Проточные методы

Скорость процесса окисления S02 в SO3 на ванадиевом катализаторе (в неподвижном слое) выражается уравнением [1]

(4)

где х — степень превращения, доли ед.; т —время контакта, с; k — константа скорости реакции, с-1 • см2/кгс;. а, b — начальные концентрации сернистого ангидрида и кислорода, соответственно, объемн. %; xp — равновесная степень превращения доли ед.; Т— температура, К.

Проточно-циркуляционный метод измерения активности осуществляют путем определения концентраций компонентов в циркулирующей газовой смеси при малых степенях превращения за один проход через катализатор.

Описанные выше методы являются интегральными и их применение основано на принятии упрощающих предположений o peжиме идеального вытеснения и о квазистационарном состоянии системы. Отклонения от таких режимов обусловлены наличием определенных градиентов, возникающих в применяемых системах [1].

Безградиентный проточно-циркуляционный метод осуществляют в условиях практического отсутствия в реакционной зоне перепадов концентраций, температур, скоростей. Принцип его применительно к изучению кинетики гетерогенных каталитических реакций был впервые предложен М.И. Темкиным, С.Л. Киперманом и Л.И. Лукьяновой. Перемешивание в проточно-циркуляционной системе достигается применением интенсивной циркуляции реакционной смеси через катализатор в замкнутом объеме при непрерывном поступлении и выведении газового потока, причем количество циркулирующего газа должно значительно превышать количество вновь вводимого исходного газа. Циркуляция с большой скоростью происходит с помощью насосов: механических, поршневых или электромагнитных, мембранных и других. Циркуляционный контур, состоящий из, электромагнитного насоса (производительность 600—1000 л/ч), клапанной коробки двойного действия 2 и реактора 1 представлен на рис. 3. Высокая линейная скорость реакционной смеси в цикле и малая степень превращения обусловливают минимальные градиенты концентраций и температур, при этом слой можно рассматривать, как бесконечно малый, а реактор — как аппарат идеального смешения. Следовательно, скорость

процесса можно в данном случае определить отношениями [1]

(5)

где Gn и G —количества полученного за время т продукта или превращенного исходного вещества, соответственно; Сп и С —концентрации продукта и. основного исходного вещества к моменту времени х, соответственно; w—линейная скорость газа; v — объем катализатора; Vг — объем газа; H —высота слоя катализатора.[1]

Рис. 3 Проточно-циркуляционная система с электромагнитным поршневым насосом: 1— реактор в печи; 2 — клапан; 3— циркуляционный насос; 4—ввод исходной' газовой смеси; 5—выход реагирующей смеси за реактором; 6 выход реагирующей смеси до реактора.

Основными достоинствами проточно-циркуляционного метода являются следующие: