Sprawozdanie z ćwiczenia nr 2

z reaktorów chemicznych.

BADANIE PRZEBIEGU PROCESU TECHNOLOGICZNEGO W PRZEPŁYWOWYM REAKTORZE ZBIORNIKOWYM

Opracowali:

Justyna Iwińska

Iza Kaźmierczak

Roman Jędrzejewski

Krzysztof Juszczyk

WSTĘP:

Reakcja zmydlania octanu etylu przebiega według równania

W reaktorze przepływowym z idealnym mieszaniem stężanie mieszaniny reakcyjnej i jej temperatura są takie same w całej objętości. Jeżeli reaktor pracuje w stanie ustalonym (co ma miejsce poza okresem rozruchu i wyłączania), to akumulacja równa jest zeru:

gdzie:

q_io - przepływ mieszaniny reakcyjnej na wlocie do reaktora [dm³/h]

q_ik - przepływ mieszaniny reakcyjnej na wylocie z reaktora [dm³/h]

C_io - stężenie składnika i na wlocie do reaktora [mol/dm³]

C_ik - stężenie składnika i na wylocie z reaktora [mol/dm³]

ν_i - współczynnik stechiometryczny składnika i

V_r - objętość reaktora [dm³]

r - równoważnikowa szybkość reakcji [mol · dm^-3 · h^-1]

τ - czas [h]

Surowce, których różne prędkości przepływu regulowano za pomocą pompy perystaltycznej, doprowadzono do reaktora o objętości 300 ml zaopatrzonego w mieszadło magnetyczne.Po dokładnym wymieszaniu się 0,1n roztworu woorotlenku sodu i 0,1n roztworu octanu etylu w stosunku 1:1 dokonano pomiaru wskazania konduktometru, na podstawie którego obliczono stężenie na wylocie, natomiast na podstawie pomiarów przepływu obliczono stężenie na wlocie strumieni do reaktora. Przewodnictwo mieszaniny reakcyjnej po całkowitym przereagowaniu χ^∞ zmierzone zostało poza reaktorem po upływie 20 minut.

Pomiar przewodnictwa na wlocie i wylocie z reaktora oraz po całkowitym przereagowaniu przeprowadzono dla przypadków:

1. CH₃COOC₂H₅ : NaOH = 1:1

2. CH₃COOC₂H₅ : NaOH = 2:1

3. CH₃COOC₂H₅ : NaOH = 3:1

4. CH₃COOC₂H₅ : NaOH = 4:1

Każdy pomiar powtórzono trzykrotnie, a wyniki zapisano w tabelce:

qOE : qNaOH		C^0NaOH [dm^3/h]		C^0OE v [dm^3/h]	Przewodnictwo [S/m]
										χ^0	χ^t	χ^∞
1:1	1	0,05		0,05	1.76	0.86	0,56
		2	0,05		0,05	1.42	0,82	0,5
		3	0,05		0,05	1.26	0,79	0,56
		średnia				1,48	0,8233	0,5566
	1:2	1		0,033	0,067	1	0,55	0,32
		2		0,033	0,067	0,99	0,55	0,32
		3		0,033	0,067	0,98	0,54	0,32
		średnia				0,99	0,5466	0,32
	1:3	1	0,025		0,075	0,72	0,4	0,24
		2	0,025		0,075	0,70	0,39	0,24
		3	0,025		0,075	0,69	0,39	0,24
		średnia				0,7033	0,3933	0,24
	1:4	1	0,02		0,08	0,60	0,31	0,2
		2	0,02		0,08	0,54	0,30	0,2
		3	0,02		0,08	0,56	0,30	0,2
		średnia				0,5666	0,3033	0,2

V_r= 300ml = 0,3dm³

C_NaOH = 0,1n

C_OE = 0,1n

q = 10ml/min =
[dm³/s] = 1.66*10^-4 [dm³/s]

1.Przepływy

	qNaOH [dm^3/s]	qOE [dm^3/s]
1:1	1,66 · 10^-4	1,66 · 10^-4
1:2	1,66 · 10^-4	3,32 · 10^-4
1:3	1,66 · 10^-4	4,98 · 10^-4
1:4	1,66 · 10^-4	6,64 · 10^-4

2. Stężenie na wylocie z reaktora [mol/ dm³]

= 0,05 · [(0,8233-1,48)/(0,5566-1,48)] = 0,05 · [(-0,6567)/(-0,9234)]=

= 0.0355[mol/ dm³]

= 0,033 · [(0,5466-0,99)/(0,32-0,99)] = 0,033 · [(-0,4434)/(-0,67)]=

= 0.02183 [mol/ dm³]

= 0,025 · [(0,3933-0,7033)/(0,24-0,7033)] = 0,025 · [(-0,31)/(-0,4633)]=

= 0.01672 [mol/ dm³]

= 0,02 · [(0,3033-0,5666)/(0,2-0,5666)] = 0,02 · [(-0,2633)/(-0,3666)]=

= 0.01436 [mol/ dm³]

C_i = 0,05 - 0.0355 = 0,0145 [mol/ dm³]

C_i = 0,067 - 0.02183 = 0,04517 [mol/ dm³]

C_i = 0,075 - 0.01672 = 0,05828 [mol/ dm³]

C_i = 0,08 - 0.01436 = 0,06564 [mol/ dm³]

3. Stopień przemiany octanu etylu.

= (0,05 - 0,0145)/0,05 = 0.71

= (0,067 - 0,04517)/0,067 = 0.32582

= (0,075 - 0,05828)/0,075 = 0.2229

= (0,08 - 0,06564)/0,08 = 0.1795

4. Szybkość reakcji dla każdego stopnia przemiany.

[mol/dm³s]

gdzie

r = (0,05 · 3,32 · 10^-4 · 0.71)/0,3 = 3,9286*10^-5 [mol/dm³s]

r = (0,067 · 4,98 · 10^-4 · 0,32582)/0,3 = 3,62377*10^-5 [mol/dm³s]

r = (0,075 · 6,64 · 10^-4 · 0,2229)/0,3 = 3,7*10^-5[mol/dm³s]

r = (0,08 · 8,3 · 10^-4 · 0,1795)/0,3 = 3,9729*10^-5[mol/dm³s]

Wykresy:

Lp.	r	α
1.	3,9286*10^-5	0,71
2.	3,62377*10^-5	0,32582
3.	3,7*10^-5	0,2229
4.	3,9729*10^-5	0,1795

r= f (α)

Wnioski:

Wraz ze wzrostem stopnia przemiany octanu etylu równoważnikowa szybkość reakcji początkowo maleje a następnie wzrasta. (zakładając, że pomiary są obarczone dużym błędem, ponieważ wystąpiły zakłócenia procesu reakcji można przyjąć, że równoważnikowa szybkość reakcji wrasta ze wzrostem stopnia przemiany).

Lp.	qOE/ qNaOH	r
1.	1	0,000039286
2.	2	0,000036238
3.	3	0,000037
4.	4	0,000039729

r = ƒ ( q_OE / q_NaOH )

Wnioski:

Wraz ze wzrostem stosunku przepływu OE do przepływu NaOH równoważnikowa szybkość reakcji maleje, a następnie wzrasta. (zakładając, że podczas pomiarów wystąpiły zakłócenia, można przyjąć, że ze wzrostem stosunku przepływu OE do przepływu NaOH maleje równoważnikowa szybkość reakcji).

---