(2)
Przepywowy reaktor zbiornikowy pracujcy w warunkach izotermicznych
1. Wprowadzenie
Podstaw projektowania reaktorów chemicznych dowolnego typu jest znajomo penej postaci równania kinetycznego. Równanie takie powinno okreli zaleno szybkoci reakcji od stenia reagentów i temperatury procesu
rA = g (T) f (CA) (1)
Wpyw temperatury na kinetyk reakcji wynika z zalenoci staej szybkoci k lub staej równowagi K od tego parametru.
Dla jednokierunkowej reakcji znane jest równanie Arrheniusa
(2)
Analogiczne równanie obowizuje równie dla obu kierunków reakcji odwracalnej, dlatego prawdziwa jest zaleno
(3)
lub zaleno przedstawiona w postaci równania Vant Hoffa
(4)
gdzie staa równowagi K = k1/k2
Cakujc równanie (2) otrzymuje si zaleno okrelajc zmian staej szybkoci reakcji z temperatur
(5)
Cakowanie równania (4) daje
(6)
miernikiem wpywu temperatury na szybko reakcji jest warto energii aktywacji E [J/mol]. Jej eksperymentalne wyznaczenie jest moliwe na podstawie wyników k = f(T). Nachylenie prostej ln k = f(1/T) jest bowiem równe stosunkowi E/R, z którego atwo oblicza si warto E[ J/mol].
Do wykonania ww pomiarów kinetycznych szczególnie nadaje si przepywowy reaktor zbiornikowy.
2. Cel wiczenia
Celem wiczenia jest wyznaczenie energii aktywacji E oraz k" dla reakcji hydrolizy bezwodnika kwasu octowego na podstawie wyników pomiarów uzyskanych w przepywowym reaktorze zbiornikowym.
3. Aparatura
Instalacja, w której wykonuje si badania kinetyki procesu, jest taka sama jak w wiczeniu 1.9.
Rónica dotyczy jedynie rodzaju reagujcego ukady, który w tym przypadku jest homogeniczny. Do reaktora doprowadza si nie toluenowy roztwór bezwodnika, lecz czysty bezwodnik kwasu octowego.
4. Metodyka pomiarów
Bezwodnik octowy i wod niezalenymi strumieniami kieruje si ze zbiorników przez termostatujce wymienniki ciepa do reaktora za pomoc precyzyjnych pompek tokowych. Szybkoci objtociowe zasilania VH2O oraz Vbezw. Po osigniciu warunków ustalonych odczytuje si z krzywych cechowania elektrod stenia kwasu Ckw, po czym nastawia si termostaty na inn warto temperatury. Procedur t powtarza si dla 4 temperatur.
5. Opracowanie wyników pomiarów
Sta szybkoci oblicza si dla kadej temperatury wg wzoru bdcego przeksztacon postaci równania bilansu masy dla reaktora omawianego typu. Zakada si wstpnie, e reakcja jest pierwszego rzdu
gdzie:
[mol/dm3]
CA = Cao - 0.5"CKwas [mol/dm3]
[m3/s]
Wyniki pomiarów i oblicze naley uj w tabel 1 wg podanego w zaczeniu wzoru. Do sprawozdania naley doczy wykres zalenoci ln k = f (1/T) z wyliczonymi wartociami E oraz k".
Tabela 1
Zestawienie wyników pomiarów i porednich oblicze w badaniu wpywu temperatury na kinetyk reakcji hydrolizy bezwodnika kwasu octowego w przepywowym reaktorze zbiornikowym.
Lp. |
Czas |
R |
Ckw |
CA |
k |
ln k |
T |
1/T"103 |
Uwagi |
|
s |
|
mol/dm3 |
s-1 |
K |
K-1 |
|
||
1 |
300 |
|
|
|
|
|
|
|
E= J/mol |
2 |
600 |
|
|
|
|
|
|
|
k"= s-1 |
3 |
900 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
1200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
300 |
|
|
|
|
|
|
|
E= J/mol |
2 |
600 |
|
|
|
|
|
|
|
k"= s-1 |
3 |
900 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
1200 |
|
|
|
|
|
|
|
|