Безградиентный реактор

Безградиентный реактор, лабораторный прибор для измерения скоростей химических реакций; проточный реактор, в котором концентрации реагентов и температура одинаковы по всему пространству, благодаря чему скорость реакции определяется наиболее просто. Условия в безградиентном реакторе называют режимом идеального смешения.

Для жидкофазных гомог. р-ций безградиентность проточного реактора осуществляется с помощью мешалки; при гомог. газовых р-циях достаточное перемешивание м. б. достигнуто тангенциальным вводом газовой смеси, вызывающим вращение содержимого реактора.

Кинетика газовых гетерогенно-каталитич. р-ций обычно сложна, поэтому применение к их исследованию безградиентного реактора дает большие преимущества. Для этого М. И. Темкиным и др. в 1950 был предложен проточно-циркуляц. метод. На схеме проточно-циркуляц. системы (см. рис.) 1 и 2 - вход и выход газовой смеси для протока сквозь систему, 3 - циркуляц. насос с электромагн. приводом поршня, 4 - печь и реактор с катализатором. Скорость циркуляции должна значительно (напр., в 50 раз) превышать скорость протока; этим обеспечивается практич. отсутствие градиентов концентраций и т-ры по слою зерен катализатора. Чтобы не было градиентов внутри пористых зерен катализатора, зерна должны быть достаточно малы. С др. стороны, измерения с крупными зернами позволяют определить влияние на процесс макроскопич. факторов, что важно для техн. катализа.

Имеются проточно-циркуляц. установки для высоких давлений. Разработан ряд конструкций безградиентных реакторов для атмосферного и высоких давлений, в к-рых под действием поршня газовая смесь совершает возвратно-поступат. движение сквозь слой катализатора. Применяют также реакторы, в к-рых зерна катализатора помещены во вращающуюся корзинку, и такие, в к-рых зерна катализатора беспорядочно движутся в результате вибрации реактора. Если скорость р-ции в безградиентном реакторе, соответствующая составу находящейся в нем смеси, устанавливается быстро, то при постоянном расходе смеси, после того как через систему прошел объем смеси, в 5-7 раз больший своб. объема системы, р-ция практически становится стационарной. При стационарной р-ции в безградиентном реакторе количество nB в-ва В, образующееся за время t, равно [В]V-[В]°V°, где [В]° и [В] - концентрация в-ва В на входе и на выходе, - Vo и V - объемы смеси, входящей в систему и выходящей из нее за время t. Скорость образования в-ва В , где-объем или пов-сть реакц. пространства в зависимости от того, гомогенна р-ция или гетерогенна. Можно также принять величину равной массе или объему слоя зерен катализатора, тогда rB будет характеризовать активность единицы массы катализатора или единицы объема слоя. Для р-ции, идущей в неск. направлениях, определяют скорости образования ключевых в-в.

Скорость р-ции в безградиентном реакторе отвечает концентрации в-в в смеси, выходящей из системы. Изменяя подачу в-в на входе, можно по значениям скорости р-ции при разл. концентрациях на выходе непосредственно судить о кинетике р-ции и определять кинетич. константы. Отпадает надобность в интегрировании кинетич. ур-ний или дифференцировании опытных данных (в отличие от загрузочных и трубообразных реакторов). Т. наз. дифференциальный реактор, т.е. проточный реактор с малой степенью превращ. исходных в-в, не равноценен безградиентному реактору, поскольку не позволяет исследовать влияние продукта р-ции на ее скорость (иногда употребляют как синоним безградиентного реактора термин "дифференциальный реактор"), Безградиентный реактор, предназначенный для исследования р-ции в нестационарных условиях, должен иметь по возможности малый объем.

Список литературы

Темкин М. И., "Кинетика и катализ", 1962, т. 3, в. 4, с. 509;

Корнейчук Г. П., в кн.: Проблемы теории и практики исследований в области катализа, под ред. В.А. Ройтера, К., 1973, с. 203;

JankowskiH. [u.a.], "Chem. Techn.", 1978, Bd 30, № 10, S. 441; № 11, S. 555.