连续搅拌釜式反应器详解.ppt

续搅拌釜式反应器液相反应的速率常数测定 一、实验目的 本实验采用连续流动搅拌釜式反应器进行液相反应动力学研究。实验用连续输入的方法，在定常流动下，测定乙酸乙酯皂化反应的反应速率和反应速率常数。 二、实验原理 反应速率 反应速率常数 质量检测 1. 反应速率 连续流动搅拌釜式反应器的摩尔衡算基本方程：  FAO-FA-∫0V(-rA)dV=dnA/dt 对于定常流动下的全混流反应器，上式可简化为：  FAO-FA-(-rA)V=0→ (-rA)= FAO-FA /V 对于恒容过程而言，流入反应器的体积流率Vs,0等于流出反应器的体积流率Vs。 若反应物A的起始浓度为CA,0，反应器出口亦即反应器内的反应物A的浓度为 CA，则上式可改写为：(-rA)= （CA,0-CA）/（V/Vs,0）=（CA,0-CA）/τ 式中：τ=V/Vs,0，即为空间时间。对于恒容过程，进出口又无 返混时，则空间 时间也就是平均停留时间。因此，当V和Vs,0一定时，只要实验测得CA,0和CA， 即可直接测得在一定温度下的反应速率(-rA)。 2. 反应速率常数 乙酸乙酯皂化反应为双分子反应： CH3COOC2H5（A）+NaOH（B）→CH3COONa（C）+C2H5OH（D） 因为该反应为双分子反应，则反应速率方程为： (-rA)=kCACB 本实验中，反应物A和B采用相同的浓度和相同的流率，则上式可简为：  (-rA)=kCA2 将上式线性化后，可得：lg(-rA)=2lgCA+lgk 当反应温度T和反应器有效容积V一定时，可利用改变流率的方法，测得 不同CA下的反 应速率（-rA）。由lg（-rA）对lgCA进行标绘，可得到一条 直线。由直线的截距lgk 求取k值。或用最小二乘法进行线性回归求得k 值。 3. 质量检测 本实验中采用电导方法测量反应物A的浓度变化。 对于乙酸乙酯皂化反应，参与导电的离子 有Na+、OH-和CH3COO-。Na+在反应前后浓 度不变，OH-的迁移率远大于CH3COO-的迁移率。随 着反应的进行，OH-不断减少，物 系的电导值随之不断下降。因此，物系的电导值的变化与CH3COOH的浓度变化成正 比，而由电导电极测得的电导率L与其检测仪输出的电压信号U也呈线性关系，则如 下关系式成立： CA=K(U-Uf)  式中：U——由电导电极测得在不同转化率下与釜内溶液组成相应的电压信号值； Uf——CH3COOC2H5全部转化为CH3COONa时的电压信号值； K——比例系数。 本实验采用等摩尔进料，乙酸乙酯水溶液和氢氧化钠水溶液浓度相同，且两者进 料的体积流率相同。若两者浓度均为0.02 mol·L-1，则反应过程的起始浓度CA,0， 应为0 .01mol·L-1。 因此，应预先精确配置浓度为0.01 mol·L-1的氢氧化钠水 溶液和浓度为0.01mol·L-1的CH3COONa水溶液。在预定的反应温度下，分别进行电 导测定，测得电压信号分别为U0和Uf ，由此可确定上式中的比例常数K值。 四、实验步骤 1. 实验前的准备 2. 标定浓度曲线的实验 3.测定反应速率和反应速率常数的实验步骤 4. 实验结束工作 1. 实验前的准备（1）新鲜配置0.02 mol·L-1的NaOH和CH3COO C2H5水溶液，分别存放于料液 贮槽，并严加密封。（2）新鲜配制0.01mol·L-1的NaOH和NaAc水溶液，以供浓度标定曲线之用。（3）启动并调整好控温仪、测速仪和计算机等电子仪器，并调好软件的数据采集程序。 2. 标定浓度曲线的实验步骤 （1）向反应器中加入纯水；启动搅拌器并将转速调至600r·min-1； 启动加热和 恒温装 置，并设定所需反应温度值；待温度恒定后， 将装有0.01mol·L-1的NaOH的试液和铂 黑电极 的试管（电导池）插 入反应器，启动数据采集软件，测定该温度下，与溶液浓度相应的 电压 信号。待电压值稳定后，取曲线平直段的平均值，即为U0值。 （2）用上述类同的方法，将装有0.01 mol·L-1NaAc的电导池插入 反应器，测得与0. 01 mol·L-1NaAc浓度相应的电压值Uf。安装电 导池时要注意，试管（电导池）内的电极距离管底10mm，液面高 出电极10mm。试管液 面低于反应器液面10mm以下为宜。为了使 试管内溶液的温度迅速均匀恒定，先可略为搅动一 下。每次向电导 池装试液时，都先要用电导水冲洗试管和电极三次，接着用被测液 再冲洗三 次。若要求在不同温度下进行实验，则可在设定温度下重 复上述实验步骤。一般可在25℃和35℃