Химическая кинетика. Пурмаль А.П. - 18 стр.

Для реакции А → Р, идущей без изменения числа газовых молей, или для
реакций в растворе стационарный режим работы проточной системы определяет
равенство W1 = W3, т.е.

                                y = kV/(W + kV)
или
                            1/y = 1 + W/kV        (20)

Как и кинетические уравнения для реакций в реакторе идеального вытеснения,
уравнения (19,20) не включают фактор “t” в явном виде. Увеличение “V” до
технически разумных пределов будет увеличивать “y”, а увеличение “W”-
уменьшать. Практическая задача нахождения оптимального режима включает
еще и экономические показатели: энергозатраты на поддержание постоянства
температуры в зависимости от “V” и “y”, стоимость операции разделения “А” и “Р”
в зависимости от их соотношения в отходящей из реактора смеси и другие.
Необходимая для расчетов величина “k” определяется по наклону линейного
графика 1/y = f(W). Для определения “y” пригодны любые методы, включая
химический анализ конечной смеси с его большой характерной постоянной
времени.
   В исследовательской практике метод открытой проточной системы обычно
используют для определения константы скорости взаимодействия веществ “А” и
“В”, если реакция происходит довольно быстро, а экспериментатор не
располагает методом контроля концентрации веществ с постоянной времени,
меньшей, чем характеристическое время реакции. В реактор по раздельным
магистралям 1,2 (рис.1) поступают вещества “А” и “В”, нагретые или
охлажденные до температуры реактора. Через несколько десятков миллисекунд
происходит полное смешение реагентов, а затем в реакторе устанавливаются
стационарные концентрации [A]cm, [B]cm, [P]cm, значения которых зависят от
константы скорости и скорости протока веществ через реактор. Увеличивая
скорость протока, можно регистрировать в реакторе [A]cm, [B]cm, [P]cm через все
меньшие времена после смешения “А” и “В”. Постоянная времени приборной
регистрации концентрации веществ в реакторе может составлять десятки секунд
и даже минут, а изучены могут быть реакции с характеристическим временем
вплоть до 1 с. Математическая основа метода достаточно проста: число молей
“Р”, выходящих из реактора за 1 секунду, равно W3[P]cm. Скорость же
образования “Р” в тех же единицах “моль•с-1” для реакций второго порядка равна
k[A]cm[B]cmV. Сама стационарность процесса определяется равенством

            k[A]cm[B]cmV = W3[P]cm, т.е. k = W3[P]cm/V[A]cm[B]cm (21)

Уравнениями материального баланса будут:

         [A]cmW3 = [A]0W1 – W3[P]cm и [B]cmW3 = [B]0W2 – W3[P]cm (22)*)

(стехиометрические коэффициенты реакции определяются в независимом
эксперименте в замкнутой системе любым самым инерционным методом). Из
(21) и (22) следует:

           k = (W3)3[P]cm/([A]0W1 – [P]cmW3)([B]0W2 – [P]cmW3)   (23)

Измерение [P]cm в реакторе при заданных значениях W1, W2 , W3, [A]0, [B]0 может
быть проведено обычными методами с большой постоянной времени. В этом