Реактор для исследования кинетики реакции

 

Изобретение относится к конструкции приборов для исследования кинетики реакции , позволяет увеличить диапазон скоростей изучаемых реакций. Реактор содержит корпус U-образной формы, печь, жестко связанное с ее торцом охлаждающее устройство и технологические патрубки. В охлаждаемой части корпуса размещены трубки из ферромагнитного материала, расположенные с зазором, позволяющим им продольно перемещаться 2 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 01 J 19/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) j 604463 (21) 4773562/26 (22) 25.12.89 (46) 07;07,92. Бюл. N 25 (71) Научно-исследовательский институт химии при Нижегородском государственном университете им. Н.И,Лобачевского (72) В.И.Фаерман (53) 66-023 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1604463, кл. В 01 J 19/24, 13.06.89„

Изобретение относится к конструкции приборов (реактора) для исследования кинетики растений, может быть использовано в химической и других областях промышленности и является усовершенствованием известного реактора по авт. св. N 1604463.

Известен реактор, содержащий U-образный корпус, печь, жестко связанные с ее торцом технологические патрубки и охлаждающее устройство, выполненное в виде двух блоков из мягкого магнитного матери- . ала, между которыми и корпусом реактора помещен мелкодисперсный материал.

Однако недостатком данной конструкции реактора является уменьшение градиента температур между нагреваемой и охлаждаемой зонами реактора при увеличении его диаметра и скорости потока реакционной смеси.

На фиг.1 приведены зависимости температуры (измеряемой термопарой, спай которой помещен на оси реактора) от расстояния на выходе иэ реактора при его диаметрах 0,4, 1 и 2 см. помещенного в печь,. нагретую до температуры 300 С, снабженную холодильником длиной 2 см, имеющим Ы, „1745330 А2 (54) РЕАКТОР ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ КИНЕТИКИ РЕАКЦИИ (57) Изобретение относится к конструкции приборов для исследования кинетики реакции, позволяет увеличить диапазон скоростей изучаемых реакций. Реактор содержит корпус U-образной формы, печь, жестко связанное с ее торцом охлаждающее устройство и технологические патрубки. В охлаждаемой части корпуса размещены трубки из ферромагнитного материала, расположенные с зазором, позволяющим им продольно перемещаться. 2 ил., 1 табл. температуру 15 С (температура в комнате ф

21 С) — кривые 1, 3, 2 соответственно). Через реактор пропускается водород со скоро- Ж стью 10 см/с при давлении 10 Па. Как видно иэ фиг.1, с увеличением диаметра реактора градиент температуры на его конце настолько падает, что делает его непригодным для получения количественных результатов, в связи с ростом ошибки измевй рения длины его нагретой части. Аналогичный эффект дает и увеличение скорости Ь потока газа соответственно в 2,5 и 10 раз. (Я бд

Для исследования "быстрых" реакций,. () например, реакций идущих при высоких температурах, требуется увеличение скорости движения газа в реакторе, а для более точного определения состава промежуточных продуктов реакции(концентрация которых низка) — увеличенйе количества проходящего через реактор газа, что может быть достигнуто лишь увеличением его диаметра (давление в реакторе определяется параметрами исследуемой реакции и не может быть увеличено).

1745330

Целью изобретения является увеличение диапазона скоростей изучаемых реакций, Поставленная цель достигается тем, что реактор снабжен трубками из ферромагнитного материала, расположенными внутри его корпуса с зазаоом, позволяющим им свободно перемещаться вдоль корпуса реактора. Длина трубок равна длине охлаждаемой части корпуса реактора. Количество трубок подбирают максимально возможным для сечения используемого реактора с учетом зазора 1-2 мм, необходимого для свободного перемещения их вдоль корпуса реактора.

После постоянного магнита, обеспечивающее более плотный тепловой контакт между холодильником и стенками реактора, используется для обеспечения также плотного теплового контакта между вводимыми в реактор трубками, между трубками и охлаждаемой стенкой реактора, а также служит для перемещения их вместе с холодильником в требуемую зону реактора, Внутренний диаметр трубок d может быть рассчитан по формуле

Л та VLPT где I — длина трубок, см:

А — коэффициент теплопроводности газа, Вт/см град;

P — давление, Па;

ЛТ вЂ” разность температур между печью и холодильником, С, V — линейная скорость газа в реакторе, см/с;

А — эмпирически определяемая константа.

Толщина стенок трубок должна обеспечивать достаточную скорость теплоотвода при возможно меньшем сопротивлении газовому потоку, Опытным путем установлена ее оптимальная величина порядка 0,1 — 0,2d, Сущность изобретения заключается в следующем, Для проведения исследований кинетики химических реакций в потоке необходимо измвнять и точно измерять длину нагретой части реактора, В реакторе-прототипе это достигается за счет воэможности перемещения печи с холодильником вдоль

U-образного корпуса реактора и высоком градиенте температур на границе печь-холодильник, обусловленном хорошим тепловым контактом между стенками реактора и охлаждаемым водой блоками через помещенный в магнитное поле мелкодисперсный ферромагнитный материал. Однако с

15

20 риала позволяет использовать имеющееся в охлаждаемой зоне магнитное поле для; а) создания плотного теплового контакта с ох25

55 увеличением диаметра реактора и скорости газового потока возникает в зоне охлаждения высокий поперечный градиенттемператур, удаленная от стенок часть газового потока не успевает охлаждаться, что ведет к размытию необходимого продольного градиента температур. Таким образом, реактор-прототип может использоваться при скорости потока газа 10-50 см/с при.внутреннем диаметре не более 0,5 см. (В приведенном примере 0,4 см). Предлагаемое решение позволяет увеличить диаметр реактора и скорость газового потока в несколько раэ. Эффективность охлаждение газовой струи, выходящей из реактора, осуществляется за счет теплового обмена с трубчатой насадкой, помещенной внутрь реактора в охлаждаемую зону. Выполнение трубок насадки из ферромагнитного мателаждаемыми стенками реактора; б) перемещения трубок вместе со всей охлаждэемой зоной вдоль реактора.

На фиг.2 приведена схема реактора, продольный разрез (а и б) и разрез А — А (в), 0-образный корпус реактора 1 соединен с линией подачи реагентов 2 и линией, ведущей к прибору-анализатору 3 продуктов реакции, Печь 4 с прикрепленным к ее торцу холодильником, представляющим собой два охлаждаемых проточной водой блока из мягкого магнитного материала 5, соединенных с полюсами постоянного магнита, может перемещаться вдоль корпуса реактора для установления требуемой длины нагретой зоны L, Внутрь реактора помещены трубки из мягкого магнитного материала б, инертного к исследуемым веществам, длиной 1, равной длине холодильника. Пространство внутри холодильника заполнено мелкодисперсным ферромагнитным материалом 7. Способ проведения экспериментов с применением данного реактора такой же, как и реактором-прототипом, т.е. определяется глубина превращения реагентов в зависимости от температуры печи Т (при постоянной L и от

L при постоянной Т), По этим зависимостям определяют порядок реакции и величину ее энергии активации.

Пример, Изготовлен кварцевый реактор внутренним диаметром 20мм, в который установлены семь никелевых трубок внешним диаметром 6 мм с толщиной стенки 1 мм, длиной 20 мм. Через них пропускали водород при давлении 10 Па со скоростью

10 см/с, Полученная зависимость температуры газа от длины реактора приведена на

1745330 фиг.1. Из фиг.1 видно, что при том же диаметре реактора при работе с реакторомпрототипом средней градиент температуры составляет 75 С/см (кривая 3), в то время как с предложенным реактором приведены 5 в таблице, Опыты 1-12 показали, что даже менее теплопроводный аргон при скоростях до

100 см/с охлаждается в достаточной степени, в то время, как опыты 13-16, проведен- 10 ные без никелевых трубок, показывают, что даже при скоростях 10 см/с охлаждение не достаточно.

Таким образом, изобретение позволяет применить реактор для исследования кине- 15 тики реакции для реакций, идущих на порядок быстрее (скорость потока можно увеличить в 10 раз) и количество проходящего сквозь реактор газа может быть увеличе20 но на два порядка величины. Это позволит, например, проводить исследование процесса получения сложных полупроводников при совместном термораспаде нескольких элементоорганических соединений не в исследовательских реакторах малого диаметра, а в реакторах диаметром несколько сантиметров, применяемых для получения полупроводниковых приборов.

Формула изобретения

Реактор для исследования кинетики реакции по авт, св. 1Ф 1604463, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения диапазона скоростей излучаемых реакций, он снабжен размещенными в охлаждаемой части корпуса трубками из ферромагнитного материала, установленными с возможностью продольного перемещения, 1745330

У фЩ) у/ 4

Уиг 1

Составитель В.Фаерман

Техред М,Моргентал Корректор 3.Лончакова

Редактор О. Головач

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2343 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5