Về việc tính toán thể tích của bình phản ứng
Thread Content
Axit adipic và đường hexanediol với tỷ lệ mol bằng nhau phản ứng trong lò phản ứng gián đoạn với axit sunfuric làm chất xúc tác. Phản ứng bậc hai: –ra = kCa²kmor·m⁻³·h⁻¹, với k = 0,1182 m³·kmor·h. Nồng độ axit adipic ban đầu là CA₀ = 4 kmor·m⁻³. Nếu mỗi ngày xử lý 2400 kg axit adipic, thời gian xử lý mỗi lần là 1 giờ, hệ số tải của bình phản ứng là 0,75, và tỷ lệ chuyển hóa là 80%, hãy tính thể tích bình phản ứng cần thiết.**Lời giải:** Đối với bình phản ứng gián đoạn bậc hai, thời gian phản ứng trung bình là:
tr = 1 × 0,8 / [(0,1182 × 4) × (1 – 0,8)] = 8,5 giờ.
Thời gian tổng thể là:
tt = 8,5 + 1 = 9,5 giờ.
Lưu lượng axit adipic cần xử lý mỗi giờ là:
FA₀ = 2400 / (24 × 146) = 0,684 kmor/giờ.
Thể tích dòng chất lỏng cần thiết là:
V₀ = FA₀ / CA₀ = 0,684 / 4 = 0,171 m³/giờ.
Thể tích hiệu dụng của bình phản ứng là:
v₀ × tt = 0,171 × 9,5 = 1,63 m³.
Thể tích tổng thể của bình phản ứng là:
1,63 / 0,75 = 2,17 m³.
**Câu hỏi:** FA₀ và CA₀ đều là các giá trị liên quan đến axit adipic. Vậy tại sao lưu lượng thể tích tính được lại không phải là lưu lượng thể tích của chính axit adipic? Hexanediol ở dạng mol cũng chắc hẳn cần một thể tích phản ứng nhất định chứ. Nếu nồng độ ban đầu của hexanediol cũng là 4, thì liệu thể tích phản ứng cần thiết có phải tăng gấp đôi không?
CA0 là nồng độ của thành phần A tại thời điểm bắt đầu phản ứng, lúc mà chất liệu cần phản ứng đã được đưa vào buồng phản ứng. Lúc này, thành phần B chắc chắn cũng đã được đưa vào buồng phản ứng rồi; vậy nên chất liệu phản ứng chính là hỗn hợp của A và B. A:B = 1:1; trong thành phần của vật liệu, giá trị CB0 tự nhiên sẽ bằng với giá trị CA0. Nếu A và B được đưa vào bình phản ứng theo hai dòng riêng biệt, với tỷ lệ dòng chảy là 1:1, thì trước khi vào bình phản ứng, nồng độ của dòng này là CA, còn nồng độ của dòng kia là CB. Khi hai dòng này hòa trộn với nhau, nồng độ của chúng sẽ lần lượt là 1/2CA và 1/2CB. Lúc này, nồng độ của A và B lần lượt tương ứng với CA0 và CB0. Tình huống này cần được nêu rõ trong các điều kiện của bài toán. Biểu thức phản ứng trong bài toán này có chút vấn đề; đúng ra nó phải là -ra=kCaCbkmor·m⁻³·h⁻¹. Nếu viết theo cách trong đề bài gốc, thì đó sẽ là phản ứng bậc hai đối với axit adipic và phản ứng bậc không đối với hexanediol.
Bởi vì để tính thể tích người ta sử dụng nồng độ, chứ không phải lượng chất. Nồng độ đã có thể thể hiện tình trạng của toàn bộ vật liệu rồi.