1 BÀI TẬP THỰC HÀNH
KỸ THUẬT PHẢN ỨNG
2
BÀI 1:
THỜI GIAN LƯUI. 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.

 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

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

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

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

 
  

  

 

 

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
 

 
     



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

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

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

D
0
Đường kính (d) Chiều cao (h) Lưu lượng (Q)
0.172 120 mm 105 mm 0.3 l/ph

STT t (s) T (%) D D/D
0 (TN)
TN


D/D
0 (LT)

LT


1 30 79.2

0.1013

0.58898

0.0977

0.22262

0.0631

2 60 57.0


0.60964

0.2526

5 150 40.6

0.3915

2.27666

0.4886

0.67164

0.3157

6 180 41.1

0.3862

2.24575

0.5863

0.71035

0.3789

7 210 41.7


0.72949

0.5683

10 300 49.8

0.3028

1.76080

0.9772

0.71438

0.6315

11 330 51.9

0.2848

1.65648

1.0749

0.69258

0.6946

12 360 53.4


0.60348

0.8840

15 450 64.8

0.1884

1.09581

1.4658

0.56987

0.9472

16 480 67.3

0.1720

1.00020

1.5635

0.53574

1.0103

17 510 70.8


0.43556

1.1998

20 600 77.5

0.1107

0.64378

1.9543

0.40409

1.2629

21 630 80.3

0.0953

0.55414

2.0521

0.37395

1.3261

22 660 82.2



0.29259

1.5155

25 750 88.4

0.0535

0.31141

2.4429

0.26862

1.5787

26 780 90.0

0.0458

0.26611

2.5407

0.24622

1.6418

27 810 91.1


0.18802

1.8312 ĐỒ THỊ 0
/
D D

0
/
D D

Th
ực nghiệmLý thuy
ết 13
V. BÀN LUẬN:
1. Nhận xét cách lấy mẫu:
Khi bắt đầu cho mực đỏ vào bình khuấy ta bắt đầu bấm thời gian, tính tại thời
điểm bắt đầu bấm là t = 0s, sau đó cứ cách một khoảng thời gian xác định (30s)
ta lấy mẫu và xác định Di. Việc lấy mẫu kết thúc khi nước trong bình khuấy hết
màu đỏ hay độ truyền suốt T của mẫu gần 100%.
Lưu ý là cho mực đỏ vào bình đầu tiên và lấy ra ở bình cuối cùng, lưu lượng
đối với các hệ phải giống nhau, thể tích mỗi bình trong hệ phải bằng nhau.
Ban đầu ta dùng mẫu nước trắng (không màu) để chuẩn lại độ truyền suốt của
máy và cài đặt độ truyền suốt ban đầu của mẫu trắng là T = 100%.
Cuvet chứa mẫu phải luôn sạch và khô ráo, bên trong mẫu lấy không được có
bọt khí, sau mỗi lần lấy mẫu ta phải tráng lại cuvet bằng nước sạch.
2. So sánh
TN

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
OO
CH 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

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

 

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
OONa
CH C NaOH
C C


nếu
3 2 5
0 0
OOC
CH C H NaOH

T C
 
       
cho T>=294
Lúc này
0
NaOH
C


nếu
3 2 5
0 0
OOC
CH C H NaOH
C C
hoặc
3 2 5
0 0
OO
( )
NaOH NaOH CH C C H
C C C

 
nếu
3 2 5
0 0
OOC
CH C H NaOH

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


 
  
  
 
  
 

17
0 1
1
0
c c


 
  


C
Độ dẫn điện

(mS)
Thời gian t
( phút )
t
0
C
Độ dẫn điện


(mS)
1 35.3 9.16 16 35.4 7.41
2 35.3 8.72 17
3 35.4 8.41 18
4 35.4 8.19 19
5 35.4 8.22 20
6 35.4 7.89 21
7 35.4 7.79 22
8 35.4 7.71 23
9 24
10 25
11 26
12 27
13 28
14 29
15 30

18


3 2 5 3 2 5
OOC OO C
NaOH 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

C C
Nên cuối phản ứng
3
0
OO
0, 0.042855
NaOH CH C Na NaOH
C C C M
 
  

Ta có :
0
0
0.195 [1 0.0148 ( 294)] 1000
NaOH NaOH
T C         

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
 

NaOH
C

3
OONa
t
CH C
C

t


(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



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
20
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 :
t
(s)
21
- 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:

BÀI 3:
HỆ THỐNG KHUẤY TRỘN
GIÁN ĐOẠN VỚI ĐIỀU KIỆN ĐOẠN NHIỆT.

thiên nhiệt độ với thời gian lưu.
22
Nếu nồng độ của Anhydrit Axetic tại một thời điểm bất kỳ là C, khi đó tốc độ
phản ứng được xác định.

dC
R
dt


Với C = C
0
khi t=0. Nhiệt tổng quát của phản ứng là:
( ). . .
p
dT
H R C
dt

 

Với T=T
0
tại t=0. Kết hợp 2 phương trình, đơn giản ta được.
0
( )( ) . .
p
dT
C C H C
dt

 
0 0
. . . (
E
n
RT
dT
A e C T T
dt
 

  

Đặt
T T


khi phản ứng hoàn toàn thì
0 0
( 0) .( )
C T T


  
và như vậy
0
0
( )
C
T T

 

Tiến hành lấy logarit hai vế phương trình, ta có:
23
0 0
0 0
0 0
ln ln
. .
dT
E
dt
A
RT
T T T T
C C
C T T


 
 
 

 

 

Và vì vậy vẽ
0 0
0 0

10ml H
2
SO
4
0.5M
STT
Thời gian t
(s)
Nhiệt độ T
(
0
C)
STT
Thời gian t
(s)
Nhiệt độ T
(
0
C)
1 0 31.7 21 600 42.0
2 30 32.5 22 630 42.3
3 60 33.3 23 660 42.4
4 90 34.0 24 690 42.7
5 120 34.6 25 720 42.9
6 150 35.8 26 750 43.1
7 180 36.4 27 780 43.1
8 210 36.9 28 810 43.2
9 240 37.5 29 840 43.2
10 270 38.5 30 870 43.2
11 300 39.0 31 900 43.3

20 570 41.7 40 1170 42.6

THÍ NGHIỆM 2:
10ml (CH
3
COO)
2
O 98.5%, d=1.08
40ml H
2
O
20ml H
2
SO
4
0.5M