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: . 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. 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. 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