反应工程实验讲-2个实验项目.doc

反应工程实验室安全注意事项 1、在反应釜上合成产物特别是在100L釜内合成产物，必须有完善的工艺控制手段 实验一 酯化反应合成邻苯二甲酸二正丁酯反应动力学邻苯二甲酸二正丁酯的由苯酐与正丁醇酯化。合成途径为：第一步，苯酐与正丁醇反应生成单酯；第二步，单酯与正丁醇继续反应生成DBP。第一步为瞬间反应，第二步为二级可逆慢反应，因此第二步为反应的控制步骤。为了数据处理的方便将第二步反应按二级不可逆反应处理，分别测定两个不同温度下单酯浓度随时间的变化情况，按照以下推理的公式便可得到该反应的活化能以及各温度下反应速率常数。计算公式如下（c代表单酯的浓度，加料时设法使第一步反应完毕，单酯的浓度和所剩正丁醇的浓度相等。 积分上式得 （由此求得时刻t下得k值）分别求得两组温度下的k值，根据Arrihenius公式 ,便可求得活化能。温度计冷凝器四口烧瓶① 在10ml的三角瓶中放入10ml的中性乙醇，并置于冰浴中冷却备用。② 在四口瓶中放入苯酐44.5g(0.3mol)、正丁醇44.5g(0.6mol)，加热，轻微搅拌，待苯酐全部溶解后同时取反应液两份，各0.5ml，记为V取样，测定单酯的浓度C0，并由此计算出反应状态下反应液的总体积（V总）。 ③ 将反应液的温度控制在110℃（或120℃）左右；待温度波动稳定后，加入H2SO40.2ml,同时记时，以后每隔十分钟取样一次，放入冷却的中性乙醇中，立即用0.1N KOH-乙醇标准溶液滴定，测定单酯的浓度，反应约0分钟即可停止加热和搅拌。④ 反应期间单酯浓度的测定：将盛有样的中性乙醇溶液，加2滴酚酞指示剂，用0.1N KOH-乙醇标准溶液滴定至粉红色，记下所耗标准液的毫升数。① 酯初始浓度的计算: (mol/l)② 反应状态下，反应总体积的计算: (ml)③ 反应液中H+浓度的计算: (mol/l)式中：VH -- H2SO4加入量(ml)④ 反应期间单酯浓度计算⑤ 数据记录及最终处理格式下表 温度() 时间(min) 耗(ml) CH+ (mol/l V总(ml) 单酯浓度(mol/l) kl/（mol/min） t1/2(min E(105J/mol) 110 0 110 10 110 20 110 30 110 40 110 50 110 60 注：活化能E和半衰期t1/2是以两个温度下第一个10分钟所对应的反应速率常数计算得到的1．冰浴的目的是什么?2．如何更准确地求出可逆反应的反应速率常数？3．第一步完全反应完毕的标志是什么?——响应技术，通过实验测定停留时间分布的方法，以一定的表达方式加以描述。本实验采用的脉冲激发方法是在设备入口处，向主体流体瞬时注入少量示踪剂，与此同时在设备出口处检测示踪剂的浓度随时间的变化关系数据或变化关系曲线。由实验测得的变化关系曲线可以直接转换为停留时间分布密度随时间变化的关系曲线。 由实验测定的曲线的图像，可以定性判断流体流经反应器的流动状况。 由实验测得全混流反应器和多级串联全混流流反应器的曲线的典型图像，如图1所示。若各釜的有效体积分别为V1、V2和V3，且各釜体积相同，即，当单级、二级和三级全混流反应器的总有效体积保持相同，即时，则其曲线的图像如图1(a)所示；当各釜体积虽相同，但单釜、二釜串联三釜串联的总有效体积又各不相同时，如单釜有效体积，而双釜串联总有效体积，三釜串联的总有效体积，则其曲线的图像如图1(b)所示。 图1　全混流反应器和多级串联全混流反应器的曲线 停留时间分布属于随机变量的分布，除了用上述直观图象加以描述外，通常还可采用一些特征数来表征分布的特征。概率论上表征这种随机变量分布的数字特征主要是数学期望和方差。 （1）停留时间分布的数学期， 随机变量的数学期望也就是该变量的平均数。流体流经反应器的停留时间分布的数学期望的定义式为 　　　　　　　　　　　　　　　　（1） 如果取一定时间间隔的离散数据，即为定值，则停留时间的数学期望可按下式计算： 　　　　　　　　　　　　　　　　（2） 本实验以水为主流体，氯化钾饱和溶液为示踪剂。当水的进出口体积流率恒为，示踪剂的注入量为，则停留时间分布密度与浓度的关系为 　　　　　　　　　　　　　　　　（3） 本实验采用电导率仪测定出口处的示踪剂浓度，且已知水溶液的电导率与水溶液中氯化钾的浓度呈过原点的线性关系，又知电导率与电导率仪输出的电压显示值呈线性关系，则停留时间分布密切与存在如下线性关系： 　　　　　　　　　　　　　　（4） 式中为换算系数，在固定测试条件下为一常数。 由此，可将式（2）经过变换，停留时间分