ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Безградиентные реакторы и установки для газофазных реакций из "Гетерогенный катализ физико-химические основы" Под интегральными методами понимаются такие, в которых измеряемыми величинами являются интегралы мгновенных скоростей реакций по времени. В статических реакторах это время измеряется непосредственно астрономическим временем, в проточных—в виде времени пребывания в зависимости от координаты реактора. [c.188] Статические реакторы и установки. Под статическим реактором (установкой) понимается замкнутая система с газообразными реагентами и катализатором. Поскольку в рассматриваемом случае катализатор твердый, необходимо осуществлять циркуляцию газа для исключения внешнедиффузионного торможения. Основное преимущество статических систем — отсутствие дозирующих устройств, которые, как показали обследования, являются одним из основных источников ошибок. Замкнутость системы обеспечивает высокую точность в определении количеств вводимых и выводимых веществ и, в случаях необходимости, сведения материального ба-чанса по разности. В статических системах за один опыт снимается полная кинетическая кривая процесса, что значительно ускоряет исследование. [c.188] Циркуляция газа в реакторе может осуществляться как мешалкой, так и внешним путем при помощи насоса. Целесообразнее использовать последний вариант, так как при этом можно применять катализатор весьма мелкого зернения, устраняющий внутридиф-фузиоиное торможение, определять границы внешнедиффузионного торможения вариацией и замером потока циркулирующего газа, удалять продукты реакции из циркуляционного контура. [c.188] НОСТЬ эксперимента. Необходимые для расчетов данные по временам превращения берутся из предварительных опытов. Общий объем проб, изымаемых из системы, не должен влиять на результаты экспериментов в пределах принятой точности. Поскольку в статических установках реакции проводятся в изо-хорических условиях, это должно учитываться при обработке результатов. [c.189] На рис. IX. 1 дана схема статической циркуляционной установки для исследования кинетики газофазных реакций до давления 10 МПа. Устройство установки ясно из рисунка. При необходимости во внешний контур циркуляции могут быть включены ловушки продуктов реакции. [c.189] Проточные интегральные реакторы для газофазных реакций представляют собою трубчатые аппараты. Для правильной интерпретации результатов применяемая аппаратура доллсна обеспечивать отсутствие обратного смешения и концентрационных и температурных градиентов по сечению реактора. Кроме того, реактор должен работать в изотермическом режиме по всей своей длине или должен быть обеспечен достаточно представительный замер температур по его длине. Соблюсти все эти требования не просто. [c.189] Исследования, проведенные методом трассера показывают, что продольным перемешиванием в зернистом слое можно принебречь при значениях критерия Ре 100. Однако для кинетической аппаратуры, работающей с разными веществами и в широких пределах режимов такая оценка большей частью затруднительна. Исходя из того, что в зерненном слое обратное смешение не распространяется более чем на 4—5 рядов зерен, и учитывая, что на практике соотношение размер зерна/диаметр реактора = 5 Ч-8, можно принять, что длина кинетического проточного реактора должна составлять не менее 15—20 его диаметров, поскольку при числе зон смешения более 10 аппарат следует рассматривать работающим в режиме идеального вытеснения. [c.189] Исключить температурный и, следовательно, концентрационный градиент по сечению реактора затруднительно. Однако практика показывает, что даже при сильно экзотермических реакциях в трубках диаметром порядка 10 мм им можно принебречь. В таких же трубках при умеренном тепловом эффекте реакции и хорошем внешнем теплоотводе удается сохранить изотермичность по длине реактора, но без контроля температур это гарантировать нельзя. [c.189] Безградиентиые реакторы и установки, предложенные впервые Темкиным и Киперманом, работают по принципу дифференциального метода, т. е. результатом измерений являются либо скорости превращения, либо скорости накопления веществ. Это достигается проведением реакции в условиях постоянной и одинаковой концентрации реагентов за счет работы реактора или реакционной системы в режиме идеального смешения. Описано много конструктивных вариантов безградиентных кинетических реакторов и реакционных установок. В первую очередь их можно поделить на реакторы с внутренним и внешним перемешиванием. [c.190] Трубчатый стеклянный реактор, в котором перемешивание газа и поддержание изотермического режима осуш,ествляется возвратнопоступательной мешалкой (в виде поршня). [c.191] В более совершенном реакторе, представленном на рис. IX.3, внутри стеклянного трубчатого кожуха осуш,ествляется направленная циркуляция путем соответствующей установки клапанов. Преимуществом реакторов Корнейчука является их относительная простота и компактность к недостаткам прежде всего следует отнести отсутствие контроля за скоростью циркулирующего газа, которая к тому же недостаточно интенсивна. Без замера скорости циркулирующего газа нельзя установить границы внешнедиффузионной области, хотя приближенно их можно оценить по частоте качания поршня. Как показал опыт, в реакторах Корнейчука при проведении сильно экзотермических реакций, например окисления бензола в малеиновой ангидрид, из-за недостаточно интенсивной циркуляции газа не удается избежать перегрева катализатора. Наконец, в реакторах Корнейчука, как и в других реакторах с внутренним перемешиванием, отсутствует возможность улавливания продуктов реакции, что затрудняет расшифровку механизма реакции. [c.191] Одно %ремя приобрели популярность кинетические реакторы, в которых гранулированный катализатор находится во вращающейся проволочной корзинке, одновременно вызывающей перемешивание газа. Однако проведенные газодинамические расчеты показали, что даже выполнение корзинки в виде крестообразно расположенных рам с катализатором в один ряд не дает гарантий от появления внешнедиффузионного торможения. [c.191] Более надежными являются реакторы с мешалками, вращающимися от внешнего магнитного поля, и неподвижным катализатором. На рис. IX. 4 изображен стеклянный реактор с мешалкой, приводимой в движение внешним вращающимся магнитом. Катализатор расположен на перфорированном столике и обдувается за счет лопастей мешалки. Преимуществом конструкции является возможность достижения эффективной циркуляции и работы с мелкодисперсным катализатором, а также полное отсутствие шли-фовых соединений. Реактор конструкции Гаранина для работы под давлением изображен на рис. IX. 5. Мешалка проводится в движение вращающимся магнитным полем в неподвижной обмотке статора. Газ прокачивается через катализатор, расположенный на сетке в направляющем кожухе турбинной мешалки. Реактор может работать и как статический аппарат. Преимуществом его является надежная герметизация и интенсивная циркуляция. Недостатки обеих конструкций аналогичны уже упомянутым для реакторов Корнейчука. [c.192] Схема кинетической установки системы Темкина — Кипермана с безградиентным реактором при внешней циркуляции дана на рис. IX. 6. Установки для работы под атмосферным давлением, естественно, выполняются в стекле, обычно с плунл ерным насосом с внешним магнитным приводом. Для исследования сильноэкзотермических реакций, требующих больших скоростей циркуляции, лучше применять более мощные устройства в виде центробежных газодувок. В таком случае отпадает необходимость в клапанах, которые часто засмоляются. Установки для работы под давлением не отличаются по схеме от стеклянных. Конструктивно они могут выполняться так же, как описанная выше статическая установка, но с добавлением дозирующего насоса высокого давления и устройства непрерывного вывода продуктов реакции через дроссель. Для более эффективной циркуляции можно использовать газодувки с вращающимся внешним магнитным полем, как в конструкции Гаранина, но в виде отдельного блока. [c.192] Как указывалось выше, существенным преимуществом установок с внешней циркуляцией является возможность вывода продуктов реакции из цикла и, таким образом, прямого экспериментального выяснения вопроса об их тормозящей роли. [c.192] Где = /(уД7 ) 9 —теплота реакции ДГ — допустимый градиент eмпepaтyp между катализатором и потоком Со — начальная мольная концентрация реагента у — теплоемкость газовой смеси. [c.193] На рис. IX. 7 приведена номограмма для определения по уравнению (IX. 2). [c.193] Кратность циркуляции выбирается по наибольшей из трех раб считанных величин. [c.193] Предложены конструкции кинетических реакторов, в которых перемешивание осуществляется эжектированием циркулирующего газа за счет энергии струи питающего газа. На рис. IX. 8 приведена весьма простая конструкция такого типа. Расчет такого рода реакторов следует проводить по общим формулам для газовых инжекторов с учетом ограничений по формулам (IX. 1) — (IX.3). [c.193] Вернуться к основной статье