連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器

1、續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器液相反應(yīng)的速續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器液相反應(yīng)的速率常數(shù)測定率常數(shù)測定 一、實驗?zāi)康囊弧嶒災(zāi)康?本實驗采用連續(xù)流動攪拌釜式反應(yīng)器進(jìn)行液相反應(yīng)動力學(xué)研究。實驗用連續(xù)輸入的方法，在定常流動下，測定乙酸乙酯皂化反應(yīng)的反應(yīng)速率和反應(yīng)速率常數(shù)。 二、實驗原理反應(yīng)速率反應(yīng)速率 反應(yīng)速率常數(shù)反應(yīng)速率常數(shù) 質(zhì)量檢測質(zhì)量檢測 1. 反應(yīng)速率連續(xù)流動攪拌釜式反應(yīng)器的摩爾衡算基本方程： FAO-FA-0V(-rA)dV=dnA/dt對于定常流動下的全混流反應(yīng)器，上式可簡化為： FAO-FA-(-rA)V=0 (-rA)= FAO-FA /V對于恒容過程而言，流入反應(yīng)器的體積流率Vs,0等于流出反應(yīng)器的體積流

2、率Vs。 若反應(yīng)物A的起始濃度為CA,0，反應(yīng)器出口亦即反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)物A的濃度為CA，則上式可改寫為：(-rA)= （CA,0-CA）/（V/Vs,0）=（CA,0-CA）/ 式中：=V/Vs,0，即為空間時間。對于恒容過程，進(jìn)出口又無 返混時，則空間時間也就是平均停留時間。因此，當(dāng)V和Vs,0一定時，只要實驗測得CA,0和CA，即可直接測得在一定溫度下的反應(yīng)速率(-rA)。 2. 反應(yīng)速率常數(shù)反應(yīng)速率常數(shù)乙酸乙酯皂化反應(yīng)為雙分子反應(yīng)： CH3COOC2H5（A）+NaOH（B）CH3COONa（C）+C2H5OH（D）因為該反應(yīng)為雙分子反應(yīng)，則反應(yīng)速率方程為：(-rA)=kCACB本實驗中

3、，反應(yīng)物A和B采用相同的濃度和相同的流率，則上式可簡為： (-rA)=kCA2將上式線性化后，可得：lg(-rA)=2lgCA+lgk當(dāng)反應(yīng)溫度T和反應(yīng)器有效容積V一定時，可利用改變流率的方法，測得不同CA下的反 應(yīng)速率（-rA）。由lg（-rA）對lgCA進(jìn)行標(biāo)繪，可得到一條直線。由直線的截距l(xiāng)gk 求取k值?；蛴米钚《朔ㄟM(jìn)行線性回歸求得k值。 3. 質(zhì)量檢測本實驗中采用電導(dǎo)方法測量反應(yīng)物A的濃度變化。對于乙酸乙酯皂化反應(yīng)，參與導(dǎo)電的離子 有Na+、OH-和CH3COO-。Na+在反應(yīng)前后濃度不變，OH-的遷移率遠(yuǎn)大于CH3COO-的遷移率。隨 著反應(yīng)的進(jìn)行，OH-不斷減少，物系的電導(dǎo)值隨

4、之不斷下降。因此，物系的電導(dǎo)值的變化與CH3COOH的濃度變化成正比，而由電導(dǎo)電極測得的電導(dǎo)率L與其檢測儀輸出的電壓信號U也呈線性關(guān)系，則如下關(guān)系式成立：CA=K(U-Uf) 式中：U由電導(dǎo)電極測得在不同轉(zhuǎn)化率下與釜內(nèi)溶液組成相應(yīng)的電壓信號值； UfCH3COOC2H5全部轉(zhuǎn)化為CH3COONa時的電壓信號值； K比例系數(shù)。 本實驗采用等摩爾進(jìn)料，乙酸乙酯水溶液和氫氧化鈉水溶液濃度相同，且兩者進(jìn)料的體積流率相同。若兩者濃度均為0.02 molL-1，則反應(yīng)過程的起始濃度CA,0，應(yīng)為0 .01molL-1。 因此，應(yīng)預(yù)先精確配置濃度為0.01 molL-1的氫氧化鈉水溶液和濃度為0.01mol

5、L-1的CH3COONa水溶液。在預(yù)定的反應(yīng)溫度下，分別進(jìn)行電導(dǎo)測定，測得電壓信號分別為U0和Uf ，由此可確定上式中的比例常數(shù)K值。四、實驗步驟四、實驗步驟1. 實驗前的準(zhǔn)備2. 標(biāo)定濃度曲線的實驗3.測定反應(yīng)速率和反應(yīng)速率常數(shù)的實驗步驟4. 實驗結(jié)束工作1. 實驗前的準(zhǔn)備（1）新鮮配置0.02 molL-1的NaOH和CH3COO C2H5水溶液，分別存放于料液 貯槽，并嚴(yán)加密封。（2）新鮮配制0.01molL-1的NaOH和NaAc水溶液，以供濃度標(biāo)定曲線之用。（3）啟動并調(diào)整好控溫儀、測速儀和計算機(jī)等電子儀器，并調(diào)好軟件的數(shù)據(jù)采集程序。 2. 標(biāo)定濃度曲線的實驗步驟標(biāo)定濃度曲線的實驗步

6、驟（1）向反應(yīng)器中加入純水；啟動攪拌器并將轉(zhuǎn)速調(diào)至600rmin-1；啟動加熱和 恒溫裝 置，并設(shè)定所需反應(yīng)溫度值；待溫度恒定后，將裝有0.01molL-1的NaOH的試液和鉑 黑電極 的試管（電導(dǎo)池）插入反應(yīng)器，啟動數(shù)據(jù)采集軟件，測定該溫度下，與溶液濃度相應(yīng)的電壓 信號。待電壓值穩(wěn)定后，取曲線平直段的平均值，即為U0值。 （2）用上述類同的方法，將裝有0.01 molL-1NaAc的電導(dǎo)池插入反應(yīng)器，測得與0. 01 molL-1NaAc濃度相應(yīng)的電壓值Uf。安裝電導(dǎo)池時要注意，試管（電導(dǎo)池）內(nèi)的電極距離管底10mm，液面高出電極10mm。試管液 面低于反應(yīng)器液面10mm以下為宜。為了使試管

7、內(nèi)溶液的溫度迅速均勻恒定，先可略為攪動一 下。每次向電導(dǎo)池裝試液時，都先要用電導(dǎo)水沖洗試管和電極三次，接著用被測液再沖洗三 次。若要求在不同溫度下進(jìn)行實驗，則可在設(shè)定溫度下重復(fù)上述實驗步驟。一般可在25和35 兩種溫度下進(jìn)行實驗。3.測定反應(yīng)速率和反應(yīng)速率常數(shù)的實驗步驟 （1）停止加熱和攪拌后，將反應(yīng)器內(nèi)的純水放盡。啟動并調(diào)定計量泵，同時以等流率向器 內(nèi)加入料液A和B。待液面穩(wěn)定后，啟動攪拌器和加熱器并控制轉(zhuǎn)速和溫度恒定。當(dāng)攪拌轉(zhuǎn)速 在600rmin-1時，總體積流率在2.716Lh-1（相當(dāng)于計量泵顯示1060 r min-1）范圍內(nèi)，均可接近全混流。 （2）當(dāng)操作狀態(tài)達(dá)到穩(wěn)定之后，按數(shù)據(jù)采

8、集鍵，采集與濃度CA相應(yīng)的電壓信號U。待屏幕 上 顯示的曲線平直之后，按終止采集鍵，取其平直段的平均值，即為與釜內(nèi)最終濃度CA相應(yīng) 的U值。 （3）改變流量重復(fù)上述實驗步驟，測得一組在一定溫度下，不同流量時的U值數(shù)據(jù)。 4. 實驗結(jié)束工作實驗結(jié)束工作（1）先關(guān)閉加熱和恒溫系統(tǒng)，后關(guān)閉計量泵。（2）關(guān)閉計算機(jī)，再將攪拌轉(zhuǎn)速緩慢地調(diào)至零，最后關(guān)掉電路總開關(guān)。（3）打開底閥，將釜內(nèi)的液體排盡，并用蒸餾水將反應(yīng)器和電導(dǎo)池沖洗干凈。將電導(dǎo)電極 浸泡在蒸餾水中，備用。 5. 實驗注意事項實驗注意事項（1）實驗中所用的溶液都必須新鮮配置，確保溶液濃度準(zhǔn)確。同時，配制溶液用水必須是 電導(dǎo)率10-6Scm-1的

9、純水。NaOH和CH3COO C2H5料液桶必須密封。（2）在濃度標(biāo)定實驗中，每次向電導(dǎo)池裝新的試驗液時，必須將電導(dǎo)池按要求沖洗干凈。 （3）對于液相反應(yīng)動力學(xué)實驗，必須要保證濃度、溫度和流率保持恒定和測量準(zhǔn)確。因此 ，要有足夠的穩(wěn)定時間。五、實驗結(jié)果五、實驗結(jié)果1. 記錄實驗設(shè)備和操作基本參數(shù) 反應(yīng)釜的體積:V= L NaOH料液濃度:CB,0= molL-1 CH3COOC2H5料液的濃度:CA,0= molL-1 攪拌轉(zhuǎn)速:r= rmin-1 2.記錄濃度與電壓信號值函數(shù)關(guān)系的實驗數(shù)據(jù) 當(dāng)CA,0=CB,0= molL-1時，測得U0= mV； CA,f=0, CC,f=CA,0= molL-1時，測得Uf= mV； 計算:K=(CA,0-CA,f)/(U0-Uf)= 最后得到CA與U的函數(shù)關(guān)系式:CA=K(U-Uf)= 實 驗 序 號12345反應(yīng)溫度T/反應(yīng)體積V/L總體積流率Vs,0/Lmin-1反應(yīng)物A的出口濃度U/mV(U-Uf)/mVCA/molL-1實 驗 組 號12345反應(yīng)溫度T/K(1)空間時間/min(2