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.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.
THỜI GIAN LƯU BÀI 1: I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM: - Khảo sát thời gian lưu hệ thống bình khuấy mắc nối mơ hình dãy hộp - Xác định hàm phân bố thời gian lưu thực với phổ thời gian lưu lý thuyết - Tìm hiểu cận mơ hình dãy hộp thong số thống kê mơ hình thí nghiệm II LÝ THUYẾT: Thời gian lưu: Định nghĩa: Thời gian lưu phần tử hệ thời gian phần tử lưu lại bình phản ứng hay thiết bị phản ứng cần khảo sát Những phần tử lưu chất khác quãng đường khác thiết bị khoảng thời gian khác Dựa hàm phân bố thời gian lưu xác định, ta đánh giá tương quan dòng chuyển động thiết bị, nhược điểm thiết kế vùng chảy tù, chảy tắt, phân lớp…từ mà ta khắc phục nhược điểm thiết bị Dựa phổ thời gian lưu mà ta vận hành tối ưu qua thiết lập thong số, phương pháp điều khiển tối ưu hóa thiết bị t t t Thời gian thu gọn tỷ số thời gian lưu phần tử t V thời gian lưu trung bình tồn hệ Với: V thể tích hệ bình phản ứng V lưu lượng dòng lưu chất vào thiết bị phản ứng Các phương pháp đánh dấu: Để đo thời gian lưu, mà thời gian phần tử xác định lưu lại hệ dòng chảy, người ta phải phân biệt với phần tử khác cách đánh dấu Các phần tử đánh dấu phải có đặc điểm khơng ảnh hưởng khác biệt với phẫn tử tạo nên tương quan hệ Các loại chất thị đánh dấu mơi trường lỏng là: Dung dịch màu, chất phóng xạ, chất đồng vị phóng xạ ổn định, hạt rắn phát sáng… Các loại chất thị thích hợp ta để vào hệ theo kiểu: - Tín hiệu ngẫu nhiên - Tín hiệu xác định: tín hiệu tuần hồn tín hiệu khơng tuần hồn - Để khảo cứu thiết bị, người ta dung loại tín hiệu xác định khơng tuần hồn, loại tín hiệu tạo nhờ: Đánh dấu va chạm (tín hiệu xung) Đánh dáu cách cho nhập liệu vào lien tục lượng xác định (tín hiệu bậc) Đánh dấu cách cho nhập liệu chiếm chỗ tồn hệ - Trong thí nghiệm ta chọn loại đánh dấu va chạm (xung) - Loại đánh dấu thường thích hợp với chất thị chất màu - Ta biểu diễn hàm phân bố mật độ xác suất thời gian lưu: CIra CIra (t ) f (t ) vao * CI CI (t ) Bình phản ứng lý tưởng: a Bình khuấy lý tưởng: có tính chất q trình khuấy trộn hồn tồn hỗn hợp đồng tất phần thiết bị giống với dịng Điều có ý nghĩa phân tố thể tích phương trình liên quan lấy thể tích V tồn thiết bị phản ứng b Bình ống lý tưởng: Có tính chất dịng chảy thay đổi theo phương dọc trục (từ đầu vào đến đầu ra) trình phản ứng Các điểm tiết diện vng góc với phương dọc trục có tính chất c Mơ hình dãy hộp: Khi nối bình khuấy trộn lý tưởng lai với ta có mơ hình dãy hộp Tổng qt với mơ hình dãy hộp n bình mắc nối tiếp, ta có hàm phân bố thời gian lưu lý thuyết (hàm đáp ứng) sau: nn Cni in e ni (n 1)! Vẽ hàm đáp ứng Cn theo giá trị n khác nhau, ta có đồ thị Ta thấy rằng: n = phổ hàm đáp ứng phổ bình khuấy lý tưởng n phổ hàm đáp ứng phổ bình ống lý tưởng Xác định nồng độ cách đo mật độ quang Tỷ số C/C0 hồn tồn thay tỷ số D/D nên ta cần đo mật độ quang thay cho việc đo nồng độ Cơ sở định luật Lambert – Beer: D b.c k C 2 lg(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 TỐN VÀ ĐỒ THỊ: HỆ MỘT BÌNH: T0 (%) 45.3 STT 10 t (s) 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 Đường kính (d) 120 mm Chiều cao (h) 105 mm T (%) 50.2 52.1 53.2 57.2 58.6 58.9 59.9 62.9 63.1 64.0 STT 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Lưu lượng (Q) 0.3 l/ph t (s) 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720 T (%) 72.3 75.1 76.3 78.2 80.3 83.7 86.9 88.7 88.9 90.1 11 12 13 14 330 360 390 420 65.2 65.4 67.2 69.2 25 26 27 28 750 780 810 840 92.3 94.6 94.5 94.7 HỆ HAI BÌNH: T0 (%) 45.3 Đường kính (d) 120 mm STT t (s) 30 60 90 120 150 180 210 240 270 10 300 11 330 12 360 13 390 14 420 IV XỬ LÝ KẾT QUẢ: Chiều cao (h) 105 mm T (%) 79.2 57.0 50.2 42.6 40.6 41.1 41.7 44.8 46.0 49.8 51.9 53.4 55.9 59.8 STT 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 Lưu lượng (Q) 0.3 l/ph t (s) 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720 750 780 810 840 T (%) 64.8 67.3 70.8 72.9 75.1 77.5 80.3 82.2 84.2 86.8 88.4 90.0 91.1 92.4 CƠNG THỨC TÍNH TỐN a Tính thời gian lưu trung bình: Thực nghiệm: k k Ci ti t i k1 Đối với hệ bình: C i i 1 k Di ti Di ti D0 i 1 i 1 k k Di C0 Di D0 i 1 i 1 C0 1191.9698 293.5774 4.0606 k k Di t Ci ti Di ti i D0 i 1 i 1 i 1 t k k k Di Ci C0 Di D0 i 1 i 1 i 1 k Đối với hệ hai bình: C0 1225.65 292.2496 4.1938 Lý thuyết: V: Tổng thể tích hệ thống khảo sát (l) v: Lưu lượng dịng chảy (l/s) Đối với hệ bình: V1b d h 1000 0.122 0.105 1000 237.5044 0.3 4 60 Đối với hệ hai bình: V d h 1000 0.12 0.105 1000 2b 475.0088 0.3 4 60 b Tính thời gian lưu rút gọn: Thực nghiệm: t i i với i = 1…K t Lý thuyết: t i i với i = 1…K c Hàm đáp ứng: Ci D i với i = 1…K C0 D0 n Thực nghiệm: Cni Lý thuyết: C Di nn Cni in e ni i (n 1)! C0( LT ) D0 n ( LT ) với i = 1…K Đối với hệ bình: C1.i 1i0 e i e i 22 i2 e 2i 4 i e 2i Đối với hệ hai bình: C2.i (2 1)! Mật độ quang: D 2 lg(T %) D0n Mật độ quang ban đầu hệ: D0 n Với: n số bình khuấy mắc nối tiếp D0 mật độ quang ban đầu đo hệ bình khuấy BẢNG SỐ LIỆU HỆ MỘT BÌNH: D0 0.3439 STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 t (s) 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630 Đường kính (d) 120 mm T (%) 50.2 52.1 53.2 57.2 58.6 58.9 59.9 62.9 63.1 64.0 65.2 65.4 67.2 69.2 72.3 75.1 76.3 78.2 80.3 83.7 86.9 Chiều cao (h) 105 mm D 0.2993 0.2832 0.2741 0.2426 0.2321 0.2299 0.2226 0.2013 0.2000 0.1938 0.1858 0.1844 0.1726 0.1599 0.1409 0.1244 0.1175 0.1068 0.0953 0.0773 0.0610 D/D0 (TN) 0.87030 0.82338 0.79700 0.70545 0.67491 0.66846 0.64720 0.58549 0.58148 0.56359 0.54013 0.53626 0.50198 0.46494 0.40960 0.36162 0.34160 0.31053 0.27707 0.22470 0.17732 Lưu lượng (Q) 0.3 l/ph TN 0.1022 0.2044 0.3066 0.4088 0.5109 0.6131 0.7153 0.8175 0.9197 1.0219 1.1241 1.2263 1.3284 1.4306 1.5328 1.6350 1.7372 1.8394 1.9416 2.0438 2.1459 D/D0 (LT) 0.88134 0.77676 0.68459 0.60335 0.53176 0.46866 0.41305 0.36403 0.32084 0.28277 0.24921 0.21964 0.19358 0.17061 0.15036 0.13252 0.11680 0.10294 0.09072 0.07996 0.07047 LT 0.1263 0.2526 0.3789 0.5053 0.6316 0.7579 0.8842 1.0105 1.1368 1.2631 1.3894 1.5158 1.6421 1.7684 1.8947 2.0210 2.1473 2.2736 2.4000 2.5263 2.6526 22 23 24 25 26 27 28 660 690 720 750 780 810 840 88.7 88.9 90.1 92.3 94.6 94.5 94.7 0.0521 0.0511 0.0453 0.0348 0.0241 0.0246 0.0237 0.15143 0.14858 0.13165 0.10119 0.07010 0.07144 0.06877 2.2481 2.3503 2.4525 2.5547 2.6569 2.7591 2.8613 0.06211 0.05474 0.04824 0.04252 0.03747 0.03303 0.02911 2.7789 2.9052 3.0315 3.1578 3.2841 3.4105 3.5368 ĐỒ THỊ: ĐỒ THỊ KHẢO SÁT ĐƯỜNG VÀ HỆ BÌNH 1.0 0.9 0.8 0.7 Thực nghiệm 0.6 0.5 0.4 TN Lý thuyết 0.3 LT 0.2 0.1 0.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 HỆ HAI BÌNH: D0 0.172 STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 ĐỒ THỊ 23 24 25 2.526 27 2.028 29 Đường kính (d) 120 mm Chiều cao (h) 105 mm t (s) T (%) D D/D0 (TN) 30 79.2 0.1013 0.58898 60 57.0 0.2441 1.41974 90 50.2 0.2993 1.74059 120 42.6 0.3706 2.15521 150 40.6 0.3915 2.27666 180 41.1 0.3862 2.24575 210 41.7 0.3799 2.20914 240 44.8 0.3487 2.02803 270 46.0 0.3372 1.96127 300 49.8 0.3028 1.76080 330 51.9 0.2848 1.65648 360 53.4 0.2725 1.58451 390 55.9 0.2526 1.46896 420 59.8 0.2233 1.29862 450 64.8 0.1884 1.09581 480 67.3 0.1720 1.00020 510 70.8 0.1500 0.87215 540 72.9 0.1373 0.79832 570 75.1 0.1244 0.72323 600 77.5 0.1107 0.64378 630 80.3 0.0953 0.55414 660 82.2 KHẢO SÁT ĐƯỜNG0.0851 VÀ HỆ 0.49507 BÌNH 690 84.2 0.0747 0.43436 720 86.8 0.0615 0.35755 750 88.4 0.0535 0.31141 780 90.0 0.0458 0.26611 810 91.1 0.0405 0.23543 840 92.4 0.0343 0.19964 870 93.4 0.0297 0.17245 Lưu lượng (Q) 0.3 l/ph TN D/D0 (LT) 0.0977 0.22262 0.1954 0.39241 0.2932 0.51878 0.3909 0.60964 0.4886 0.67164 0.5863 0.71035 0.6840 0.73041 0.7817 0.73572 0.8795 0.72949 0.9772 0.71438 1.0749 0.69258 1.1726 0.66590 1.2703 0.63581 1.3680 0.60348 1.4658 0.56987 1.5635 0.53574 1.6612 0.50169 1.7589 0.46818 1.8566 0.43556 1.9543 0.40409 2.0521 0.37395 2.1498 0.34528 2.2475 0.31815 2.3452 0.29259 2.4429 0.26862 2.5407 0.24622 2.6384 0.22536 2.7361 0.20598 2.8338 0.18802 LT 0.0631 0.1263 0.1894 0.2526 0.3157 0.3789 0.4420 0.5052 0.5683 0.6315 0.6946 0.7578 0.8209 0.8840 0.9472 1.0103 1.0735 1.1366 1.1998 1.2629 1.3261 1.3892 1.4524 1.5155 1.5787 1.6418 1.7049 1.7681 1.8312 Thực nghiệm 1.5 ĐỒ THỊ 1.0 TN Lý thuyết 0.5 LT 0.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 10 15 16 17 1560 1680 1800 0.007143 0.006854 0.006782 0.03571 0.03600 0.03607 83.33 84.01 83.33 84.01 4.1179 5.8950 1.5521 ĐỒ THỊ : ĐỒ THỊ THEO THỜI GIAN t 25 20 15 y = -0.0072x + 14.215 R = 0.7133 10 0 500 1000 1500 t (s)2000 - Trên đồ thị ta thấy, số tốc độ phản ứng phản ứng k = 0.0072 - Phương trình tốc độ phản ứng NaOH CH3COOC2H5 theo dạng r=k.AnBm: r k An B m 0.0072 0.0428551 0.0571451 0.000018(l / mol.s) BÀN LUẬN: 18 HỆ THỐNG KHUẤY TRỘN BÀI 3: GIÁN ĐOẠN VỚI ĐIỀU KIỆN ĐOẠN NHIỆT I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM: Mơ tả ảnh hưởng tốc độ phản ứng hydrat hóa Anhydrit Axetic thành Axit Axetic thiết bị phản ứng đoạn nhiệt II CƠ SỞ LÝ THUYẾT: Phản ứng hydrat hóa Anhydrit Axetic (CH3COO)2O nước Q trình hydrat hóa Anhydrit Axetic nước với chất xúc tác Axit Sunfuruc mô tả sau: CH 3COO O H 2O 2CH 3COOH Phản ứng xem có phương trình động học phản ứng bậc vơí phương trình R=kCn gần bậc phản ứng nước Thành phần proton Axit đạt số suốt trình phản ứng thực k số tốc độ phản ứng xúc tác bao gồm thành phần bậc phương trình Với hệ thống có dạng đặc trưng giá trị nồng độ tức thời Anhydrit Axetic rút phương trình cân vật chất phương trình cân lượng thwo quan hệ tuyến tính (có thể xác địh phương pháp thống kê) Dùng phương trình hồn tồn xác định giá trị biến thiên nhiệt độ với thời gian lưu Nếu nồng độ Anhydrit Axetic thời điểm C, tốc độ phản ứng xác định R dC dt Với C = C0 t=0 Nhiệt tổng quát phản ứng là: ( H ).R C p dT dt Với T=T0 t=0 Kết hợp phương trình, đơn giản ta 19 (C C0 )( H ) C p dT dt Cho phản ứng bậc n, tốc độ phản ứng mơ tả theo phương trình Arrhenius sau: R kCn A.e Đặt E RT Cn C p ta phương trình: H C C0 (T T0 ) Kết hợp với phương trình vận tốc Arrhenius vùa đưa ra, ta được: E dT n A.e RT C0 (T T0 dt Đặt T T phản ứng hồn tồn (C0 0) (T T0 ) C0 (T T0 ) Thế vào phương trình , rút gọn ta có: dT dt T T0 T T0 C0 C0 C0 T T0 A.e E RT Tiến hành lấy logarit hai vế phương trình, ta có: ln Và vẽ ln dT dt T T0 T T0 C0 C0 C0 T T0 dT dt T T0 T T0 C0 C0 C0 T T0 ln A theo 1/T đường thẳng có hệ số góc –E/R tung độ giao điểm trục tung ln(A) 20 E RT ... chất phản ứng, lưu lượng, thể tích thiết bị phản ứng nhiệt độ phản ứng 12 Tốc độ phản ứng xác định cách đo lượng chất phản ứng chuyển hóa thành sản phẩm ứng với thời gian làm việc thiết bị Để phản. .. 3COOH Phản ứng xem có phương trình động học phản ứng bậc vơí phương trình R=kCn gần bậc phản ứng nước Thành phần proton Axit đạt số suốt trình phản ứng thực k số tốc độ phản ứng xúc tác bao gồm thành... - Xác định ảnh hưởng thành phần chất phản ứng đến tốc độ phản ứng điều kiện làm việc đẳng nhiệt II CƠ SỞ LÝ THUYẾT: Thiết bị phản ứng khuấy trộn lý tưởng: Thiết bị phản ứng khuấy trộn lý tưởng