ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Кинетическое исследование химических процессов из "Кинетика гетерогенных реакций" Опишем только приборы, предназначенные для кинетического исследования химического процесса, т. е. для прямого или косвенного измерения степени превращения в зависимости от времени. Заметим, однако, что аналогичные принципы действуют во всех остальных случаях и что все высказанные замечания существенны и для всех остальных приборов данного типа независимо от характера проводимых на них измерений. [c.86] Ограничимся характеристикой различных типов аппаратуры и рассмотрим ее возможности с самых общих точек зрения. [c.86] Конструкция аппаратуры определяется в основном принципами работы реакционной камеры, так как именно в ней одновременно происходят и химическая реакция и физические процессы диффузии вещества и тепла. Мен ду тем остальные части аппаратуры и измерительные приборы также заслуживают особого внимания, поскольку, с одной стороны, они могут влиять на исследуемую систему, а с другой — качество получаемой информации зависит от точности приборов, измеряющих параметры происходящего процесса. [c.86] Рассмотрим сначала различные типы реакционных камер, а затем принципы построения аппаратуры в целом. [c.86] Реакторы, в которых происходят гетерогенные или гомогенные химические превращения, можно исходя из общих соображений разбить на две различные группы. Если все вещества, участвующие в реакции, постоянно находятся в реакционной камере в ходе всего процесса, то речь идет о реакторе закрытого типа. В противном случае говорят о реакторе открытого типа. Интересно, но-видимому, охарактеризовать реактор относительно каждого из присутствующих в нем химических реагентов. Один и тот же реактор может быть закрытым по отношению к одним веществам и открытым по отношению к другим, если последние входят, выходят или одновременно входят и выходят из реактора в ходе процесса. [c.86] Эта классификация применяется, в частности, к установкам, предназначенным для проведения реакций между веществами, находящимися в разных фазах. Существенное значение имеет система, в которой одна или несколько фаз проходят через реактор непрерывным потоком. [c.86] Если через реактор проходит несколько потоков, то необходимо учитывать их направление. Если ограничиться, например, двумя потоками, один из которых состоит из твердых частиц, а другой — из жидких или газообразных, то в зависимости от их взаимных направлений можно рассмотреть три различных случая потоки параллельны одному и тому же направлению реактор с параллельными потоками), антипараллельны одному и тому же направлению (реактор со встречными потоками), а также скрещенные потоки, как, например, в приведенном выше примере обжига пиритов, где газ проходит в направлении, перпендикулярном решетке, движущейся в горизонтальном направлении (реактор со скрещенными потоками). [c.87] Здесь рассматриваются не все типы реакторов, которые можно представить себе, комбинируя различные способы движения каждого из реагентов, а демонстрируются только многочисленные классы реакторов, используемых обычно в лабораториях, за исключением реакторов (даже если они широко прилюняются в промышленности), с помощью которых в принципе нельзя получать серьезных кинетических результатов. Ограничимся случаем реактора, закрытого по отношению к твердым веществам в установках с большими размерами практически всегда сохраняется возможность осуществить поток твердого реагента. [c.87] Работающие в таких условиях реакторы можно классифицировать только по типу движения жидкого или газообразного реагента. Однако вытекающие из такой классификации различия между реакторами невелики. Эти различия скорее связаны с более сложной проблемой — с проблемой контакта между твердыми и жидкими или газообразными реагентами. Таким образом, предпочтительнее классифицировать реакторы по типу контакта между фазами. [c.87] Форма твердого образца (порошок, таблетка, пластинка, монокристалл и т. д.) в значительной степени обусловливает эффективность контакта с жидкой или газообразной фазой и, следовательно, устройство реактора. Поэтому каждая реакционная камера должна быть приспособлена к определенному типу образца. Наиболее сложные проблемы в создании камер встают при исследовании порошкообразных образцов. Именно этому вопросу и уделяется основное внимание, а не различиям, возникающим при конструировании камер при переходе к более плотным образцам. [c.87] Сначала рассмотрим реакторы, в которых слой твердого реагента постоянно находится в реакционной камере и остается неподвижным в течение всего процесса. Такой реактор называют реактором с неподвижным слоем. [c.87] В других реакторах с неподвижным слоем твердый реагент расположен плотным слоем на дне реакционной камеры. Жидкий или газообразный реагент однородного или неоднородного состава может вводиться в реакционную камеру однократно или в потоке. Он занимает свободное пространство над твердым реагентом (рис. 4.1, б и в). Очевидно, в этом случае реакция происходит только благодаря диффузии жидкого или газообразного реагента через порошкообразную массу к реакционной поверхности раздела. Вообпце говоря, если диффузия медленная, то наблюдается градиент не только для концентраций компонент жидкой или газообразной фазы, но и для степени химического воздействия на твердое веш ество. Кроме того, если жидкая или газообразная фаза подводится в потоке, то возникает второй градиент в горизонтальном направлении (рис. 4.1, в). [c.88] Все сказанное здесь подтверждает предположение о том, что суш,ествова-ние градиентов приводит к крайне запутанной кинетической информации. Более того, легко представить себе, что наложение процессов передачи тепла еш е сильнее усложнит проблему. Однако здесь речь идет только об общих соображениях, которые необходимо в дальнейшем уточнить. Чтобы получить более точное представление о масштабе возможных трудностей, которые встретятся при точном анализе явлений, полезно кратко изложить теорию вопроса или, иначе говоря, попытаться в большей или в меньшей степени показать те направления, по которым эта теория должна развиваться. Этому вопросу посвяш,ен следующий раздел. [c.88] В качестве наиболее простой системы рассмотрим такой реактор, в котором неподвижная жидкая или газообразная фаза находится над слоем твердого вещества в этом случае говорят о непроточной системе (рис. 4.1, б). [c.88] Предположим, однако, что диффузия в этом неподвижном жидком или газообразном слое настолько велика, что состав всей фазы над слоем твердого реагента может считаться однородным. [c.89] Рассмотрим сначала такие реакции, которые идут без изменения числа молей. Допустим, что другие жидкие или газообразные вещества (растворитель или инертный газ) отсутствуют. [c.89] Необходимо помнить, что это уравнение не может отражать полностью всех возможных факторов, влияющих на величину Sis. [c.89] В этом выражении А,- — истинная константа скорости на поверхности раздела, / Ср, Ср) — некоторая функция концентрации реагента и, возможно, концентрации продукта в жидкой или газообразной фазе. [c.89] Чтобы не вносить излишнюю путаницу в обозначения, в дальнейшем будем использовать только символ Ор1. [c.90] Вернуться к основной статье