ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Типы реакторов для проведения жидкофазного окисления из "Цепные реакции окисления углеводородов в жидкой фазе" Для кинетического изучения процесса окисления необходимо, чтобы реакция протекала в кинететеской области, т. е. чтобы скорость диффузии кислорода в жидкость была гораздо больше скорости поглощения кислорода. Поэтому для быстрого растворения кислорода в жидкости необходимо создать достаточно большую поверхность раздела газ — жидкость и быстрое перемешивание всей массы жидкости. Самый простой и общеизвестный способ хорошего перемешивания жидкости — барботаж кислорода или воздуха через слой окисляющегося углеводорода. Чем меньше размер пузырьков воздуха, проходящих через жидкость, и чем выше слой жидкости, тем лучше условия для насыщения жидкости кислородом. Поэтому реакторы барботажного типа должны иметь цилиндрическую форму с достаточно большим отношением высоты к диаметру (/г й = 5 — 15). [c.26] На рис. 12 показан реактор барботажного типа, применявшийся при изучении окисления декана [1]. Кислород поступает снизу через мелкопористый фильтр. Обратный холодильник, охлаждаемый водой, возвращает в реактор углеводород и конденсирующиеся продукты окисления. Пробы окисленного углеводорода отбираются при помощи впаянной в реакционный сосуд пипетки. Реактор термостатирован. Скорость пропускания кислорода поддерживается постоянной и измеряется реометром. [c.26] На рис. 13 показан другой реактор барботажного типа. Кислород поступает в нижнюю часть реактора но капиллярной трубке. Проба в ходе реакции отбирается через специальное отверстие, закрытое пришлифованной пробкой. [c.26] Проведение непрерывного процесса окисления углеводородов требует специальной конструкции реактора (рис. 14). Такого типа реактор используют, например, при лзучении механизма окисления н.декана в открытой системе [2]. Кислород подают в нижнюю часть реактора. Сверху через дозирующее устройство в реактор вводят исходное вещество с заданной постоянной скоростью. Для поддержания постоянства объема реагирующей жидкости в ходе опыта в дно реактора впаяна трубочка, через которую окисленная смесь уводится из реактора с постоянной скоростью, равной скорости поступления исходного сырья. [c.26] НОМ ходе пластинки происходит перемешивание жидкости, находящейся в реакторе. Магнитный стержень мешалки помещен в кармане. Снаружи на этот карман надевают электромагнитную катушку 14. Холодильник 8 — это трубка диаметром 16 мм, длиной 500 мм с водяным охлаждением. Холодильник 9 служит для конденсации паров легколетучих веществ. Он представляет собой трубку из нержавеющей стали диаметром 5 мм, охлаждаемую твердой углекислотой. Ловушка для газа-инициатора 10 имеет форму цилиндра диаметром 25 мм, длиной 145 мм, присоединяющегося на резьбе к прочно закрепленной головке. Воздух поступает в ловушку через узкую трубку, доходящую примерно до середины ловушки. Воздух выходит через отверстие в головке катушки. [c.29] Вентили высокого давления имеют запорное устройство из тефлоновых уплотнительных колец. Все соединения установки выполнены на тефлоновых прокладках. [c.29] Электрическая печь мощностью 200 вт питается переменным током 220 в через автотрансформатор. Температуру регулируют автоматическим регулирующим потенциометром ЭПВ-01, включенным последовательно в цепь печи. Электрическая схема установки показана на рис. 16. [c.29] Схема другой автоклавной установки (без мешалки) показана на рис. 17. Интенсивное перемешивание жидкости достигается за счет газовой турбины 5, создающей непрерывное циркулирование газа по замкнутому контуру с непрерывным барботажем через жидкость. В такой установке удобно проводить окисление летучих углеводородных газов в замкнутой системе, подавая в установку кислород по мере его израсходования. [c.29] Для изучения влияния поверхности на механизм жидкофазного окисления низкомолекулярных углеводородных газов [4] наряду с металлическими автоклавами применяют установку со стеклянным реактором, работающим под двусторонним давлением и позволяющим проводить процесс при повышенных давлениях (рис. 18). [c.29] По длине наружной поверхности автоклава расположены последовательно два холодильника — рубашка, охлаждаемая водой 7, и стакан для твердой углекислоты 6 с хоропгей теплоизоляцией. Перед началом опыта сжиженный углеводород заливают в охлажденный реактор, последний соединяют со стеклянным холодильником и устанавливают внутри автоклава, который затем герметизируют при помощи резьбы 10 и тефлоновой прокладки. Температуру холодильника поддерживают ниже —20°С при помощи твердой углекислоты. [c.30] Такая конструкция установии обеспечивает полное отсутствие контакта жидких и газовых компонентов реагирующей смеси с металлической поверхностью. [c.30] Рассмотрены другие схемы автоклавных установок [5]. [c.30] При больпюй скорости растворения кислорода его концентрация в окисляющемся веществе близка к насыщению процесс протекает в кинетической области, т. е. не зависит от скорости растворения и диффузии кислорода в жидкой фазе. При о ень быстром окислении диффузия кислорода в жидкость может оказаться лимитирующей стадией процесса окисления. В этом случае реакция будет протекать в диффузионной области. При изучении закономерностей реакции окисления следует убедиться в том, что реакция протекает в кинетической области. [c.30] Это выражение позволяет найти [О2] как функцию от Р, со, 8, констант скоростей элементарных реакций окисления к , к , и И ,-. Рассмотрим следующие случаи. [c.31] Возможны два крайних случая. [c.31] Для кинетического режима окисления характерны следующие признаки прямая пропорциональная зависимость между W и YWi, отсутствие зависимости между W и скоростью перемешивания или условиями барботажа, энергия активации окисления Ew i -E i- Для диффузионного режима окисления (как следует из формулы П.З) характерны зависимость между W и скоростью перемешивания, отсутствие зависимости между W и Wi, низкая энергия активации для W Е у Ei). Зависимость W от ро может существовать как при диффузионном, так и при кинетическом режимах окисления. Однако в случае кинетического режима переход от W—ро к W, не зависящей от poj (с ростом роХ будет происходить при одном и том же ро , не зависящем от Wi (см. II.1). При диффузионном режиме окисления чем больше Wi, тем больше ро , при котором происходит переход от W—ро к W, не зависящему от po (П.З). Наиболее простой способ проверки режима окисления — проведение опытов с разной скоростью продувания воздуха через реактор или с разной скоростью перемешивания. Если W не зависит от условий диффузии, то реакция протекает в кинетической области. При этом следует иметь в виду, что с изменением скорости окисления (при повышении температуры или увеличении глубины окисления) реакция может перейти из кинетической в диффузионную область. Поэтому опыты для проверки режима окисления необходимо проводить в условиях, соответствующи максимальной скорости окисления. [c.32] Один из наиболее простых методов изучения кинетики окисления углеводородов — измерение количества поглощенного кислорода. Газометрические методы позволяют измерять скорость окисления с большой степенью точности при малых глубинах превращения, когда влиянием продуктов окисления на кинетику реакции можно пренебречь. [c.32] Общий принцип действия этих установок заключается в измерении скорости поглощения кислорода при постоянном давлении. [c.32] Во время реакции кислород из бюретки поступает в сосуд при этом давление в системе падает и контакт 9 размыкается, включая электролитическую ячейку. Выделяющийся из электролитической ячейки газ повышает давление в термостатируемом объеме 7 и поднимает уровень ртути в бюретке. В результате давление в системе выравнивается и контакт 9 замыкается. Скорость продвижения мениска ртути в бюретке пропорциональна скорости реакции. Эту скорость можно отсчитывать визуально по делениям бюретки или автоматически регистрировать мостом сопротивлений типа МС-1. Для автоматической регистрации скорости реакции внутри бюретки по оси последней натянута тонкая платиновая проволока диаметром около 0,1 мм. Сопротивление платиновой проволоки намного больше сопротивления столба ртути в бюретке. [c.33] Вернуться к основной статье