ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Реакторы для жидкофазных и газожидкофазных реакций из "Гетерогенный катализ физико-химические основы" Исследования кинетики процессов, реализуемых в кипящем (псевдоожиженном) слое, целесообразно проводить в реакторах с виброкипящим слоем. Во-первых, это снимает ограничения в отношении нижнего предела размеров зерен катализатора, которые все же имеются в любых циркуляционных и перемешиваемых дифференциальных реакторах. Кроме того, что существенно, в реакторе с виброкипящим слоем, также как и в промышленных реакторах, частицы катализатора находятся в нестационарном состоянии. Наконец, при сохранении указанной идентичности в виброкипящем слое отсутствуют явления неоднородности — пузыри , приводящие к искажению феноменологической химической кинетики. Также существенно, что кипение слоя гарантирует его изотермичность практически для любых реакций. [c.195] При пренебрежении нестационар-ностью частиц катализатора реактор с виброкипящим слоем может применяться для исследования кинетики гетерогенно-каталитических реакций как проточный безградиентный, поскольку перемешивание в нем осуществляется кипением слоя. [c.196] В этом уравнении учитывается гидродинамическая сила подъема частиц, которая, однако, не должна равняться критической силе псевдоожижения потоком. [c.196] Жидкостные однофазные реакции. Принципиально для однофазных жидкостных реакций применимы почти все методы исследования, используемые при изучении кинетики газофазных реакций. Однако из соображений практического удобства предпочтение здесь отдается статическому методу. [c.197] Прежде чем рассматривать конкретные экспериментальные методики проведения кинетических исследований, следует вернуться к особенностям жидкофазных процессов, учет которых необходим при исследованиях кинетики этих реакций. Сюда относятся очень низкие коэффициенты внутренней диффузии в порах катализатора для жидких сред и высокая теплоемкость жидкостей и соответственно высокий коэффициент теплопередачи от зерна катализатора в реакционную среду. Первая особенность заставляет работать с катализатором достаточно мелкого зернения и строго контролировать влияние размера зерна на кинетику реакции, чтобы избавиться от внутридиффузнонного торможения. Вторая особенность облегчает использование проточных трубчатых интегральных реакторов, поскольку исключается опасность возникновения тепловых градиентов по сечению реактора. Однако при этом должна быть проверена интенсивность обратного смешения из-за тепловой конвекции. Наконец, в практическом плане при разработке аппаратуры приходится учитывать тот факт, что многие каталитические реакции проводятся при температурах выше точки кипения жидкости и, следовательно, при повышенном давлении. [c.197] Весьма удобной методикой статических исследований является ампульная. В этом случае в общий термостат помещается ряд идентичных ампул-микроавтоклавов, в которых проводится реакция и которые вынимаются и анализируются через нужные интервалы времени. Следует только убедиться, что время нагрева ампулы до температуры реакции пренебрежимо мало, и быстро охлаждать ампулу, вынутую из термостата. На рис. IX. 12 представлена удобная конструкция ампулы до давления 30 МПа с наружным приводом возвратно-поступательной мешалки, работающим от импульсного реле. Ампула пригодна для работы с суспендированным и гранулированным катализатором. В последнем случае сердечник мешалки делается полым и в нем помещается катализатор. Для уменьшения мертвого объема ампула не имеет запорного вентиля, а запирается и открывается на специальном станке. Конструкция ампулы пригодна как для проведения чисто жидкостных, так и газожидкостных реакций. [c.198] Жидкостные многофазные реакции. Проведение кинетического эксперимента для многофазных жидкостных систем не отличается от такового для однофазных. Однако подготовка и обработка эксперимента существенно различны. Сложность интерпретации экспериментальных данных при исследовании кинетики жидкостных многофазных реакций заключается в том, что фазовые состояния системы в условиях реакции отличаются от таковых в условиях анализа. Причиной этого обычно является разность температурных условий, а при работе с интегральными системами и разный состав реакционной смеси в промежуточных интервалах времен (длин реактора) между точками отбора анализа. В связи с этим для вывода правильных зависимостей скорость реакции — концентрации необходимо снять фазовую диаграмму, охватывающую все области исследуемых температур и концентраций в кинетических опытах. Естественно, что это является достаточно сложным и трудоемким делом и приходится ограничиваться минимальным числом экспериментальных точек и пользоваться для расчетов данными экстраполяции и интерполяции значений на фазовых диаграммах, чтобы получить данные о концентрациях реагентов и продуктов реакции в реакционной фазе. Описание экспериментальных методов построения фазовых диаграмм для многофазных жидких систем можно найти в монографии [77]. [c.199] Газожидкостные реакции. В принципе подходы к исследованию систем газ — жидкость и многофазных жидкостных систем не отличаются один от другого. Если имеется фазовая диаграмма состояний и обеспечено энергичное перемешивание, то с известным приближением кинетические исследования можно проводить в описанной выше аппаратуре, что обычно и делается. Однако даже учет фазового состояния не дает возможности избежать ошибок в кинетических исследованиях. Причина этого состоит в том, что реакционной средой в любой газожидкостной реакции является жидкость, т. е. на поверхности катализатора реакция происходит между жидкостью и расстворенным в ней газом. Из-за поверхностного натяжения жидкость заполняет поры пористых катализаторов или покрывает поверхность монолитных, поэтому, когда частица катализатора попадает в газовый пузырь, доступ реагентов к ней прекращается. Следовательно, в зависимости от гидродинамической обстановки в системе газ — жидкость может измениться среднее фактическое время взаимодействия катализатора с реагентами. Поэтому для выяснения истинной кинетической картины реакций, протекающих в системах газ — жидкость, эксперимент надо вести с раствором газообразного реагента в жидкости, замеряя концентрацию реагирующего газа в растворе. [c.199] К пробоотборнику реактора присоединяется прибор для измерения растворимости газа в жидкости. Двухкорпусной реактор позволяет непосредственно определять концентрацию газового компонента в равновесных и неравновесных условиях, а также полу-ч ать данные для фазовой диаграммы состояний. Указанные особенности реактора исключают ошибки в определении кинетических констант за счет неправильной оценки растворимости газа и гидродинамических факторов. Влияние последних должно выявляться специальными экспериментами. Из изложенного следует, что простые трубчатые проточные реакторы для изучения кинетики газожидкостных реакций непригодны. [c.200] Вернуться к основной статье