(18). Реактор полного смешения. Исследование процессов превращения веществ в безградиентных условиях.

Реактор полного смешения (рис. 1.) является непре­рывно действующим. Условие его идеальности состоит в отсутствии градиента концентрации и температуры по объему (dC_i/dV=dT/dV=0), в стационарных условиях этот градиент отсутствует и во вре­мени. При введении исходной смеси в большой реакционный объем происходит скачкообразное снижение концентраций реагентов до величины, равной концентрации в реакторе и на выходе из аппарата. Для стационарных условий работы по изложенным причинам можно составить баланс для реактора в целом (F_i – F_i,0=r_iV или r_im_k), откуда получим общее уравнение

Рис. 1.. Схема реактора полного смешения

При постоянстве объема смеси во время реакции справедливо ра­венство откуда концентрационные формы уравнений име­ют вид:

В этих уравнениях величины τ, u, V/FA,0 и mk/ FA,0 имеют тот же смысл и наименования, что и для реакторов идеального вытеснения. В реакторах периодического действия и идеального вытеснения концентрации изменяются во времени или по объему, и конечный результат находят после интегрирования (интегральные реакторы). В аппарате полного смешения градиент концентраций отсутствует (без­градиентные условия процесса), а конечный результат находят, решая алгебраическое уравнение. Это значительно упрощает расчет. Безградиентные условия применяют для кинетического изучения преимущественно газофазных (в том числе гетерогенно-каталитических) реакций. Реактор полного смешения (рис. 1.) должен иметь хорошо действующую мешалку, на которой может находиться и помещенный в металлическую сетку гетерогенный катализатор. Наибольшее применение на практике нашли проточно-циркуляционные установки, в которых осуществляется циркуляция реакционной смеси через реакционное пространство (катализатор). При высокой степени циркуляции такие установки близки к реактору пол­ного смешения: в одних организована внешняя циркуляция при помощи газодувки или компрессора, в других имеется внутренняя циркуляция при помощи поршня, который через систему клапанов осуществляет смешение реакционной массы и ее проталкива­ние через слой катализатора. Остальное оснащение безградиентных установок и последователь­ность проведения опытов - такие же, как для реакций в потоке. Следует подчеркнуть, что температурный режим в них регулируется проще и точнее, а результаты исследования газофазных гетерогенно-каталитических реакций в безградиентных условиях самые достоверные.