phương trình động học của phản ứng bậc một vơí
phương trình R=kC
n
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.
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 = C
0
khi t=0. Nhiệt tổng quát của phản ứng là:
( ). . .
p
dT
H R C
dt

 

Với T=T
0
tại t=0. Kết hợp 2 phương trình, đơn giản ta được.
0
( )( ) . .
p
dT
C C H C
dt


  

Cho phản ứng bậc n, tốc độ phản ứng được mô tả theo phương trình
Arrhenius như sau:
. .
E
RT
n n
R kC A e C

 

Đặt
.
p
C
H




thì ta được phương trình:
0 0
( )
C C T T

  

Kết hợp với phương trình vận tốc Arrhenius vùa đưa ra, ta được:

 
0 0
. . . (
E
n
RT
dT
A e C T T
dt
 

  

Đặt
T T


khi phản ứng hoàn toàn thì
0 0
( 0) .( )
C T T


  
và như vậy
0
0
( )
C
T T






Thế

vào phương trình trên , rút gọn ta có:
0 0
0 0
0 0
.
. .
E
RT
dT
dt
A e
T T T T
C C
C T T




 
 

 


 

Tiến hành lấy logarit hai vế phương trình, ta có:
23
0 0
0 0
0 0
ln ln
. .
dT
E
dt
A
RT
T T T T
C C
C T T


 
 
 

 

 

Và vì vậy vẽ
0 0
0 0

0 0
ln
. .
dT
dt
T T T T
C C
C T T


 
 

 

 
theo 1/T sẽ được đường thẳng có hệ số
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 (CH
3
COO)
2
O 98.5%, d=1.08
40ml H
2
O

10ml H
2
SO
4
0.5M
STT
Thời gian t
(s)
Nhiệt độ T
(
0
C)
STT
Thời gian t
(s)
Nhiệt độ T
(
0
C)
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

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
25

20 570 41.7 40 1170 42.6

THÍ NGHIỆM 2:
10ml (CH
3
COO)
2
O 98.5%, d=1.08
40ml H
2
O
20ml H
2
SO
4
0.5M