ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Задали к разделу из "АБВ химической кинетики" В приведенных кинетических уравнениях фигурирует как переменная время от начала реакции. Это удобно при изучении реакции в условиях замкнутого объема, куда в момент времени г = О вводится дозируемое количество реагентов. [c.53] Иной режим протекания химических превращений — в условиях открытой системы, когда происходит непрерывный материальный обмен с окружающей средой. (Такой обмен — подвод и отвод реагентов через границы системы — на клеточном уровне характерен для всех живых организмов. Разность концентраций вне и внутри клетки — движущая сила потока реагентов и продуктов.) В механически создаваемом потоке веществ протекают все непрерывные процессы химической промыщленности. К условиям проведения реакций в потоке часто обращаются и в исследовательской практике при изучении быстрых реакций. [c.53] Реакции в открытых системах описывают, включая в дифференциальные уравнения дополнительные члены скорость введения реагентов в реактор, скорость удаления продукта и непрореагировавших реагентов из реактора. [c.53] Обычно условия в реакторе резко отличаются от условий в подводящих и отводящих магистралях и превращение веществ происходит лишь во время нахождения их в реакторе. Реактор может быть зоной облучения, может быть заполнен гранулами катализатора или иметь более высокую температуру, чем температура поступающих реагентов. [c.53] Ламинарный режим можно рассматривать как совокупность независимых друг от друга (замкнутых) перемещающихся мини-реакторов. В установившемся режиме подачи реагентов и отвода смеси продуктов из реактора, характерной будет неизменность концентраций реагентов и продуктов в каждом сечении реактора. Кинетическое описание процессов в подобном реакторе идеального вытеснения практически не отличается от такового для замкнутых систем. Измеряя концентрационную характеристику в выбранном сечении реактора, ее относят к времени г, выраженному как г/и, где г — расстояние от начала реактора, и линейная скорость движения фронта потока вдоль реактора. [c.54] Чем дальше от места ввода реагентов расположено то или иное сечение, тем меньше будет концентрация реагентов и больше — продуктов. Глубину протекания реакции в различных точках вдоль трубки находят путем измерения тех или иных физических свойств раствора — оптической плотности, электропроводности возможна регистрация спектров ЯМР, а для реакций с участием свободных радикалов — измерение интенсивности сигнала ЭПР. Последовательно измеряя концентрацию реагентов или продуктов в различных точках реактора, получают полную кинетическую кривую. В современных установках непрерывного потока используется аппаратура для регистрации концентраций с небольшой постоянной времени. Перемещая с постоянной скоростью детектор вдоль трубки (сканируя реакционную зону) или реакционную трубку через детектор, за несколько секунд получают полную кинетическую кривую. [c.54] При турбулентном режиме в результате интенсивногс перемешивания реакционный объем концентрационно однороден. В установившемся режиме концентрации веществ — реагентов и продуктов реакции — одни и те же в каждое элементе объема реактора и не изменяются во времени. [c.54] Постоянство концентраций реагентов определяется равенством скорости их введения в реактор идеального смешения, сумме скорости их перехода в продукты и скорости отвода непрореагировавших реагентов из реактора. [c.55] Пусть в реактор идеального смешения поступает одно вешество А с объемной скоростью IV i u с ), преврашаю-шееся с константой скорости к в продукт Р. Постоянство стационарной концентрации, [А] , в реакторе объема V означает постоянство числа молей вещества А в реакторе, т.е. [c.55] Для реакции А Р, идущей без изменения числа газовых молей, или для реакций в растворе, стационарный режим работы проточной системы определяет равенство И/, = Ж3, т.е. [c.56] Аналогично кинетическим уравнениям для реакций в реакторе идеального вытеснения уравнения (А-19) и (А-20) не включают фактор Г в явном виде. Увеличение Кдо технически разумных пределов будет увеличивать у, а увеличение уменьшать. [c.56] Практическая задача нахождения оптимального режима включает еще и экономические показатели энергозатраты на поддержание постоянства температуры в зависимости от У и у, стоимость операции разделения А и Р в зависимости от их соотношения в отходящей из реактора смеси и др. Необходимая для расчетов величина к определяется по наклону прямой /у =/( ). Для определения у пригодны любые методы, включая химический анализ конечной смеси с его большой характерной постоянной времени. [c.56] В исследовательской практике метод открытой проточной системы обычно используют для определения константы скорости взаимодействия веществ А и В, если реакция происходит довольно быстро, а экспериментатор не располагает методом контроля концентрации веществ с постоянной времени, меньшей, чем характеристическое время реакции. [c.56] В реактор по раздельным магистралям 1, 2 (см. рис. А-2) поступают вещества А и В, нагретые или охлажденные до температуры реактора. Через несколько десятков миллисекунд происходит полное смешение реагентов, затем в реакторе устанавливаются стационарные концентрации [А] . [c.56] Стационарность процесса определяется равенством /с[А],ЛВ],, = Щ ] , т.е. [c.57] Измерение [Р] в реакторе при заданных значениях Ж,, й 2, Жз, [А]о, [В]о может быть проведено обычными методами с большой постоянной времени. В этом достоинство приведенного метода. Есть и недостаток для определения порядка реакции необходима серия экспериментов при различных условиях, что связано с повышенным расходом реагентов. От этого свободны методы описанного выше непрерывного и остановленного потоков, позволяющие в ходе одного эксперимента определить и порядок, и константу скорости реакции. [c.57] В методе остановленной струи (рис. А-3) применяют быструю регистрацию меняющейся концентрации веществ. Два раствора реагирующих веществ в соответствующим образом сконструированной смесительной камере можно смешать за 10 с. Это так называемое мертвое время определяет возможность изучения реакций с характеристическим временем, не меньшим нескольких миллисекунд. [c.57] Поток растворов А и В, заполняющих шприцы (2) при перемещении поршней (7), пройдя смесительную камеру (5), движется по трубке, толкая легкий пластмассовый поршень (5) до встречи его с ограничителем движения (б). [c.57] Поток резко останавливается, и в точке наблюдения (4) следят за концентрацией вещества с выгодными аналитическими свойствами. [c.58] В каждом сечении до остановки потока была своя стационарная концентрация веществ А, В, Р. Остановка превращает поточную систему со стационарными по сечению концентрациями в замкнутую систему без перемещивания, с различными значениями концентраций в поперечных элементах объема. Остановка потока не прерывает протекания реакции в каждом элементе объема. [c.58] Вернуться к основной статье