Реактор для исследования кинетики реакции

(54) РЕА НЕТИКИ (57) Иэоб приборов ции, поэв м стей изучкорпус О- эанное с во и т охлажда трубки из положен н продольн(61) 1604463 (21) 4773562/ (22) 25.12.89 (46) 07;07,92. (71) Научно-и мии при Ниж университете (72) В.И.Фаер (53) 66-023 (О (56) Авторско йт 1604463, к 6 Бюл. Ф 25следовательегородскомим. Н.И,Лобман8.8)свиде.В 01 ии институтсударственневского тельство СССР,3 19/24, 13.06.89 рых" р при в ичение е,адл пром нтраци коли эа, что нием е опред акции иеакции,. ысоких скороя более жуточя коточества может го диаляется не моГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ И ВТОРСКОУУ СВИДЕТ 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, М 1604463,Известен реактор, содержащий 0-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, 1745330 А 2 КТОР ДЛЯ ИСС Д ИЯ КИРЕАКЦИИретение относится к конструкции для исследования кинетики реаколяет увеличить диапазон скороаемых реакций. Реактор содержит образной формы, печь, жестко свяее торцом охлаждающее устройстехнологические патрубки, В емой части корпуса размещены ферромагнитного материала, расые с зазором, позволяющим им о перемещаться, 2 ил., 1 табл,температуру 15 С (темпер 21 С) - кривые 1, 3, 2 соотве реактор пропускается во стью 10 см/с при давлении но иэ фиг.1, с увеличен реактора градиент темпера це настолько падает, что д годным для получения к результатов, в связи с рост рения длины его нагретой ный эффект дает и увели потока газа соответственно атура в комнате тственно), Через дород со скоро- Ж10 Па. Как видием диаметра туры на его кон- Я елает его неприоличественныхавий ом ошибки изме- части. Аналогиччение скорости Ь в 2,5 и 10 раз. (Ябд Для исследования "быст например, реакций идущих температурах, требуется увел сти движения газа в реактор точного определения состава н ых п родуктов реакции (конце рых низка) - увеличенйе проходящего через реактор га быть достигнуто лишь увеличе метра (давление в реакторе параметрами исследуемой ре жет быть увеличено).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 охлаждаемай стенкой реактора, а также служит для перемещения их вместе с холодильником в требуемую зону реактора,Внутренний диаметр трубок д может быть рассчитан по формуле ЛТРчЗтгде- длина трубок, см;Л - коэффициент теплопроводности газа, Вт/см град;Р - давление, Па;ЛТ - разность температур между печью и холодильником, С,Ч - 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 - 0,2 б,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 О-образного корпуса реактора и высоком градиенте температур на границе печь-холодильник, обусловленном хорошим тепловым контактом между стенками реактора и ахлаждаемым водой блоками через помещенный в магнитное поле мелкодисперсный ферромагнитный материал, Однако с5 10 15 20 риала позволяет использовать имеющееся вохлаждаемой зоне магнитное поле для; а) создания плотного теплового контакта с ох 25 30 35 40 45 50 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 эа 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 , 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 постояннойи отпри постоянной Т), По этим зависимостям определяют порядок реакции и величину ее энергии активации,П р и м е р, Изготовлен кварцевый реактор внутренним диаметром 20 мм, в который установлены семь никелевых трубок внешним диаметром б 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 гэзэ от длины реактора приведена нафиг,1. Из фиг.1 видно, что при том же диаметре реактора при работе с реактором- прототипом 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 ные без никелевых трубок, показывают, чтодаже при скоростях 10 см/с охлаждение не достаточно.Таким образом, изобретение позволяет применить реактор для исследования кине тики реакции для реакций, идущих на порядок быстрее (скорость потока можно увеличить в 10 раз) и количество проходящего сквозь реактор газа может быть увеличе 20 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. В 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 УУ Уи Составитель В.ФаерманТехред М,Моргентал Голов орректор Э.Лончакова еда Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина,аказ 2343 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035,Москва,Ж, Раушская наб 4/5