Реактор для исследования кинетики реакции Советский патент 1990 года по МПК B01J19/24 

Изобретение относится к конструк- ции приборов .(реактора) для исследования кинетики реакции и может быть использовано в химической и других областях промьшшенности.

Целью изобретения является расширение области применения.

На.фиг.1 показан реактор, разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - зависимость температуры реактора от его длины при. различных температурах печи.

.Реактор для исследования кинетики реакции содержит станину 1, на которой неподвижно закреплен трубчатый и-образный корпус 2 реактора, соединенный с линией 3 подачи реагентов и линией 4, ведущей к прибору-анализатору. Трубчатая печь 5 свободно перемещается вдаль реактора на колесах 6.

,Ее температура регулируется, стабилизируется с помощью блока 7, датчиком служит термопара 8, спай которой касается корпуса реактора. Холодильник 9 выполнен из мягкого магнитного материала в виде двух охлал;даемых проточной водой блоков, расположенных по разные стороны корпуса реактора соединенных с полюсами постоянного магнита 10. Пространство между холодильником и корпусом заполнено мелкодис- персным магнитным материалом II. Укрепленная неподвижно отсчетная шкала 12 и прикрепленная к печи стрелка 13 служат для определения дпилы части реактора L, находящейся при температуре опыта.

Реактор работает следующим образом.

65

4 4

а со

Трубчатая печь сдвигается вправо до положения, соответствующего L О (т.е. корпус реактора находится при комнатной температуре), устанавлиг вается требуемая температура печи Т, по линии 3 подается поток реагентов, и по линии 4 он направляется в анализатор, например в масс-спектромер. Регистрируется аналитический сигнал (например, масс-спектр), по которому определяется состав подаваемой в ре-. актор смеси. Печь, надвигается на реактор на. расстояние L, при этом эффективная длина реактора, т.е. длина нагретой части трубчатого корпуса 2, равна 2L,, Повторно олфеделяется

состав выходящих из реактора газов и рассчитываются концентрации исходных

.п тт-гтт -т - тэ п С Я К ТТНТ Т

дильника изготовленные из .-железа, крепились через асбестовую прокладку к открытому торцу печи и уста наыхива- лись таким образом, чтобы зазор 6 меж- ними и корпусом реактора составлял

2-3 мм. Ширина охлаждающей збны 1 составляла 20 мм. Через каналы холодильника пропускалась вода со скорос- to тью 0,5 л/мин температурой 16-18 С. Торцы постоянного магнита (материал АН-1, масс и 1 кг) плотно прикрепля- лись между корпусами холодильника

(фиг.2). Напряженность магнитного по- t5 ля в области, куда вводился корпус, реактора, составляла при этом -Х-Ш Э. Зазор между корпусом реактора и холо- - дильникомзаполнялся железными опилками средним диаметром О ,2 мм, которые под

....т..«,-ч 1-г/-1 гтгтг оогттзЯТТМ М

рассчитываются концентрации исходных j „ „ „ агжтного поля создавали на- веществ и конечных продуктов реакции. 20 J тепловой контакт между корпусом.

После этого опера11,ия повторяется при

другом L.

Расчет кинетических данных (.на-- пример для реакции первого порядка) производят следующим образом. Константу скорости реакции К определяют по формуле.

V , Со

К -отТ -гТ 2L; j;

гед V - линейная скорость движения газа в реакторе;

30

35

j CIw d- J jj.-..- - -f -

2Ц - длина нагретой части реакто. Р С - концентрация исходного ре агента на входе в реактор; С - его же концентрация на выхо- де из реактора (при длине нагретой зоны 2L ).

Постоянство .величины К при различ-. Ю ных Li подтверждает соответствие реак- .ции первому порядку, необходимое ко- личество экспериментов по ее определению рассчитывают исходя из величин случайной ошибки определения К и тре буемой точности. .

Энергию активации изучаемой реакции Ё определяют путем проведения измерений К при нескольких температурах печи Т по -тангенсу угла наклона зави- 50 симости In 1/Т,

Реактор испытан при исследовании термоспада диэтилтеллура в атмосфере водорода. Корпус реактора представляет собой и-образную кварцевую ,трубку 55 внутренним диаметром 4 мм и внешним 6 L рабочая часть (входящая в тер- -мостат) длиной 70 см. Корпуса холодежный тепловой контакт между корпусом реактора и холодильником. Величина температурного градиента, измеренная путем перемещения термопары А в канале реактора при постоянной температуре реактора, измеряемой термопарой В (кри-вая а, фиг.З), не менялась после многократного (более 100 раз) перемещения печи относительно корпуса реактора. Для сравнения зазор между холодильником и корпусом реактора был плотно заполнен медной проволокой, при этом зависимость температуры реактора .от его длины татоке описывалась кривой а. Однако после 20 перемещений печи вдоль реактора на полную его длину тепловой контакт между корпусом и холодильником ослаблялся, что приводило к уменьшению температурного гра диента (кривая .6, фиг.З). Для провер ки точности измерения эффективной длины реактора была изучена зависи-. мость температуры от длины реактора при различных температурах печи путе введеш-1я термопары А в канал реактор на различную глубину (Фиг . 3) . Эксперименты подтверждают высокую величин температурного градиента на входе в реактор (кривая а), измейение которо от комнатной до температуры печи про исходит на участке реактора длиной от 0,5 см (Т печи 150 С) до 1,5 см (Т печи 450°С).

В табл. I приведены значения отно сительной ошибки измерения эффективной длины реактора при различных положениях . Очищенный от кислорода и влаги во

дород барботирует через ловушу с жид

4463

дильника изготовленные из .-железа, крепились через асбестовую прокладку к открытому торцу печи и уста наыхива- лись таким образом, чтобы зазор 6 меж- ними и корпусом реактора составлял

2-3 мм. Ширина охлаждающей збны 1 составляла 20 мм. Через каналы холодильника пропускалась вода со скорос- to тью 0,5 л/мин температурой 16-18 С. Торцы постоянного магнита (материал АН-1, масс и 1 кг) плотно прикрепля- лись между корпусами холодильника

(фиг.2). Напряженность магнитного по- t5 ля в области, куда вводился корпус, реактора, составляла при этом -Х-Ш Э. Зазор между корпусом реактора и холо- - дильникомзаполнялся железными опилками средним диаметром О ,2 мм, которые под

....т..«,-ч 1-г/-1 гтгтг оогттзЯТТМ М

j „ „ „ агжтного поля создавали на- 20 J тепловой контакт между корпусом.

j „ „ „ агжтного поля создавали на- J тепловой контакт между корпусом.

0

35

Ю

50

55дежный тепловой контакт между корпусом реактора и холодильником. Величина температурного градиента, измеренная путем перемещения термопары А в канале реактора при постоянной температуре реактора, измеряемой термопарой В (кри-вая а, фиг.З), не менялась после многократного (более 100 раз) перемещения печи относительно корпуса реактора. Для сравнения зазор между холодильником и корпусом реактора был плотно заполнен медной проволокой, при этом зависимость температуры реактора .от его длины татоке описывалась кривой а. Однако после 20 перемещений печи вдоль реактора на полную его длину тепловой контакт между корпусом и холодильником ослаблялся, что приводило к уменьшению температурного гра диента (кривая .6, фиг.З). Для проверки точности измерения эффективной длины реактора была изучена зависи-. мость температуры от длины реактора при различных температурах печи путем введеш-1я термопары А в канал реактора на различную глубину (Фиг . 3) . Эксперименты подтверждают высокую величину температурного градиента на входе в реактор (кривая а), измейение которой от комнатной до температуры печи происходит на участке реактора длиной от 0,5 см (Т печи 150 С) до 1,5 см (Т печи 450°С).

В табл. I приведены значения относительной ошибки измерения эффективной длины реактора при различных положениях . Очищенный от кислорода и влаги во-

дород барботирует через ловушу с жидКИМ диэтилтеллуром (термостатированную при комнатной температуре) и направляется в реактор,установленный на аналитической стойке масс-спектрометч ра МИ 1201, Часть потока газа, выходящего из реактора,, направляется в ионный источник масс-спектрометра, с помощью которого непрерывно регистрируется интенсивность линии молекулярного иона (, пропорциональная концентрации диэтилтеллура в выходящих из реактора газах. Печь термостатируют при 360°С, надвигают на реактор и измеряют значения интенсивности характеристических линий диэтилтеллура при различных L , л

В табл.2 приведены результаты измерения при четырех температурах и

160446310

15

той же точностью, что и в про но значительно проще в изгото за счет изменения формы корпу |сутствия пробоотборных трубок нее в эксплуатации за счет от запирающих вентилей. Кроме то эффективную длину можно плавн лировать от нуля до всей длин тора, что расширяет возможнос применения для исследования р идущих с различными скоростям

Формула изобрет

1, Реактор для исследовани тики реакции, содержащий корп жестко связанное с ее торцом дающее устройство и технологи

- .fc..i.- iiVrfiJJ :f t J I п.

усредненные значения К (среднее ариф- 20 патрубки, отличающий

метическое величии), рассчитанных по приведенной формуле.

По тангенсу угла наклона зависимости логарифма константы скорости реакции от обратной температуры реак тора получено значение энергии активации реакции Е 142+8 кДж/моль,

Как видно из табл.2, предложенный реактор позволяет получать данные с

тем, что, с целью расширения применения, охлаждающее устр о выполнено в виде двух блоков кого магнитного материал а, меж 25 торыми помещен мелкоднсперсный нитный. материал,

2, Реактор по п.1, о т л и щ и и с я тем, что корпус реак имеет и-образиую форму, ,

ч16044630

5

той же точностью, что и в прототипе,, но значительно проще в изготовлении за счет изменения формы корпуса и от- |сутствия пробоотборных трубок, надежнее в эксплуатации за счет отсутствия запирающих вентилей. Кроме того, его эффективную длину можно плавно регулировать от нуля до всей длины реактора, что расширяет возможности его применения для исследования реакций, идущих с различными скоростями. i

Формула изобретения

1, Реактор для исследования кинетики реакции, содержащий корпус, печь, жестко связанное с ее торцом охлаждающее устройство и технологические

.fc..i.- iiVrfiJJ :f t J I п.

0 патрубки, отличающий

с я

тем, что, с целью расширения области применения, охлаждающее устр ойство выполнено в виде двух блоков из мягкого магнитного материал а, между ко- 25 торыми помещен мелкоднсперсный маг- нитный. материал,

2, Реактор по п.1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что корпус реактора имеет и-образиую форму, ,

Изобретение относится к конструкции приборов (ректора) для исследования кинетики реакции, может быть использовано в химической и других областях промышленности и позволяет расширить область применения. Реактор содержит корпус, печь, охлаждающее устройство, патрубки, причем охлаждающее устройство выполнено в виде двух блоков из мягкого магнитного материала, между которыми помещен мелкодисперсный магнитный материал, а корпус реактора имеет U-образную форму. 1 з.п.ф-лы, 3 ил., 2 табл.

Таблица

Относительная ошибка измерения эффективной длины реактора, %, при L, см

Т, °Ст--.--.

10I20I 3040

55052,51,61,25

5015,07,5 .5,03,8

Таблица2

I, у.е,, при L, см

Т, с Ь гг--.. к 40% с

О10203040

30025ii253,2252,3251,5250,73,2 ±0,3

330252247242,3237,7233,120+2,0

360252236,6223. 208,2195,363 + 5,0

390250205171137112200 + 15