Bài tập thực hành Kỹ thuật phản ứng

Bài tập thực hành Kỹ thuật phản ứng

1 BÀI TẬP THỰC HÀNH KỸ THUẬT PHẢN ỨNG 2 BÀI 1: THỜI GIAN LƯU I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM: - Khảo sát thời gian lưu của hệ thống bình khuấy 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 thong số thống kê của mô hình thí nghiệm. II. LÝ THUYẾT: 1. Thời gian lưu: Định nghĩa: Thời gian lưu của một phần tử trong hệ là thời gian phần tử đó lưu lại trong bình phản ứng hay trong thiết bị phản ứng bất kì cần khảo sát. 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. Dựa trên phổ thời gian lưu mà ta có thể vận hành tối ưu và qua đó thiết lập các thong số, phương pháp điều khiển cũng như tối ưu hóa trong thiết bị. Thời gian thu gọn t t t V t       là tỷ số giữa thời gian lưu của phần tử bất kì và thời gian lưu trung bình của toàn hệ. Với: V là thể tích của hệ bình phản ứng V là lưu lượng của dòng lưu chất vào thiết bị phản ứng 2. Các phương pháp đánh dấu: Để đo thời gian lưu, mà trong thời gian đó một phần tử xác định lưu lại trong một hệ dòng chảy, người ta phải phân biệt nó với các phần tử khác bằng cách đánh dấu. Các phần tử đánh dấu phải có đặc điểm là không được ảnh hưởng và khác biệt với các phẫn tử tạo nên tương quan trong hệ. 3 Các loại chất chỉ thị đánh dấu đối với môi trường lỏng có thể là: Dung dịch màu, các chất phóng xạ, các chất đồng vị phóng xạ ổn định, các hạt rắn phát sáng… Các loại chất chỉ thị thích hợp ta có thể để nó vào hệ theo 2 kiểu: - Tín hiệu ngẫu nhiên. - Tín hiệu xác định: tín hiệu tuần hoàn và tín hiệu không tuần hoàn. - Để khảo cứu thiết bị, người ta dung loại tín hiệu xác định không tuần hoàn, loại tín hiệu này có thể được tạo ra nhờ:  Đánh dấu bằng va chạm (tín hiệu xung)  Đánh dáu bằng cách cho nhập liệu vào lien tục một lượng xác định (tín hiệu bậc).  Đánh dấu bằng cách cho nhập liệu chiếm chỗ toàn bộ trong hệ. - Trong thí nghiệm này ta chọn loại đánh dấu bằng va chạm (xung) - Loại đánh dấu này thường thích hợp với chất chỉ thị là chất màu. - Ta có thể biểu diễn hàm phân bố mật độ xác suất thời gian lưu: * ( ) ( ) ( ) ra ra I I vao I I C C t f t C C t    3. Bình phản ứng lý tưởng: a. Bình khuấy lý tưởng: có tính chất là quá trình khuấy trộn là hoàn toàn do đó hỗn hợp đồng nhất trong tất cả các phần của thiết bị và giống với dòng ra. Điều này có ý nghĩa là phân tố thể tích trong các phương trình liên quan có thể được lấy là thể tích V của toàn thiết bị phản ứng. b. Bình ống lý tưởng: Có tính chất của dòng chảy thay đổi theo phương dọc trục (từ đầu vào đến đầu ra) chỉ do quá trình phản ứng. Các điểm trên cùng một tiết diện vuông góc với phương dọc trục đều có cùng một tính chất. c. Mô hình dãy hộp: Khi nối các bình khuấy trộn lý tưởng lai với nhau ta có mô hình dãy hộp. Tổng quát với mô hình dãy hộp n bình mắc nối tiếp, ta có hàm phân bố thời gian lưu lý thuyết (hàm đáp ứng) như sau: 4 1 ( 1)! i n n n ni i n C e n        Vẽ hàm đáp ứng Cn theo các giá trị n khác nhau, ta có được đồ thị. Ta thấy rằng: n = 1 phổ của hàm đáp ứng là phổ của bình khuấy lý tưởng n   phổ của hàm đáp ứng là phổ của bình ống lý tưởng 4. Xác định nồng độ bằng cách đo mật độ quang. Tỷ số C/C 0 hoàn toàn có thể thay thế bằng tỷ số D/D 0 nên ta chỉ cần đo mật độ quang thay cho việc đo nồng độ. Cơ sở là định luật Lambert – Beer: . . . 2 lg( %) D b c k C 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 TOÁN VÀ ĐỒ THỊ: 1. HỆ MỘT BÌNH GIÁN ĐOẠN T 0 (%) Đường kính (d) Chiều cao (h) Lưu lượng (Q) 42.2 120 mm 105 mm 0.3 l/ph t (S) t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 T (%) 44 42.8 42.3 42.3 42.2 Chọn T 0 = 42.2 2. HỆ MỘT BÌNH LIÊN TỤC 5 T 0 (%) Đường kính (d) Chiều cao (h) Lưu lượng (Q) 45.3 120 mm 105 mm 0.3 l/ph STT t (s) T (%) STT t (s) T (%) 1 0 66 17 480 94.9 2 30 64.3 18 510 95.3 3 60 67.1 19 540 95.6 4 90 76.8 20 570 96 5 120 79.5 21 600 96.4 6 150 81.6 22 630 97.1 7 180 86 23 660 97.3 8 210 88 24 690 98 9 240 89.3 25 720 98.2 10 270 90 26 750 98.7 11 300 90.8 27 780 98.8 12 330 91.2 28 810 98.9 13 360 92.1 29 840 99.7 14 390 92.7 30 870 99.8 15 420 93.9 31 900 99.9 16 450 94.5 32 930 100 HỆ HAI BÌNH: T 0 (%) Đường kính (d) Chiều cao (h) Lưu lượng (Q) 45.3 120 mm 115 mm 0.3 l/ph 6 STT t (s) T (%) STT t (s) T (%) 1 0 95.7 30 870 75.4 2 30 91.8 31 900 76.3 3 60 86.2 32 930 77.5 4 90 79.9 33 960 78.4 5 120 74.3 34 990 79.4 6 150 71 35 1020 81.4 7 180 68.2 36 1050 82.8 8 210 66.1 37 1080 83.8 9 240 64.5 38 1110 85.1 10 270 63.5 39 1140 85.5 11 300 63 40 1170 86.5 12 330 62.9 41 1200 87.4 13 360 61.1 42 1230 88.7 14 390 62 43 1260 89.6 15 420 62.4 44 1290 90.2 16 450 63 45 1320 91 17 480 63.4 46 1350 91.7 18 510 65 47 1380 92.3 19 540 65.6 48 1410 92.6 20 570 66 49 1440 93 21 600 67 50 1470 94.7 22 630 67.9 51 1500 95.9 23 660 68.3 52 1530 96.2 24 690 69.3 53 1560 97 25 720 70 54 1590 98.1 26 750 71.2 55 1620 99.3 27 780 72.5 56 1650 99.6 7 28 810 73.6 57 1680 99.9 29 840 74.5 58 1710 100 IV. XỬ LÝ KẾT QUẢ: 1. CÔNG THỨC TÍNH TOÁN. a. Tính thời gian lưu trung bình: Thực nghiệm: Đối với hệ một bình: 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1191 .96 9 8 293.5 7 7 4 4 .0606 k k k i i i i i i i i i k k k i i i i i i D C t C t D t D t D C C D D                    Đối với hệ hai bình: 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1225 .65 29 2.24 9 6 4.193 8 k k k i i i i i i i i i k k k i i i i i i D C t C t D t D t D C C D D                    Lý thuyết: V: Tổng thể tích hệ thống khảo sát (l) v: Lưu lượng dòng chảy (l/s) Đối với hệ một bình: 2 2 1 1000 0.12 0.105 1000 237.5044 0.3 4 4 60 b V d h                  Đối với hệ hai bình: 2 2 2 2 1000 0.12 0.105 1000 475.0088 0.3 4 4 60 b V d h                   b. Tính thời gian lưu rút gọn: 8 Thực nghiệm: i i t t   với i = 1…K Lý thuyết: i i t    với i = 1…K c. Hàm đáp ứng: Thực nghiệm: 0 0 i i ni n C D C C D   với i = 1…K Lý thuyết: 1 0( ) 0 ( ) ( 1)! i n nn i i ni i LT n LT C D n C e n C D         với i = 1…K Đối với hệ một bình: 0 1. 1 i i i i C e e          Đối với hệ hai bình: 2 2 2 2 1 2. 2 4 (2 1)! i i i i i C e e              Mật độ quang: 2 lg( %) D T   Mật độ quang ban đầu của mỗi hệ: 0 0n D D n  Với: n là số bình khuấy mắc nối tiếp D 0 là mật độ quang ban đầu đo được ở hệ một bình khuấy 2. BẢNG SỐ LIỆU. HỆ MỘT BÌNH: D 0 Đường kính (d) Chiều cao (h) Lưu lượng (Q) 0.3439 120 mm 105 mm 0.3 l/ph STT t (s) T (%) D D/D 0 (TN) TN  D/D 0 (LT) LT  1 30 50.2 0.2993 0.87030 0.1022 0.88134 0.1263 2 60 52.1 0.2832 0.82338 0.2044 0.77676 0.2526 9 3 90 53.2 0.2741 0.79700 0.3066 0.68459 0.3789 4 120 57.2 0.2426 0.70545 0.4088 0.60335 0.5053 5 150 58.6 0.2321 0.67491 0.5109 0.53176 0.6316 6 180 58.9 0.2299 0.66846 0.6131 0.46866 0.7579 7 210 59.9 0.2226 0.64720 0.7153 0.41305 0.8842 8 240 62.9 0.2013 0.58549 0.8175 0.36403 1.0105 9 270 63.1 0.2000 0.58148 0.9197 0.32084 1.1368 10 300 64.0 0.1938 0.56359 1.0219 0.28277 1.2631 11 330 65.2 0.1858 0.54013 1.1241 0.24921 1.3894 12 360 65.4 0.1844 0.53626 1.2263 0.21964 1.5158 13 390 67.2 0.1726 0.50198 1.3284 0.19358 1.6421 14 420 69.2 0.1599 0.46494 1.4306 0.17061 1.7684 15 450 72.3 0.1409 0.40960 1.5328 0.15036 1.8947 16 480 75.1 0.1244 0.36162 1.6350 0.13252 2.0210 17 510 76.3 0.1175 0.34160 1.7372 0.11680 2.1473 18 540 78.2 0.1068 0.31053 1.8394 0.10294 2.2736 19 570 80.3 0.0953 0.27707 1.9416 0.09072 2.4000 20 600 83.7 0.0773 0.22470 2.0438 0.07996 2.5263 21 630 86.9 0.0610 0.17732 2.1459 0.07047 2.6526 22 660 88.7 0.0521 0.15143 2.2481 0.06211 2.7789 23 690 88.9 0.0511 0.14858 2.3503 0.05474 2.9052 24 720 90.1 0.0453 0.13165 2.4525 0.04824 3.0315 25 750 92.3 0.0348 0.10119 2.5547 0.04252 3.1578 26 780 94.6 0.0241 0.07010 2.6569 0.03747 3.2841 27 810 94.5 0.0246 0.07144 2.7591 0.03303 3.4105 28 840 94.7 0.0237 0.06877 2.8613 0.02911 3.5368 10 ĐỒ THỊ: 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 TN LT ĐỒ THỊ KHẢO SÁT ĐƯỜNG 0 / TN TN D D   VÀ 0 / LT LT D D   HỆ 1 BÌNH 0 / D D  Thực nghiệm Lý thuyết [...]... 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... quá trình tính toán 13 BÀI 2: HỆ THỐNG PHẢN ỨNG KHUẤY TRỘN GIÁN ĐOẠN 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... 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 a0) và độ chuyển hóa là (Xa) thì nồng độ các chất sau phản ứng được xác định: CH 3COOC2... đường thẳng BÀI: HỆ THỐNG THIẾT BỊ PHẢN ỨNG KHUẤY TRỘN LIÊN TỤC 1 Mục đích thí nghiệm  Xác định hằng số tốc độ phản ứng trong thiết bị phản ứng 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 Cơ sở lý thuyết 2.1 xác định nồng độ qua độ dẫn điện Dựa theo phương trình phản ứng giữa NaOH... 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. .. hằng số tốc độ phản ứng của phản ứng là k = 0.0072 - Phương trình tốc độ phản ứng của NaOH và CH3COOC2H5 theo dạng r=k.AnBm: r  k An B m  0.0072  0.0428551  0.0571451  0.000018(l / mol.s) BÀN LUẬN: 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... một đường gấp khúc 2 Phản ứng xà phòng hóa Etyl Axetat (CH3COOC2H5) bằng Natri Hydroxit (NaOH) CH 3COOC2 H 5  NaOH  CH 3COONa  C2 H 5OH 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 (200C – 400C) 14 Phản ứng tiến hành trong thiết bị... gian lưu 21 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   C p dT dt Với T=T0 tại t=0 Kết hợp 2 phương trình, đơn giản ta được (C  C0 )( H )   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    C p H ... X a(a  X ) ở đây k là hằng số tốc độ phản ứng và t là thời gian phản ứng X = a0 – a1 Thay X vào phương trình ta có: kt   Sau đó vẽ a0  a1 a0  a1 a 0  a1 theo t và xác định hệ số góc của đường thẳng k a 0  a1 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... chất bằng nhau(bằng ao) và độ chuyển hóa là (Xa) thì nồng độ các chất sau phản ứng sẽ được xác định như sau: NaOH + CH3COOC2H5 → CH3COONa + C2H5OH (ao – Xa) (ao – Xa) (Xa) (Xa) 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: Va  Nồng độ NaOH . 0.54 013 1. 12 41 0.249 21 1.3894 12 360 65.4 0 .18 44 0.53626 1. 2263 0. 219 64 1. 515 8 13 390 67.2 0 .17 26 0.5 019 8 1. 3284 0 .19 358 1. 64 21 14 420 69.2 0 .15 99 0.46494 1. 4306 0 .17 0 61 1.7684 15 450 72.3 0 .14 09. 39 11 40 85.5 11 300 63 40 11 70 86.5 12 330 62.9 41 1200 87.4 13 360 61. 1 42 12 30 88.7 14 390 62 43 12 60 89.6 15 420 62.4 44 12 90 90.2 16 450 63 45 13 20 91 17 480 63.4 46 13 50 91. 7 18 510 . 0 .14 09 0.40960 1. 5328 0 .15 036 1. 8947 16 480 75 .1 0 .12 44 0.3 616 2 1. 6350 0 .13 252 2.0 210 17 510 76.3 0 .11 75 0.3 416 0 1. 7372 0 .11 680 2 .14 73 18 540 78.2 0 .10 68 0. 310 53 1. 8394 0 .10 294 2.2736 19 570 80.3