процесса можно в данном случае определить отношениями [1]

(5)

где Gn и G —количества полученного за время т продукта или превращенного исходного вещества, соответственно; Сп и С —концентрации продукта и. основного исходного вещества к моменту времени х, соответственно; w—линейная скорость газа; v — объем катализатора; Vг — объем газа; H —высота слоя катализатора.[1]

Рис. 3 Проточно-циркуляционная система с электромагнитным поршневым насосом: 1— реактор в печи; 2 — клапан; 3— циркуляционный насос; 4—ввод исходной' газовой смеси; 5—выход реагирующей смеси за реактором; 6 выход реагирующей смеси до реактора.

Основными достоинствами проточно-циркуляционного метода являются следующие:

1. Прямое измерение скорости реакции в каждом опыте.

2. Легкость достижения постоянства температуры в реакторе, даже для реакций со значительным тепловым эффектом, благодаря интенсивной циркуляции и соответственно малому изменению степени превращения в слое катализатора [1].

3. Осуществление процесса в режиме, аналогичном полному смешению при практическом отсутствии перепадов концентраций, скоростей и температур.

4. Возможность работы с любым количеством катализатора

вплоть до одной гранулы, при любых размерах гранул и соотношениях размеров гранул и реактора.

5. Высокая линейная скорость реакционной смеси, что облегчает устранение искажений, связанных с переносом вещества к наружной поверхности зерен катализатора, т. е. внешне-диффузионным торможением.

Искажение, связанное с Переносом внутри зерен (т. е. внутри-диффузионное торможение) сохраняется. Его снятие требует уменьшения размера зерен катализатора при испытании. Сохраняя неизменным химический состав и меняя размеры зерен катализатора, можно выявить влияние пористой структуры на активность контактной массы, т.е. определить внутри-диффузионное торможение при различных размерах, а также максимальный размер зерен, соответствующий переходу от внутридиффузионной к кинетической области.

К недостаткам проточно-циркуляционного метода можно отнести: 1) сложность аппаратурного оформления; 2) необходимость достаточных количеств исходных веществ и времени для достижения стационарного состояния, в некоторых случаях— возможное усиление побочных процессов [1].

Существенные преимущества проточно-циркуляционного метода подтверждают целесообразность его применения при изучении кинетики реакций. Схема проточно-циркуляционной установки для окисления сернистого ангидрида приведена на рис. 4. Сернистый ангидрид, азот и кислород из баллона дозируют клапаном тонкой регулировки в осушительную систему. Точный расход газов регулируют моностатом и замеряют реометром. Затем смесь газов поступает в циркуляционный контур; анализ газовой смеси на входе и выходе из цикла производят по методу Рейха. Для предотвращения «залипания» клапанов вследствие конденсации SОз производят постоянный электрообогрев клапанной коробки 10. Реактор 12 представляет, собой трубу с сеткой и впаянным карманом для термопары. Во время эксперимента реактор помещают в цилиндрическую печь с автоматической регулировкой температуры. Установка позволяет работать при температурах от 0 до 620 °С. Степень превращения х рассчитывают по формуле

(6)

где Сн, Ск —начальная и конечная концентрации SO2, соответственно, объемн.%.

Рис. 4. Проточно-циркуляционная установка для окисления S02: 1—редуктор; 2—вентиль тонкой регулировки; 3 — барботер с H2SO4; 4—колонка с CuO; 5—колонка с ангидроном; 6—моностат с дибутил-фталатом; 7—реометр; 8—колонка с P2O5; 9—ловушка; 10 —клапанная коробка; 11 — циркуляционный насос; 12—реактор.

Активность катализатора характеризуется константой скорости, рассчитанной по уравнению Борескова [1].

(7)

где а — исходная концентрация SО2, объемн.%; х — степень превращения, доли ед.; g — навеска катализатора, г; р — насыпная плотность катализатора, г/мл; V0 — скорость подачи газа, приведенная к нормальным условиям, дм3/ч; p — парциальное давление кислорода в исходном 'газе, кгс/см2; /Ср — константа равновесия, кгс/см2.