乙酸乙酯水解反应动力学

一． 实验目的

1．了解和掌握在全混釜中连续操作条件下反应器内测定均相反应动力学的

原理和方法。

二． 实验原理

根据反应溶液的电导率的大小，由⑷式可以直接得到相应的反应速率)(A r -，由⑸式，对)

ln(

)ln(∞

∞----L L L L r O t A 作图，可得到反应速度常数K 及反应级数n 。

三．实验装置

在稳定条件下，根据全混釜反应器的物料衡算基础，有 )1()()(AO

A m

AO

A AO A C C C C C V

F r -

=

-=

-τ ⑴

对于乙酸乙酯水解反应： OH

H C COO

CH H COOC

CH OH

K

52352

3+→+-

-

A B C D

当BO AO C C =，且在等分子流量进料时，其反应速度)(A r -可表示如下形式： n

AO

A n O

n A

A C C KCA

KC

r )

(

)(==- ⑵

或 )ln(ln )ln(AO

A n

O

A C C n CA K r +∙=- ⑶

由于)(∞-∝L L C O AO ，)(∞-∝l L C t A ，代入⑴、⑶得： )(

)(∞

--=-L L L L C r O t O m

AO

A τ ⑷

及

)

ln(ln )ln(∞

∞--+∙=-L L L L n C K r O t n

AO

A ⑸

式中：

O L ，∞L —分别为反应初始和反应完毕时的电导率 t L —空时为m τ时的电导率

四．实验步骤

1.配置0.04N的NaOH和乙酸乙酯溶液各10L，分别存放于NaOH和乙酸乙酯槽中。

2.开排水阀，将反应釜中残留液排净。

3.打开蠕动泵，同时等流量往釜式反应器加NaOH和乙酸乙酯溶液。

4.等釜出口液体的电导率有较大的变化，同时关闭两个蠕动泵，停止加料液。

5.将搅拌电机的转速调到设定值，等待转速的稳定。

6.打开恒温水浴的离心泵，设定反应釜温度，恒温水浴开始加热，等待温度的稳定。

7.等系统稳定后，先后快速打开两个蠕动泵，设定相同的流量，观察反应釜出口电导率的变化，等待电导率的曲线回直走平，说明水解反应平衡，则可以读取该流量下电导率数据。

8.改变流量，重复步骤7，直到设计的各个流量下的实验完成。

9.查得实验所设定的温度下的L0和L。

10.停止蠕动泵，停止搅拌，设置温度为0并关闭恒温水浴离心泵，将釜内的溶液

排空，关闭电源，结束实验。

五．实验数据及处理

1、原始数据

L0=2.479810，L∞=3.259248，t=40℃

时间/s 1#,2#蠕动泵出口流量

ml/min 电导率

2600 15 2.948023 3100 30 3.030360 3910 45 3.100514 4884 60 3.090814 5650 70

3.249350

C AO =0.02mol/L, 釜体积V=0.905L 根据F

V m =

τ，)(

)(∞

--=

-L L L L C r O t O m

AO

A τ、∞

∞--L L L L O t ln

，得下表：

空时m τ（min ）

)ln(A r -

∞

∞--L L L L O t ln

30.17 -7.83114 -0.91636 15.08 -6.97594 -1.22278 10.06 -6.4505 -1.58734 7.54 -6.17857 -1.5283 6.46

-5.79366

-4.29373

作)

ln(

)ln(∞

∞----L L L L r O t A 图如下

-4.5

-4.0

-3.5

-3.0

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

-8.0

-7.5

-7.0

-6.5

-6.0

-5.5

B

Linear Fit of Data1_B

反应速度常数 k=1.1187 L/(mol*s)

六．思考题

1．根据实验步骤3的要求，说明此步骤的重点在哪里，同时详细说明此步骤的理论依据和原因。 答：同时，等量 OH

H C COO

CH H COOC

CH OH

K

52352

3+→+-

-

氢氧化钠和乙酸乙酯是1:1反应的。要保证在反应期中的氢氧化钠和乙酸乙酯是等量的。

2．描述实验步骤4发生时你所看到的电导率随时间图形的变化过程，并解释原因。

答：电导率突然增大，然后稳定。往釜内进料时，加满时，釜出口排出的是混合液，其电导率大于空气，因此电导率会突然增大，然后稳定。

3．与间歇反应相比较，本实验采用的是连续式搅拌釜测定动力学数据，本方法存在哪些优点和缺点?

答：优点，可进行连续反应，不必像间歇反应那样拆卸装置进行加料，产品质量易稳定。

缺点：流体的流速大小会直接影响反应器中的传热，从而会影响化学反应的结果。

4．做出实验误差分析。

答：人为因素，开启两个液泵时没有同时，使反应器内两物料不相等。温度没有控制好，操作不够熟练等。系统因素，装置某些部件磨损，损坏影响反应等。 5．C AO 与C BO 不相等时，试导出二级反应的速率常数k 的计算公式。 答：设β= C BO / C AO

)

)(ln(

2lnCAo

ln )ln(∞

---

--++=-∞

∞L Lo Lt Lo L L L L K r O t A β。

上式可表达为：

11153

.0ln

00157.0)ln(+--=-∞

∞L L L L r O t A

)ln(

ln )ln(∞

∞--+∙=-L L L L n C

K r O t n AO

A

所以：反应级数是0.00157