Химическая кинетика. Пурмаль А.П. - 16 стр.

              3. Односторонние реакции в открытых системах.
                 Струевые методы изучения быстрых реакций

    В приведенных кинетических уравнениях фигурирует, как переменная, время
от начала реакции. Это удобно при изучении реакции в условиях замкнутого
объема, в который в момент времени t = 0 вводится дозируемое количество
реагентов. Иной режим протекания химических превращений - в условиях
открытой системы, когда происходит непрерывный материальный обмен с
окружающей средой. Такой обмен - подвод и отвод реагентов через границы
системы - характерен на клеточном уровне для всех живых организмов. Разность
концентраций вне и внутри клетки - движущая сила потока реагентов и
продуктов. В условиях механически              создаваемого потока веществ
осуществляются все непрерывные процессы химической промышленности. К
условиям проведения реакций в потоке часто обращаются в исследовательской
практике при изучении быстрых реакций.
    Кинетическое описание реакций в открытых системах проводят введением в
дифференциальные уравнения дополнительных членов: скорости введения
реагентов в реактор и скорости удаления продукта и непрореагировавших
реагентов из реактора. Условия в реакторе обычно резко отличаются от условий
в подводящих и отводящих магистралях, и превращение веществ происходит
лишь во время нахождения их в реакторе. Реактор может быть зоной облучения,
может быть заполнен гранулами катализатора или иметь более высокую
температуру, чем температура поступающих реагентов. В реакторе
поддерживаются постоянными температура и давление. Постоянство давления
обеспечивается равенством объемных скоростей подвода реагентов и отвода
смеси продуктов и непрореагировавших веществ. В зависимости от скорости
подачи реагентов, объема и конфигурации реактора и других характеристик
осуществляется тот или иной гидродинамический режим потока - ламинарный
или турбулентный. В случае ламинарного режима потока его можно
рассматривать как совокупность независимых друг от друга (замкнутых)
перемещающихся        миниреакторов.   В      каждом      сечении    реактора    в
установившемся режиме подачи реагентов и отвода смеси продуктов из
реактора характерной будет неизменность концентраций реагентов и продуктов.
Кинетическое описание процессов в подобном реакторе идеального
вытеснения практически не отличается от такового для замкнутых систем.
Измеряя концентрационную характеристику в выбранном сечении реактора, ее
относят к времени “t”, выраженному как “l/u”, где “l” - длина от начала реактора и
“u” - линейная скорость движения фронта потока вдоль реактора.
    В случае турбулентного режима в результате интенсивного перемешивания
реакционный объем концентрационно однороден. В установившемся режиме
концентрации веществ-реагентов и веществ-продуктов реакции одни и те же в
каждом элементе объема реактора и не изменяются во времени. Все молекулы
реагентов в реакционной зоне в среднем пребывают одно и то же время. Это
время можно уменьшать или увеличивать, увеличивая или уменьшая объемную
скорость подвода реагентов и отвода смеси продуктов и реагентов. Постоянство
концентраций реагентов определяется равенством скорости их введения в
реактор идеального смешения, сумме скоростей их перехода в продукты и
отвода непрореагировавших реагентов из реактора. Такие неизменные во
времени, термодинамически неравновесные и динамичные по сути
концентрации называют стационарными. Рассмотрим простейший случай
реакций первого порядка, проводимых в условиях реактора идеального
смешения. К числу таких реакций относятся крупнотоннажные процессы