BAI 3 HỆ THỐNG KHUẤY TRỘN GIÁN ĐOẠN VỚI ĐIỀU KIỆN ĐOẠN NHIỆT

HỆ THỐNG KHUẤY TRỘN

BÀI 3:

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 3COO ) 2 O + H 2O → 2CH 3COOH
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.
Nếu nồng độ của Anhydrit Axetic tại một thời điểm bất kỳ là C, khi đó tốc độ
phản ứng được xác định.

R=

dC
dt

Với C = C0 khi t=0. Nhiệt tổng quát của phản ứng là:
(−∆H ).R = ρ .C p .

dT
dt

Với T=T0 tại t=0. Kết hợp 2 phương trình, đơn giản ta được.
1


(C − C0 )(−∆H ) = ρ .C p .

dT
dt

Cho phản ứng bậc n, tốc độ phản ứng được mô tả theo phương trình
Arrhenius như sau:
R = kCn = A.e

Đặt β =

−

E
RT

.Cn

ρ .C p
thì ta được phương trình:
−∆H
C = C0 − β (T − T0 )

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

E
−
dT
n
= A.e RT .[ C0 − β (T − T0 ]
dt

Đặt T = Tα khi phản ứng hoàn toàn thì
(C0 − 0) = β .(Tα − T0 ) và như vậy β =

C0
(Tα − T0 )

Thế β vào phương trình trên , rút gọn ta có:
dT
dt

Tα − T0 
T − T0 

.  C0 − C 0 .
C0 
Tα − T0 

= A.e

−

E
RT

Tiến hành lấy logarit hai vế phương trình, ta có:

ln

Và vì vậy vẽ ln

dT
dt

Tα − T0 
T − T0 
. C0 − C0 .
C0 
Tα − T0 
dT
dt

Tα − T0 
T − T0 

.  C0 − C 0 .
C0 
Tα − T0 

= ln A −

theo 1/T sẽ được đường thẳng có hệ số

góc là –E/R và tung độ giao điểm trục tung là ln(A).

2

E
RT


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
STT
1
2
3
4

5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

Thời gian t

Nhiệt độ T

(s)
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
390
420
450
480
510
540
570
0
30
60
90
120
150
180

210
240
270
300

(0C)
31.7
32.5
33.3
34.0
34.6
35.8
36.4
36.9
37.5
38.5
39.0
39.3
39.8
39.9
39.9
40.0
40.7
41.2
41.5
41.7
31.7
32.5
33.3
34.0

34.6
35.8
36.4
36.9
37.5
38.5
39.0

STT
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
21

22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
3

Thời gian t

Nhiệt độ T

(s)
600
630
660
690
720
750
780
810
840
870
900
930
960

990
1020
1050
1080
1110
1140
1170
600
630
660
690
720
750
780
810
840
870
900

(0C)
42.0
42.3
42.4
42.7
42.9
43.1
43.1
43.2
43.2
43.2

43.3
43.1
43.1
43.0
42.9
42.8
42.7
42.6
42.5
42.5
42.4
42.3
42.0
42.3
42.4
42.7
42.9
43.1
43.1
43.2
43.2


12
13
14
15
16
17
18

19
20

330
360
390
420
450
480
510
540
570

39.3
39.8
39.9
39.9
40.0
40.7
41.2
41.5
41.7

32
33
34
35
36
37
38

39
40

THÍ NGHIỆM 2:
10ml (CH3COO)2O 98.5%, d=1.08
40ml H2O
20ml H2SO4 0.5M

4

930
960
990
1020
1050
1080
1110
1140
1170

43.2
43.3
43.1
43.1
43.0
42.9
42.8
42.7
42.6

STT

Thời gian t

Nhiệt độ T

(s)
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
390
420
450
480
510
540
570
600
630

660
690
720

(0C)
32.4
32.9
33.5
34.6
35.2
35.9
36.4
37.0
37.6
38.1
38.6
39.0
39.4
39.9
40.2
40.5
40.8
41.0
41.2
41.4
41.5
41.6
41.7
41.8
41.9

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25

STT
26
27

28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50

2. TÍNH TOÁN VÀ XỬ LÝ KẾT QUẢ:
a. Tính toán:
dT Tt − T0
=
dt
tt

C(0CH 3COO)2 O =

C %.10d 98.5 ×10 × 1.05
=
= 15.9776
D
67

Tα − T0 42.3 − 31.7
=
= 0.667606
C0
15.8776

b. Bảng kết quả:
5

Thời gian t

Nhiệt độ T

(s)
750
780
810
840
870
900
930
960

990
1020
1050
1080
1110
1140
1170
1200
1230
1260
1290
1320
1350
1380
1410
1440
1470

(0C)
41.9
41.9
41.9
41.9
41.9
41.9
41.8
41.8
41.8
41.8
41.7

41.6
41.6
41.5
41.5
41.4
41.4
41.3
41.2
41.1
41.1
41.0
40.9
40.8
40.8


THÍ NGHIỆM 1:
Thời Nhiệt
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36

gian
(t)
0
30

60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
390
420
450
480
510
540
570
600
630
660
690
720
750
780
810
840
870
900
930

960
990
1020
1050

độ T

1/T

dT/dt

Tα − T0 
T − T0 
.  C0 − C 0 .

C0 
Tα − T0 

0.0315
0.0308
0.0300
0.0294
0.0289
0.0279
0.0275
0.0271
0.0267
0.0260
0.0256
0.0254

0.0251
0.0251
0.0251
0.0250
0.0246
0.0243
0.0241
0.0240
0.0238
0.0236
0.0236
0.0234
0.0233
0.0232
0.0232
0.0231
0.0231
0.0231
0.0231
0.0232
0.0232
0.0233
0.0233
0.0234

0.0267
0.0267
0.0256
0.0242
0.0273

0.0261
0.0248
0.0242
0.0252
0.0243
0.0230
0.0225
0.0210
0.0195
0.0184
0.0188
0.0186
0.0181
0.0175
0.0172
0.0168
0.0162
0.0159
0.0156
0.0152
0.0146
0.0142
0.0137
0.0132
0.0129
0.0123
0.0119
0.0114
0.0110
0.0106

9.8
9.0
8.3
7.7
6.5
5.9
5.4
4.8
3.8
3.3
3.0
2.5
2.4
2.4
2.3
1.6
1.1
0.8
0.6
0.3
0.0
-0.1
-0.4
-0.6
-0.8
-0.8
-0.9
-0.9
-0.9

-1.0
-0.8
-0.8
-0.7
-0.6
-0.5

0

( C)
31.7
32.5
33.3
34
34.6
35.8
36.4
36.9
37.5
38.5
39
39.3
39.8
39.9
39.9
40.0
40.7
41.2
41.5
41.7

42.0
42.3
42.4
42.7
42.9
43.1
43.1
43.2
43.2
43.2
43.3
43.1
43.1
43.0
42.9
42.8

6

ln

dT
dt

Tα − T0 
T − T0 
. C0 − C0 .
C0 
Tα − T0 

-5.90672
-5.82157
-5.87413
-5.95324
-5.09068
-5.68698
-5.78074
-5.48064
-4.73620
-5.28827
-5.70378
-5.01064
-6.57925
-6.53669
-4.22788
-4.18965
-4.38203
-4.49981
-3.40120

-4.78749
-5.34711
-5.19296
-5.01064


37
38
39
40

41
42

1080
1110
1140
1170
1200
1230

42.7
42.6
42.5
42.5
42.4
42.3

0.0234
0.0235
0.0235
0.0235
0.0236
0.0236

0.0102
0.0098
0.0095
0.0092
0.0089
0.0086

-0.4
-0.3
-0.2
-0.2
-0.1
0.0

ĐỒ THỊ:

7

-4.78749
-4.49981
-4.09434
-3.40120


THÍ NGHIỆM 2:
Thời Nhiệt
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9

10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36

gian
(t)

0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
390
420
450
480
510
540
570
600
630
660
690
720
750
780
810
840
870

900
930
960
990
1020
1050

độ T

1/T

dT/dt

Tα − T0 
T − T0 
.  C0 − C 0 .

C0 
Tα − T0 

0.0309
0.0304
0.0299
0.0289
0.0284
0.0279
0.0275
0.0270
0.0266
0.0262

0.0259
0.0256
0.0254
0.0251
0.0249
0.0247
0.0245
0.0244
0.0243
0.0242
0.0241
0.0240
0.0240
0.0239
0.0239
0.0239
0.0239
0.0239
0.0239
0.0239
0.0239
0.0239
0.0239
0.0239
0.0239
0.0240

0.0167
0.0200
0.0367

0.0200
0.0233
0.0167
0.0200
0.0200
0.0167
0.0167
0.0133
0.0133
0.0167
0.0100
0.0100
0.0100
0.0067
0.0067
0.0067
0.0033
0.0033
0.0033
0.0033
0.0033
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
-0.0033
0.0000
0.0000

0.0000
-0.0033

7.9
7.3
6.2
5.6
4.9
4.4
3.8
3.2
2.7
2.2
1.8
1.4
0.9
0.6
0.3
0.0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.7
-0.8
-0.9
-1.0
-1.1
-1.1
-1.1
-1.1

-1.1
-1.1
-1.1
-1.0
-1.0
-1.0
-1.0
-0.9

0

( C)
32.4
32.9
33.5
34.6
35.2
35.9
36.4
37.0
37.6
38.1
38.6
39.0
39.4
39.9
40.2
40.5
40.8
41.0

41.2
41.4
41.5
41.6
41.7
41.8
41.9
41.9
41.9
41.9
41.9
41.9
41.9
41.8
41.8
41.8
41.8
41.7

8

ln

dT
dt

Tα − T0 
T − T0 
. C0 − C0 .
C0 

Tα − T0 

-6.16121
-5.89990
-5.13044
-5.63479
-5.34711
-5.57595
-5.24702
-5.07517
-5.08760
-4.88280
-4.90527
-4.65396
-3.98898
-4.09434
-3.40120

-5.70378

-5.59842


37
38
39
40
41
42

1080
1110
1140
1170
1200
1230

41.6
41.6
41.5
41.5
41.4
41.4

0.0240
0.0240
0.0241
0.0241
0.0242
0.0242

-0.0033
0.0000
-0.0033
0.0000
-0.0033
0.0000

-0.8
-0.8

-0.7
-0.7
-0.6
-0.6

ĐỒ THỊ:

9

-5.48064
-5.34711
-5.19296