главная > справочник > химическая энциклопедия:

БЕЗГРАДИЕНТНЫЙ РЕАКТОР

БЕЗГРАДИЕНТНЫЙ РЕАКТОР, лаб. прибор для измерения скоростей хим. р-ций; проточный реактор, в котором концентрации реагентов и температура одинаковы по всему реакц. пространству, благодаря чему скорость реакции определяется наиб. просто. Условия в безградиентный реактор называют режимом идеального смешения.

Для жидкофазных гомог. реакций безградиентность проточного реактора осуществляется с помощью мешалки. при гомог. газовых реакциях достаточное перемешивание м. б. достигнуто тангенциальным вводом газовой смеси, вызывающим вращение содержимого реактора.

Кинетика газовых гетерогенно-каталитич. реакций обычно сложна, поэтому применение к их исследованию безградиентный реактор 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 температуры 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 безградиентный реактор для атмосферного и высоких давлений, в которых под действием поршня газовая смесь совершает возвратно-поступат. движение сквозь слой катализатора. Применяют также реакторы, в которых зерна катализатора помещены во вращающуюся корзинку, и такие, в которых зерна катализатора беспорядочно движутся в результате вибрации реактора. Если скорость реакции в безградиентный реактор, 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, реакция практически становится стационарной. При стационарной реакции в безградиентный реактор количество n_B вещества В, образующееся за время t, равно [В]V-[В]°V°, где [В]° и [В] - концентрация вещества В на входе и на выходе, - V^o и V - объемы смеси, входящей в систему и выходящей из нее за время t. Скорость образования вещества В , где -объем или пов-сть реакц. пространства в зависимости от того, гомогенна реакция или гетерогенна. Можно также принять величину равной массе или объему слоя зерен катализатора, тогда r_B будет характеризовать активность единицы массы катализатора или единицы объема слоя. Для реакции, идущей в неск. направлениях, определяют скорости образования ключевых веществ.

Скорость реакции в безградиентный реактор отвечает концентрации веществ в смеси, выходящей из системы. Изменяя подачу веществ на входе, можно по значениям скорости реакции при разл. концентрациях на выходе непосредственно судить о кинетике реакции 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 веществ, не равноценен безградиентный реактор, поскольку не позволяет исследовать влияние продукта реакции на ее скорость (иногда употребляют как синоним безградиентный реактор термин "дифференциальный реактор"), безградиентный реактор, предназначенный для исследования реакции в нестационарных условиях, должен иметь по возможности малый объем.

Лит.: 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; Jankowski H. [u.a.], "Chem. Techn.", 1978, Bd 30, № 10, S. 441; № 11, S. 555. М.И. Темкин.