Báo cáo thực hành: Kỹ thuật phản ứng

Chia sẻ: Fvdxc Fvdxc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:40

Thêm vào BST

Báo xấu

134
lượt xem 18
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích thí nghiệm: Khảo sát thời gian lưu của hệ thống bình khấy 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 thông số thống kê của mô hình thí nghiệm.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo thực hành: Kỹ thuật phản ứng

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH TRUNG TÂM MÁY VÀ THIẾT BỊ  BÁO CÁO THỰC HÀNH KỸ THUẬT PHẢN ỨNG GVHD: Lê Văn Nhiều SVTH: Ngô Mạnh Linh MSSV: 08097421 Tổ: 1 Lớp HP: Tối thứ 5, 6 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2010
Bài 1: Thời gian lưu Ngày thực hành: 26-11-2010 Sinh viên: Ngô Mạnh Linh Mã số: 08097421 Lớp thực hành: Tối thứ 5, 6 Tổ thực hành: Tổ 1 Điểm: Lời phê của thầy: 1. Mục đích thí nghiệm: -Khảo sát thời gian lưu của hệ thống bình khấy 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 thông số thống kê của mô hình thí nghiệm. 2. Bảng số liệu: 2.1. Hệ một bình làm việc gián đoạn: Do T0=37.6 nên D0  2  ln(T0 )  2  lg(37.6)  0, 4248 Đường kính: d =120 mm Chiều cao: h =110 mm Lưu lượng: v =0,004274 l/s t (s) D 30 60.5 60 38.6 90 38.5 120 38 150 37.9 180 37.6 210 37.6 2.1. Hệ một bình làm việc liên tục: D0  0, 4248
Đường kính: d =120 mm Chiều cao: h =110 mm Lưu lượng: v =0,004274 l/s t(s) D t(s) D t(s) D t(s) D t(s) D 30 0.313364 330 0.152427 630 0.053057 930 0.019542 1230 0.004365 60 0.352617 360 0.130182 660 0.045757 960 0.019088 1260 0.005683 90 0.329754 390 0.118615 690 0.040482 990 0.012781 1290 0.002177 120 0.302771 420 0.104577 720 0.036212 1020 0.009661 1320 0.004365 150 0.275724 450 0.097453 750 0.033858 1050 0.006564 1350 0.004804 180 0.250264 480 0.086716 780 0.028724 1080 0.007005 1380 0.005243 210 0.225483 510 0.078834 810 0.027334 1110 0.005243 1410 0.000869 240 0.201349 540 0.069560 840 0.023650 1140 0.006564 1440 0.003926 270 0.181115 570 0.062984 870 0.024109 1170 0.004804 1470 0.000000 300 0.163676 600 0.057992 900 0.020907 1200 0.007005 2.1. Hệ hai bình làm việc liên tục: D0  0, 4248 Đường kính: d =120 mm Chiều cao: h =110 mm Lưu lượng: v =0,004274 l/s t(s) D t(s) D t(s) D t(s) D t(s) D 30 0.011441 360 0.151195 690 0.087247 1020 0.040005 1350 0.018181 60 0.038579 390 0.149967 720 0.078834 1050 0.034798 1380 0.016374 90 0.063989 420 0.142065 750 0.077794 1080 0.033858 1410 0.011441 120 0.088842 450 0.142065 780 0.069560 1110 0.028260 1440 0.013676 150 0.107349 480 0.126098 810 0.070070 1140 0.027797 1470 0.008774 180 0.125518 510 0.118045 840 0.062482 1170 0.023650 1500 0.011441 210 0.133713 540 0.115205 870 0.059484 1200 0.025488 1530 0.003488 240 0.145694 570 0.106793 900 0.051098 1230 0.025028 1560 0.001305 270 0.154902 600 0.104577 930 0.047208 1260 0.021819 1590 0.001741 300 0.151195 630 0.097453 960 0.047208 1290 0.019088 1620 0.001305 330 0.154902 660 0.089376 990 0.041436 1320 0.019542 1650 0.000000 3. Xử lý số liệu: 3.1. Tính thời gian lưu trung bình: -Thực nghiệm:
k k _  C .t i 1 i i _  D .t i 1 i i t k Vì D   .b.C  k .C nên  t  k C i 1 i D i 1 i với D là mật độ quang: D  2  log(T ) với T là độ truyền suốt đo bằng máy so màu. -Lý thuyết: V  v  2 với V là tổng thể tích hệ thống khảo sát: V  .d .h (l) 4 1  là lưu lượng dòng chảy: v (l/s) với t (s) là thời gian chảy đầy 1 lít t nước. 3.2. Tính thời gian lưu rút gọn: -Thực nghiệm: ti i  _ với ti (s) là thời điểm lấy mẫu lần thứ i. t -Lý thuyết: ti i  với ti (s) là thời điểm lấy mẫu lần thứ i.  3.3. Tính hàm đáp ứng: -Thực nghiệm: Ci D Cni   i C0 D0n với Di là mật độ quang ở thời điểm i: Di  2  lg(Ti ) với T là độ truyền suốt đo bằng máy so màu. D0 D0n là mật độ quang ban đầu của mỗi hệ: D0n  với n là số bình khấy mắc nối n tiếp của hệ đang khảo sát và D0 là mật độ quang ban đầu đo được ở hệ một bình khuấy gián đoạn. -Lý thuyết:
nn D Cni  .i n 1.e n .i  với n là số bình khuấy mắc nối tiếp trong hệ (n  1)! D0TN đang khảo sát. 4. Kết quả tính toán: 4.1. Hệ một bình làm việc gián đoạn: STT T% t (s) D D/D0TN TN D/D0LT LT 1 60.5 30 0.218245 0.513744 0.236005 0.902079 0.103053 2 38.6 60 0.413413 0.973166 0.472009 0.813747 0.206106 3 38.5 90 0.414539 0.975818 0.708014 0.734064 0.309159 4 38.0 120 0.420216 0.989182 0.944019 0.662184 0.412212 5 37.9 150 0.421361 0.991876 1.180023 0.597342 0.515265 6 37.6 180 0.424812 1.000000 1.416028 0.538850 0.618318 7 37.6 210 0.424812 1.000000 1.652033 0.486086 0.721371 4.2 Hệ một bình làm việc liên tục: STT T% t (s) D D/D0TN  TN D/D0LT LT 1 48.6 30 0.313364 0.737652 0.101525 0.902079 0.103053 2 44.4 60 0.352617 0.830054 0.203049 0.813747 0.206106 3 46.8 90 0.329754 0.776235 0.304574 0.734064 0.309159 4 49.8 120 0.302771 0.712717 0.406099 0.662184 0.412212 5 53.0 150 0.275724 0.649050 0.507624 0.597342 0.515265 6 56.2 180 0.250264 0.589116 0.609148 0.538850 0.618318 7 59.5 210 0.225483 0.530783 0.710673 0.486086 0.721371 8 62.9 240 0.201349 0.473973 0.812198 0.438488 0.824423 9 65.9 270 0.181115 0.426340 0.913723 0.395551 0.927476 10 68.6 300 0.163676 0.385290 1.015247 0.356818 1.030529 11 70.4 330 0.152427 0.358811 1.116772 0.321878 1.133582 12 74.1 360 0.130182 0.306446 1.218297 0.290360 1.236635 13 76.1 390 0.118615 0.279218 1.319821 0.261927 1.339688 14 78.6 420 0.104577 0.246173 1.421346 0.236279 1.442741 15 79.9 450 0.097453 0.229403 1.522871 0.213143 1.545794 16 81.9 480 0.086716 0.204128 1.624396 0.192271 1.648847 17 83.4 510 0.078834 0.185574 1.725920 0.173444 1.751900 18 85.2 540 0.069560 0.163744 1.827445 0.156460 1.854953 19 86.5 570 0.062984 0.148263 1.928970 0.141140 1.958006 20 87.5 600 0.057992 0.136512 2.030495 0.127319 2.061059 21 88.5 630 0.053057 0.124895 2.132019 0.114852 2.164112 22 90.0 660 0.045757 0.107712 2.233544 0.103606 2.267164 23 91.1 690 0.040482 0.095293 2.335069 0.093460 2.370217 24 92.0 720 0.036212 0.085243 2.436593 0.084309 2.473270 25 92.5 750 0.033858 0.079702 2.538118 0.076053 2.576323 26 93.6 780 0.028724 0.067616 2.639643 0.068606 2.679376 27 93.9 810 0.027334 0.064345 2.741168 0.061888 2.782429 28 94.7 840 0.023650 0.055672 2.842692 0.055828 2.885482 29 94.6 870 0.024109 0.056752 2.944217 0.050361 2.988535 30 95.3 900 0.020907 0.049215 3.045742 0.045430 3.091588 31 95.6 930 0.019542 0.046002 3.147267 0.040981 3.194641 32 95.7 960 0.019088 0.044933 3.248791 0.036968 3.297694 33 97.1 990 0.012781 0.030086 3.350316 0.033348 3.400747 34 97.8 1020 0.009661 0.022742 3.451841 0.030083 3.503800 35 98.5 1050 0.006564 0.015451 3.553365 0.027137 3.606853
36 98.4 1080 0.007005 0.016489 3.654890 0.024480 3.709905 37 98.8 1110 0.005243 0.012342 3.756415 0.022083 3.812958 38 98.5 1140 0.006564 0.015451 3.857940 0.019920 3.916011 39 98.9 1170 0.004804 0.011308 3.959464 0.017970 4.019064 40 98.4 1200 0.007005 0.016489 4.060989 0.016210 4.122117 41 99.0 1230 0.004365 0.010275 4.162514 0.014623 4.225170 42 98.7 1260 0.005683 0.013377 4.264039 0.013191 4.328223 43 99.5 1290 0.002177 0.005124 4.365563 0.011899 4.431276 44 99.0 1320 0.004365 0.010275 4.467088 0.010734 4.534329 45 98.9 1350 0.004804 0.011308 4.568613 0.009683 4.637382 46 98.8 1380 0.005243 0.012342 4.670137 0.008735 4.740435 47 99.8 1410 0.000869 0.002047 4.771662 0.007880 4.843488 48 99.1 1440 0.003926 0.009243 4.873187 0.007108 4.946541 49 100.0 1470 0.000000 0.000000 4.974712 0.006412 5.049594 4.3. Hệ hai bình làm việc liên tục: STT T% t (s) D D/D0TN TN D/D0LT LT 1 97.4 30 0.011441 0.026932 0.055119 0.185924 0.051526 2 91.5 60 0.038579 0.090814 0.110237 0.335436 0.103053 3 86.3 90 0.063989 0.150629 0.165356 0.453885 0.154579 4 81.5 120 0.088842 0.209133 0.220474 0.545920 0.206106 5 78.1 150 0.107349 0.252697 0.275593 0.615579 0.257632 6 74.9 180 0.125518 0.295467 0.330712 0.666361 0.309159 7 73.5 210 0.133713 0.314757 0.385830 0.701296 0.360685 8 71.5 240 0.145694 0.342961 0.440949 0.722999 0.412212 9 70.0 270 0.154902 0.364636 0.496067 0.733728 0.463738 10 70.6 300 0.151195 0.355911 0.551186 0.735423 0.515265 11 70.0 330 0.154902 0.364636 0.606305 0.729751 0.566791 12 70.6 360 0.151195 0.355911 0.661423 0.718138 0.618318 13 70.8 390 0.149967 0.353019 0.716542 0.701802 0.669844 14 72.1 420 0.142065 0.334418 0.771660 0.681779 0.721371 15 72.1 450 0.142065 0.334418 0.826779 0.658949 0.772897 16 74.8 480 0.126098 0.296833 0.881898 0.634053 0.824423 17 76.2 510 0.118045 0.277876 0.937016 0.607713 0.875950 18 76.7 540 0.115205 0.271190 0.992135 0.580453 0.927476 19 78.2 570 0.106793 0.251389 1.047253 0.552704 0.979003 20 78.6 600 0.104577 0.246173 1.102372 0.524824 1.030529 21 79.9 630 0.097453 0.229403 1.157491 0.497105 1.082056 22 81.4 660 0.089376 0.210389 1.212609 0.469782 1.133582 23 81.8 690 0.087247 0.205377 1.267728 0.443043 1.185109 24 83.4 720 0.078834 0.185574 1.322846 0.417036 1.236635 25 83.6 750 0.077794 0.183125 1.377965 0.391875 1.288162 26 85.2 780 0.069560 0.163744 1.433084 0.367642 1.339688 27 85.1 810 0.070070 0.164945 1.488202 0.344398 1.391215 28 86.6 840 0.062482 0.147082 1.543321 0.322181 1.442741 29 87.2 870 0.059484 0.140023 1.598439 0.301012 1.494267 30 88.9 900 0.051098 0.120284 1.653558 0.280900 1.545794 31 89.7 930 0.047208 0.111126 1.708677 0.261841 1.597320 32 89.7 960 0.047208 0.111126 1.763795 0.243820 1.648847 33 90.9 990 0.041436 0.097540 1.818914 0.226819 1.700373 34 91.2 1020 0.040005 0.094171 1.874032 0.210809 1.751900 35 92.3 1050 0.034798 0.081915 1.929151 0.195759 1.803426 36 92.5 1080 0.033858 0.079702 1.984270 0.181636 1.854953 37 93.7 1110 0.028260 0.066524 2.039388 0.168401 1.906479 38 93.8 1140 0.027797 0.065434 2.094507 0.156017 1.958006 39 94.7 1170 0.023650 0.055672 2.149625 0.144443 2.009532 40 94.3 1200 0.025488 0.059999 2.204744 0.133640 2.061059 41 94.4 1230 0.025028 0.058915 2.259863 0.123568 2.112585
42 95.1 1260 0.021819 0.051363 2.314981 0.114187 2.164112 43 95.7 1290 0.019088 0.044933 2.370100 0.105458 2.215638 44 95.6 1320 0.019542 0.046002 2.425219 0.097344 2.267164 45 95.9 1350 0.018181 0.042799 2.480337 0.089808 2.318691 46 96.3 1380 0.016374 0.038543 2.535456 0.082814 2.370217 47 97.4 1410 0.011441 0.026932 2.590574 0.076329 2.421744 48 96.9 1440 0.013676 0.032194 2.645693 0.070320 2.473270 49 98.0 1470 0.008774 0.020654 2.700812 0.064755 2.524797 50 97.4 1500 0.011441 0.026932 2.755930 0.059607 2.576323 51 99.2 1530 0.003488 0.008211 2.811049 0.054845 2.627850 52 99.7 1560 0.001305 0.003072 2.866167 0.050445 2.679376 53 99.6 1590 0.001741 0.004097 2.921286 0.046380 2.730903 54 99.7 1620 0.001305 0.003072 2.976405 0.042628 2.782429 55 100.0 1650 0.000000 0.000000 3.031523 0.039166 2.833956 5. Đồ thị: Phổ đáp ứng của hệ một bình làm việc gián đoạn D/D 0 1.2 1 0.8 Thực nghiệm 0.6 Lý thuyết 0.4 0.2 0 0 0.5 1 1.5 2  D/D 0 Phổ đáp ứng của hệ một bình làm việc liên tục 1 0.9 0.8 0.7 0.6 Thực nghiệm 0.5 Lý thuyết 0.4 0.3 0.2 0.1  0 0 1 2 3 4 5 6
D/D 0 Phổ đáp ứng của hệ hai bình làm việc liên tục 0.8 0.7 0.6 0.5 Thực nghiệm 0.4 Lý thuyết 0.3 0.2 0.1 0  0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 6. Bàn luận: * Nhận xét về cách lấy mẫu: Trong quá trình tiến hành thí nghiệm để đo độ truyền suốt T thì mẫu phải được lấy một cách liên tục. Cứ 30 giây thì lấy mẫu một lần; mẫu được đựng trong cuvett; cuvett chứa mẫu phải luôn sạch sẽ, khô ráo, bên trong ống không được có bọt khí và được tráng lại bằng nước cất trước khi tiến hành lấy mẫu ở lần tiếp theo. Kết quả thí nghiệm chính xác ở mức độ cao hay thấp phần lớn là do cách lấy mẫu, chính vì vậy việc lấy mẫu thì khó khăn, và cần phải được thực hiện theo đúng nguyên tắc. * So sánh  TN và  LT trong môt hệ và với các hệ khác: Dựa vào kết quả tính toán ta thấy: -Trong một hệ một bình khuấy gián đoạn  TN lớn hơn  LT , ở hệ một bình khuấy thì  LT lớn hơn chút xíu TN , còn ở 2 bình khuấy liên tục thì  LT lớn hơn nhiều so với  TN . -Trong hai trường hợp 1 bình liên tục và 2 bình liên tục thì  LT và  TN của 2 bình khuấy trộn liên tục là thấp nhất so với 1 bình khuấy trộn liên tục. Điều đó chứng tỏ hệ thống 2 bình khuấy trộn liên tục làm việc hiệu quả hơn. Việc  LT và  TN của cả 2 trường hợp đều lớn hơn 1 chứng tỏ trong thiết bị có vùng chảy tù làm thời gian lưu lại của các phần tử lưu chất sẽ lâu hơn, đồng thời từ các giá trị của  LT và  TN cũng sẽ đánh giá hiệu quả của thiết bị làm việc có khuấy trộn lý tưởng hay không.
-Ta thấy trong hệ một bình khuấy gián đoạn và hệ 2 bình khuấy liên tục thì thời gian lưu thực nghiệm t nhỏ thời gian lưu lý thuyết  còn trong hệ 1 bình khuấy liên tục thì t lại lớn hơn . -Trong các hệ chỉ có trường hợp một bình gián đoạn thì D/D0TN tăng lý do là trong hệ một bình gián đoạn chất màu được phân bố đều trong nước, được lưu trong hệ mà không chảy ra ngoài, nên độ truyền suốt T giảm dẫn đến mật độ quang D tăng cùng với . * Nguyên nhân dẫn đến sai số: - Cách lấy mẫu không chính xác. - Thời gian lấy mẩu khảo sát cách nhau không đều. - Lưu lượng nước chảy qua các bình là không đồng đều, thể tích ở mỗi bình trong hệ và giữa các hệ không bằng nhau. - Chế độ dòng chảy không ổn định do sự xuất hiện các vũng tù và các dòng chảy tắt. - Quá trình khuấy trộn không hoàn toàn. - Mức độ phân tán mẫu trong bình không đều nhau. - Bình khuấy không là bình khuấy lý tưởng. - Sai số trong quá trình tính toán. * Cách khắc phục sai số: Việc lấy mẫu phải thực hiện đúng theo hướng dẫn. Dùng cuvert phải sạch sẽ và khô ráo để việc đo quang được chính xác. Cứ sau 10 lần đo quang thì phải chỉnh lại mẫu bằng mẫu trắng một lần.
Bài 2: Hệ thống khấy trộn gián đoạn đẳng nhiệt Ngày thực hành: 2-12-2010 Sinh viên: Ngô Mạnh Linh Mã số: 08097421 Lớp thực hành: Tối thứ 5, 6 Tổ thực hành: Tổ 1 Điểm: Lời phê của thầy: 1. Mục đích thí nghiệm: -Xác định biểu thức tốc độ phản ứng trong thiết bị 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. Bảng số liệu: Bảng 1: Thông số ban đầu. o T ( C) V NaOH (lit) V CH3COOC2H5 (lit) C NaOH (M) C CH3COOC2 H5 (M) 33 0.8162 0.7277 0.1 0.1 Bảng 2: Dữ kiện động học. STT t (s) (mS) 0 0 13.15 1 60 7.86 2 120 7.38 3 180 7.14 4 240 7.09 5 300 6.76 6 360 6.73 7 420 6.65 8 480 6.54 9 540 6.45 10 600 6.37 11 660 6.31 12 720 6.18 13 780 6.07 14 840 5.97 15 900 5.98 16 960 5.98 17 1020 5.98 3. Xử lý số liệu: 3.1. Tính lưu lượng và thành phần nhập liệu (bảng 1): Qua số liệu test bơm: Test (thời gian chảy đầy 100 ml) (s) Thời gian chảy đầy bình khuấy (s) Bơm NaOH Bơm CH3COOC2H5 604 74 83 Ta suy ra: 0,1 Lưu lượng NaOH: QNaOH   0, 001351 (l/s) 74 0,1 Lưu lượng CH3COOC2H5: QCH COOC H   0, 001205 (l/s) 3 2 5 74 -Thể tích của NaOH có trong bình đầy: VNaOH  QNaOH .tchay _ day _ binh  0, 001351.604  0,816216 (l) -Thể tích của CH3COOC2H5 có trong bình đầy: VCH 3COOC2 H 5  QCH 3COOC2 H 5 .tchay _ day _ binh  0, 001205.604  0, 727711 (l)
3.2. Tính toán nồng độ ban đầu (bảng 3): -Nồng độ dòng nhập liệu có thể được tính toán như sau: VNaOH 0,816216 C0 _ NaOH  C / NaOH .  0,1.  0.0552866 (M) VNaOH  VCH3COOC2 H5 0,816216  0,727711 VCH 3COOC2 H 5 0, 727717 C0 _ CH 3COOC2 H 5  C / CH 3COOC2 H5 .  0,1.  0, 047134 (M) VNaOH  VCH 3COOC2 H 5 0,816216  0, 727717 Với C / NaOH  0,1M ; C / CH COOC H  0,1M là nồng độ ban đầu của NaOH và 3 2 5 CH3COOC2H5 trước khi nhập liệu. C 0 CH3COOC2 H5 0, 047134 -Như vậy tỷ số mol ban đầu của 2 tác chất: M  0   0,891566 C NaOH 0, 052866 -Độ dẫn điện ở thời điểm ban đầu (t=0) đo bởi đầu dò là  0  13,15 (mS). 3.3. Xác định hằng số tốc độ phản ứng (bảng 4): -Dựa vào độ dẫn điện ta có thể xác định nồng độ tác chất và sản phẩm tại các thời điểm khác nhau theo công thức:    i  Ci _ NaOH  (C _ NaOH  C0 _ NaOH ).  0   C0 _ NaOH (M)  0       i  Ci _ CH 3COONa  C _ CH 3COONa .  0  (M)  0    Với Ci là nồng độ tại thời điểm thứ i. Ở thời điểm ban đầu (t=0) thì C0 _ CH COONa (chưa tạo thành sản phẩm). 3 Khi phản ứng xảy ra hoàn toàn (t=) thì C _ NaOH  C0 _ NaOH  C0 _ CH3COOC2 H5  0, 052866  0, 047134  0,005732 (M) (do CH3COOC2H5 phản ứng hết còn NaOH dư) và C _ CH COONa  C0 _ CH COOC H  0, 047134 3 3 2 5 (M) -Độ chuyển hóa của tác chất (tỷ lệ giữa số mol tham gia phản ứng với số mol ban đầu) tính theo công thức: C0 _ NaOH  Ci _ NaOH X i _ NaOH  C0 _ NaOH
-Độ chuyển hóa của sản phẩm (tỷ lệ giữa số mol sinh ra trong phản ứng với số mol ở thời điểm phản ứng xảy ra hoàn toàn) tính theo công thức: Ci _ CH3COONa X i _ CH3COONa  C _ CH3COONa 1  M  X 0 _ NaOH  -Ta tính được giá trị: .ln   dựa vào các số liệu tính sẵn. C0 _ NaOH .( M  1)  M .(1  X 0 _ NaOH )    -Theo thí nghiệm cứ mỗi 60 (s) ở từ thời điểm ban đầu ta lại đo độ dẫn điện. Từ đó ta tính được khoảng thời gian ở thời điểm thứ i: ti = 60.i (s). 3.4. Xác định biểu thức tính tốc độ của phản ứng: Dựa theo PTPU: NaOH + CH3COOC2H5  CH3COONa + C2H5OH ban đầu: C0_NaOH C0_CH3COOC2H5 0 0 phản ứng (i): C0_NaOH.Xi_NaOH C0_NaOH. Xi_NaOH C0_NaOH. Xi_NaOH C0_NaOH. Xi_NaOH còn lại (i): C0_NaOH.(1- Xi_NaOH ) C0_NaOH.(1- Xi_NaOH ) C0_NaOH. Xi_NaOH C0_NaOH. Xi_NaOH -Phương trình vận tốc: dX NaOH rA  C0 _ NaOH .  k .CNaOH .CCH3COOC2 H5  k .C 2 0 _ NaOH .(1  X i _ NaOH ).(M  X i _ NaOH ) dt Phân tách biến số và lấy tích phân ta được: 1  M  X i _ NaOH  .ln    kt có dạng y=ax. C0 _ NaOH .( M  1)  M (1  X i _ NaOH )    1  M  X i _ NaOH  Lập bảng số liệu và vẽ đồ thị mối quan hệ giữa .ln   và t C0 _ NaOH .( M  1)  M (1  X i _ NaOH )    ta sẽ được đường hồi quy (nhìn trên đồ thị): y = 0,1877.x + 16.945. Hệ số góc của đường này chính là hằng số tốc độ phản ứng k = 0,1877 (mol-1.l.s-1). -Vậy phương trình vận tốc của phản ứng: -rA = 0,1877.CNaOH.CCH3COOC2H5 4. Bảng kết quả tính toán: Bảng 3: Tính toán nồng độ ban đầu. o o o T ( C) C NaOH (M) C CH3COOC2H5(M)  o (mS) CNaOH (M) CCH3COONa (M)   (mS) 33 0.052866242 0.047133758 13.15 0.005732484 0.047133758 5.597615287
Bảng 4: Xác định hằng số tốc độ phản ứng CNaOH CCH3COONa XNaOH X CH3COONa t 1  M  XA  STT (M) (M) (%) (%) (s) .ln   C A 0 .( M  1)  M .(1  X A )  0 0.052866 0.000000 0.000000 0.000000 0 0.0 1 0.019852 0.033014 0.624490 0.700441 60 39.4 2 0.016856 0.036010 0.681154 0.763997 120 52.5 3 0.015358 0.037508 0.709486 0.795775 180 61.5 4 0.015046 0.037820 0.715389 0.802396 240 63.6 5 0.012987 0.039879 0.754346 0.846090 300 81.6 6 0.012800 0.040067 0.757887 0.850063 360 83.6 7 0.012300 0.040566 0.767331 0.860655 420 89.4 8 0.011614 0.041252 0.780317 0.875220 480 98.7 9 0.011052 0.041814 0.790941 0.887137 540 107.5 10 0.010553 0.042313 0.800386 0.897730 600 116.7 11 0.010178 0.042688 0.807469 0.905674 660 124.5 12 0.009367 0.043499 0.822815 0.922887 720 145.1 13 0.008681 0.044186 0.835801 0.937452 780 168.4 14 0.008057 0.044810 0.847606 0.950693 840 196.8 15 0.008119 0.044747 0.846425 0.949369 900 193.6 16 0.008119 0.044747 0.846425 0.949369 960 193.6 17 0.008119 0.044747 0.846425 0.949369 1020 193.6 5. Đồ thị: 1  M  XA  HT phản ứng khuấy trộn gián đoạn đẳng nhiệt .ln   C A0 .( M  1)  M .(1  X A )  250 200 y = 0.1877x + 16.945 150 R2 = 0.9545 Series1 Đường hồi quy 100 50 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 t (s) 6. Bàn luận: * Đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hằng số tốc độ: Với phản ứng xảy ra khi thay đổi nhiệt độ thì hằng số tốc độ phản ứng sẽ thay đổi theo định luật Arrhenius:
E  k  k0 .e RT (trong đó k0 là hằng số ở điều kiện tiêu chuẩn) Qua đó ta thấy nếu phản ứng tỏa nhiệt (E0) thì khi nhiệt độ T giảm thì hằng số tốc độ k sẽ tăng. * Mô tả sự biến đổi hằng số tốc độ khi thay đổi nồng độ ban đầu của tác chất: Hằng số tốc độ có liên quan đến nồng độ đầu của tác chất theo phương trình: 1  M  XA  .ln    k .t C A0 .( M  1)  M .(1  X A )  Sử dụng và thay đổi các dữ liệu trên Excel ta đi đến kết luận: k sẽ tăng nồng độ CA0 đến một giá trị k cực đại thì k bắt đầu giảm khi nồng độ ban đầu CA0 tăng. Do đó k sẽ có giá trị cao nhất ở điểm cực đại khi mà tỷ lệ nồng độ tác chất ban đầu theo đúng tỷ lệ phương trình phản ứng (ở bài này là 1:1). *Nhận xét cách lấy mẫu: -Chúng ta phải thận trọng lấy mẫu, chú ý thu thập số liệu dẫn điện khoảng 30 phút/lần đến khi phản ứng diễn ra hoàn toàn.cài đặt tốc độ lấy mẫu trên phần mềm là 30s. -Cẩn thận cho vào thiết bị phản ứng 0.5 lít etyl acetate và bắt đẩu thu thập số liệu. Đồng thời chúng ta nên lưu ý là thí nghiệm được lập lại ở những giá trị khác nhau nên ta phải hết sức thận trọng để việc thu thập số liệu một cách chính xác nhất để đánh giá được mối quan hệ giữa hằng số tốc độ phản ứng K và nhiệt độ phản ứng. * Nguyên nhân dẫn đến sai số: -Pha hóa chất không chính xác. -Đầu điện cực đo độ dẫn điện không sạch. -Nguồn nước không được sạch. -Việc lắp đặt không phù hợp giữ đầu đo nhiệt độ và đầu đo dộ dẫn điện với thiết bị kết nối đo. * Các yếu tố ảnh hưởng của quá trình phản ứng: -Sai số vận tốc phản ứng xảy ra do sự biến thiên nhiệt độ của môi trường. -Chế độ, tốc độ khuấy.
Bài 3: Hệ thống thiết bị phản ứng khuấy trộn liên tục Ngày thực hành: 3-12-2010 Sinh viên: Ngô Mạnh Linh Mã số: 08097421 Lớp thực hành: Tối thứ 5, 6 Tổ thực hành: Tổ 1 Điểm: Lời phê của thầy: 1. Mục đích thí nghiệm: -Xác định hằng số tốc độ phản ứng trong thiết bị 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. Bảng số liệu: STT v NaOH v CH3COOC2H5 CNaOH CCH3COOC2H5  n (rpm) (ml/phut) (ml/phut) (mS/m) 1 4.49 2 4.48 2 3 4.46 4 4.48 5 39.7351 60 0.1 0.1 4.65 6 4.59 4 7 4.49 8 4.48 9 4.49 6
10 4.54 11 4.59 12 4.64 13 4.65 14 4.65 8 15 4.64 16 4.68 3. Xử lý số liệu: 3.1. Tính lưu lượng và thành phần nhập liệu (bảng 1): Qua số liệu test bơm: Test (thời gian chảy đầy 100 ml) (s) Thời gian chảy đầy bình khuấy (s) Bơm NaOH Bơm CH3COOC2H5 930 151 100 Ta suy ra: 0,1 Lưu lượng NaOH: vNaOH   39.7351 (ml/ph) 151: 60 0,1 Lưu lượng CH3COOC2H5: vCH COOC H   60 (ml/ph) 3 2 5 100 : 60 -Thể tích của NaOH có trong bình đầy: 103 VNaOH  vNaOH .tchay _ day _ binh  39, 7351. .930  0, 615894 (l) 60 -Thể tích của CH3COOC2H5 có trong bình đầy: 103 VCH3COOC2 H5  vCH3COOC2 H5 .tchay _ day _ binh  60. .930  0,93 (l) 60 3.2. Tính toán nồng độ ban đầu (bảng 2) -Nồng độ dòng nhập liệu có thể được tính toán như sau: VNaOH 0, 615894 C0 _ NaOH  C / NaOH .  0,1.  0, 039841 (M) VNaOH  VCH 3COOC2 H 5 0, 615894  0,93 VCH 3COOC2 H 5 0,93 C0 _ CH 3COOC2 H 5  C / CH 3COOC2 H 5 .  0,1.  0.060159 (M) VNaOH  VCH 3COOC2 H 5 0, 615894  0,93 Với C / NaOH  0,1M ; C / CH COOC H  0,1M là nồng độ ban đầu của NaOH và 3 2 5 CH3COOC2H5 trước khi nhập liệu. C 0 CH 3COOC2 H 5 0,039841 -Như vậy tỷ số mol ban đầu của 2 tác chất: M  0   1,51 C NaOH 0, 060159 -Độ dẫn điện ở thời điểm ban đầu (t=0) đo bởi đầu dò là  0  3, 05 (mS).
3.3. Xác định hằng số tốc độ phản ứng (bảng 3): -Dựa vào độ dẫn điện ta có thể xác định nồng độ tác chất và sản phẩm tại các thời điểm khác nhau theo công thức:    i  Ci _ NaOH  (C _ NaOH  C0 _ NaOH ).  0   C0 _ NaOH (M)  0       i   C0 _ NaOH .  0   C0 _ NaOH  0       i  Ci _ CH 3COONa  C _ CH 3COONa .  0  (M)  0    Với Ci là nồng độ tại thời điểm thứ i. Ở thời điểm ban đầu (t=0) thì C0 _ CH COONa (chưa tạo thành sản phẩm). 3 Khi phản ứng xảy ra hoàn toàn (t=) thì C _ NaOH  0 (M) (do CH3COOC2H5 dư còn NaOH phản ứng hết) và C _ CH COONa  C0 _ NaOH  0, 039841 (M) 3 -Do vậy:      _ NaOH    _ CH COONa    _ CH COONa  0, 070.(1  0, 0248.(T  294)) (S) 3 3 Ở đây T= 306K thay vào ta được:   0, 070.(1  0, 0248.(306  294)).103  3.618805 (mS) -Độ chuyển hóa của tác chất (tỷ lệ giữa số mol tham gia phản ứng với số mol ban đầu) tính theo công thức: C0 _ NaOH  Ci _ NaOH X i _ NaOH  C0 _ NaOH -Độ chuyển hóa của sản phẩm (tỷ lệ giữa số mol sinh ra trong phản ứng với số mol ở thời điểm phản ứng xảy ra hoàn toàn) tính theo công thức: Ci _ CH 3COONa X i _ CH 3COONa  C _ CH 3COONa 3.4. Phương trình vận tốc của phản ứng: Theo PT cân bằng vật chất: Lượng tác Lượng tác Lượng tác Lượng tác chất nhập vào chất rời khỏi chất phản ứng chất tích tụ phân tố thể phân tố thể trong phân tố trong phân tố tích tích thể tích thể tích
Hai số hạng đầu trong phương trình cân bằng là không đổi: - Lượng tác chất nhập vào phân tố thể tích là: FA0.(1-XA0).t - Lượng tác chất rời khỏi phân tố thể tích là: FAf.(1-XAf).t (FAf = FA0) - Lượng tác chất phản ứng trong phân tố thể tích được tính từ PT vận tốc: (-rA).V. t Vì thiết bị phản ứng hoạt động liên tục và ổn định nên không có sự tích tụ tác chất trong thiết bị, do đó: -Lượng tác chất tích tụ trong phân tố thể tích = 0 (Ở đây FA0 là số mol ban đầu nhập vào, XA0 và XAf lần lượt là độ chuyển hóa của tác chất và sản phẩm.) PT cân bằng vật chất có dạng sau: FA0.(1-XA0).t - FA0.(1-XAf).t - (-rA).V. t = 0 V V X  X A0 V C A 0 ( X Af  X A 0 ) Đơn giản hóa ta thu được :   Af   (1) FA 0 v.C A0 ( rA ) v (rA ) (Trong đó V là thể tích của hỗn hợp phản ứng (lít) và v là lưu lượng thể tích hỗn hợp phản ứng còn CA0 là nồng độ ban đầu của hỗn hợp (mol/l) ). Ta lại có PT vận tốc : (rA )  (k .C A .C B ) f  k .C 2 A0 .(1  X Af ).(M  X Af ) (2). V X Af  X A0 Từ (1) và (2)  k .  k .  . v C A0 .(1  X Af ).(M  X Af ) Ở đây ta coi thiết bị là khuấy trộn lý tưởng nên thời gian lưu sẽ không đổi khi thiết bị khuấy trộn liên tục. Như vậy   const . Ta chỉ việc tính biểu thức X Af  X A0 T T và tính k  sau đó lấy trung bình cộng để tính ra ktb của C A0 .(1  X Af ).( M  X Af )  phản ứng. -Sau khi tính toán ta tìm được ktb = 0,009267. Như vậy phương trình vận tốc của phản ứng sẽ là : -rA= 0,009267.CNaOH.CCH3COOC2H5 4. Bảng kết quả tính toán:
Bảng 2: Tính toán nồng độ (s) CoNaOH CoCH3COOC2H5 0(mS) CNaOH CCH3COONa (mS) 930 0.039841 0.060159 3.05 0 0.039841 3.618805 Bảng 3: Xác định hằng số tốc độ phản ứng X NaOH X CH3COONa bieu thuc K STT (s) M CNaOH CCH3COONa K (%) (%) T trung binh 1 930 -0.153162 0.100862 4.844377 2.531624 9.485735 0.010200 2 930 -0.151404 0.100161 4.800249 2.514044 9.635996 0.010361 3 930 -0.147888 0.098760 4.711994 2.478882 9.950632 0.010700 4 930 -0.151404 0.100161 4.800249 2.514044 9.635996 0.010361 5 930 -0.181292 0.112068 5.550419 2.812916 7.577426 0.008148 6 930 -0.170743 0.107866 5.285653 2.707432 8.199045 0.008816 7 930 -0.153162 0.100862 4.844377 2.531624 9.485735 0.010200 8 930 1,51 -0.151404 0.100161 4.800249 2.514044 9.635996 0.010361 0.009267 9 930 -0.153162 0.100862 4.844377 2.531624 9.485735 0.010200 10 930 -0.161953 0.104364 5.065015 2.619528 8.797330 0.009459 11 930 -0.170743 0.107866 5.285653 2.707432 8.199045 0.008816 12 930 -0.179534 0.111368 5.506291 2.795335 7.674613 0.008252 13 930 -0.181292 0.112068 5.550419 2.812916 7.577426 0.008148 14 930 -0.181292 0.112068 5.550419 2.812916 7.577426 0.008148 15 930 -0.179534 0.111368 5.506291 2.795335 7.674613 0.008252 16 930 -0.186566 0.114170 5.682802 2.865658 7.299661 0.007849 5. Bàn luận: * Đánh giá sự biến đổi độ dẫn điện của hỗn hợp phản ứng theo thời gian theo dõi. Giải thích: -Độ dẫn điện theo thời gian của hỗn hợp phản ứng sẽ giảm dần đến mức không đổi. Vì theo phương trình phản ứng: NaOH + CH3COOC2H5  CH3COONa + C2H5OH Trong phản ứng này chỉ xét đến độ dẫn điện của NaOH và CH3COONa vì hai chất này có hs điện ly lớn, 2 chất còn 2 lại có hs điện ly rất nhỏ (   5% ) nên để đơn giản ta coi độ dẫn điện của hai chất đó bằng 0 và độ dẫn điện của hỗn hợp phản ứng sẽ bằng tổng độ dẫn điện của NaOH và CH3COONa. Ta thấy ban đầu (t=0) độ dẫn điện của dung dịch là lớn nhất vì NaOH là một chất điện ly mạnh có hằng số điện ly   95% còn CH3COOC2H5 là một este độ dẫn điện không đáng kể (  0 ) . Phản ứng xảy ra với lượng NaOH giảm dần và CH3COONa tăng dần. Nhưng vì CH3COONa có độ dẫn điện nhỏ hơn NaOH (vì nó là một muối của bazo