BÁO CÁO THÍ NGHIỆM HỆ THỐNG PHẢN ỨNG KHUẤY TRỘN GIÁN ĐOẠN VỚI ĐIỀU KIỆN ĐẲNG NHIỆT

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM HỆ THỐNG PHẢN ỨNG KHUẤY TRỘN GIÁN
ĐOẠN VỚI ĐIỀU KIỆN 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
OOCH 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).
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
OOCH 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.
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
= ×
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
OONaCH C NaOH
C C
α
=
nếu
3 2 5
0 0
OOCCH C H NaOH
C C<
hoặc
3
0
OONaCH C NaOH
C C
α
=
nếu

3 2 5
0 0
OOCCH 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
α α
α
Λ = Λ = × + × − × ×
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
α α
Λ = × + × − × ×
cho T>=294
Lúc này
0
NaOH
C
α
=
nếu
3 2 5

0 0
OOCCH C H NaOH
C C≥
hoặc
3 2 5
0 0
OO
( )
NaOH NaOH CH C C H
C C C
α
= −
nếu
3 2 5
0 0
OOCCH C H NaOH
C C≤
Vì vậy
0
0 NaOH
Λ = Λ
(chấp nhận
3
0
OONa
0
CH C
C =
)
3

OONaOH CH C Na
α α
α
Λ = Λ + Λ
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
α
α
 
Λ − Λ
= − +
 
Λ − Λ
 
0 1

1
0
c c
α
α
 
Λ − Λ
=
 
Λ − Λ
 
chấp nhận c
0
=0
0 1
0
a
a a
X
a
−
=
1
c
c
X
c
α
=
III. BÁO CÁO THÍ NGHIỆM:

1. SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM.
STT
Thời gian t
( s )
Độ dẫn điện
Λ
(mS)
STT
Thời gian t
( s )
Độ dẫn điện
Λ
(mS)
1 30 6.98 9 960 5.08
2 120 6.31 10 1080 5.01
3 240 5.88 11 1200 4.96
4 360 5.62 12 1320 4.92
5 480 5.44 13 1440 4.90
6 600 5.31 14 1560 4.87
7 720 5.22 15 1680 4.83
8 840 5.12 16 1800 4.82
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 CNaOH 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
OONaOH 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
α α
= = =
Ta có :
0
0
0.195 [1 0.0148 ( 294)] 1000
NaOH NaOH
T CΛ = Λ = × + × − × ×
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
α α
α
Λ = Λ = × + × − × ×
( )
0.07 [1 0.0248 (305.8 294)] 0.042855 1000 3.88 mS= × + × − × × =
BẢNG KẾT QUẢ:
ST
T
Thời gian
t
( s )
0
NaOH
C
3 2 5
0
OOCH C C H
C
0
Λ
(mS)
t
NaOH
C
3
OONa

t
CH C
C
t
Λ
(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
OONaCH C
C
(mol/l)
NaOH
X
3
OONaCH 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
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 :
0 1
0 1
a a
a a
−
×
0 1
0 1
a a
a a
−
×
t (s)
- 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: