Большая Советская Энциклопедия (РЕ) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ" (читать полную версию книги txt) 📗
Р. х. с гомогенным катализатором конструктивно не отличаются от некаталитических. В ёмкостных Р. х. с перемешиванием гетерогенный (твёрдый) катализатор может применяться в виде тонкой суспензии или, чаще, в виде зёрен, неподвижный слой которых заполняет аппарат трубчатого или колонного типа; из-за малой теплопроводности такого слоя в Р. х. возможны значительные перепады температуры. Уменьшение размера зёрен ускоряет реакции за счёт более развитой поверхности, но вызывает снижение теплопроводности слоя и рост его гидравлического сопротивления, поэтому в практике применяют зёрна диаметром в несколько миллиметров. Схема каталитического контактного аппарата приведена на рис. 3.
Быстрые реакции часто проводят на сетках из металлического катализатора. Р. х. с псевдоожиженным (см. Кипящий слой) и движущимся слоем имеют характерные особенности, отличные от др. реакторов. Преимущества таких Р. х.: возможность непрерывного ввода свежей и отвода отработанной твёрдой фазы, высокая скорость теплообмена, независимость гидравлического сопротивления от скорости сжижающего агента (газа, пара, жидкости), широкий диапазон свойств твёрдых частиц (включая суспензии, пасты) и сжижающего агента. Однако применение реакторов с псевдоожиженным и движущимся слоем ограничено, т.к. они не обеспечивают одинакового времени пребывания частиц обеих фаз в слое и сохранения свойств твёрдой фазы, требуют мощной пылеулавливающей аппаратуры.
Известны Р. х. с движущимся (падающим) зернистым слоем, используемые для осуществления непрерывных процессов в гетерогенных системах с твёрдой фазой (рис. 4). Значительна специфика конструкций реакторов для электрохимических и плазменных процессов (см. Электролизеры,Плазменный реактор).
Для проведения реакций, требующих механического перемешивания реагентов, особенно при средних и высоких давлениях, применяют Р. х. с экранированным приводом, освобождающим от сложных уплотняющих устройств (сальников).
При расчёте Р. х. определяются необходимые для достижения заданной производительности объём, скорость потока, поверхность теплообмена, гидравлическое сопротивление, скорость замены катализатора, конструктивные параметры (особенно Р. х. высокого давления). Для расчёта используются экспериментальные данные по кинетике реакций и отравлению катализатора, скорости тепло- и массопереноса и пр. (см. Макрокинетика). Наиболее полный расчёт, включая определение полей температуры и концентрации в Р. х., определение оптимальной схемы теплообмена и рециркуляции, анализ устойчивости режима Р. х. и выбор параметров регулирующих устройств, проводится с использованием ЭВМ (см. Моделирование). В реакторостроении наблюдается тенденция создания аппаратов большой мощности.
Лит.: Арис Р., Анализ процессов в химических реакторах, М., 1967; Левеншпиль О., Инженерное оформление химических процессов, пер. с англ., М., 1969; Иоффе Л. И., Письмен Л. М., Инженерная химия гетерогенного катализа, 2 изд., Л., 1972.
Л. М. Письмен.
Рис. 2. Контактный аппарат с тремя ступенями контактирования и вводом воздуха между ступенями.
Рис. 1. Колонна для синтеза аммиака под высоким давлением: 1 — корпус колонны; 2 — изоляционная труба; 3 — теплообменная труба; 4 — катализаторное пространство; 5 — центральная труба; 6 — спираль нагрева; 7 — стальной стержень. Движение реакционной смеси указанно стрелками.
Рис. 4. Схемы установок с циркулирующим катализатором: а — реактор и регенератор с кипящим слоем; б — реактор с падающим слоем и регенератор с движущимся слоем в режиме пневмотранспортера: 1 — реактор; 2 — регенератор; 3 — фильтр или циклон; 4 — отработанный катализатор; 5 — регенерированный катализатор; 6 — сырье; 7 — регенерирующий газ.
Рис. 3. Контактный аппарат для окисления нафталина во фталевый ангидрид: 1 — катализаторные трубки; 2 — расплав солей (селитрянная баня); 3 — пропеллерная мешалка; 4 — трубки для воздушного охлаждения; 5 — рубашка для воздушного охлаждения; 6 — коллектор отходящего воздуха.
Реакции в электроразряде
Реа'кции в электроразря'де, процессы химических превращений в низкотемпературной плазме; см. Плазмохимия.
Реакции связей
Реа'кции свя'зей, для связей, осуществляемых с помощью каких-нибудь тел (см. Связи механические), — силы воздействия этих тел на точки механической системы. В отличие от активных сил, Р. с. являются величинами заранее неизвестными; они зависят не только от вида связей, но и от действующих на систему активных сил, а при движении — ещё и от закона движения системы и определяются в результате решения соответствующих задач механики. Направления Р. с. в некоторых случаях определяются видом связей. Так, если в силу наложенных связей точка системы вынуждена всё время оставаться на заданной гладкой (лишённой трения) поверхности, то Р. с. R направлена по нормали n к этой поверхности (рис. 1).
На рис. 2 показаны гладкий цилиндрический шарнир (подшипник), для которого неизвестны две (Rx и Ry), и гладкий сферический шарнир, для которого неизвестны все три (Rx, Ry, Rz) составляющие Р. с. Для шероховатой поверхности Р. с. имеет две составляющие: нормальную и касательную, называемую силой трения.
В общем случае при решении задач динамики пользуются принципом освобождаемости, т. е. несвободную механическую систему рассматривают как свободную, прилагая к её точкам некоторые силы, подобранные так, чтобы во всё время движения системы выполнялись условия, налагаемые на неё связями; эти силы и называются Р. с.
С. М. Тарг.
Рис. 2. Примеры с неизвестными составляющими реакции связии: а — с двумя, б — с тремя.
Рис. 1. Примеры связей, наложенных на тело P: а — гладкая поверхность; б — гладкая опора; в — нерастяжимая гибкая нить.
Реакции химические
Реа'кции хими'ческие, превращения одних веществ в другие, отличные от исходных по химическому составу или строению. Общее число атомов каждого данного элемента, а также сами химические элементы, составляющие вещества, остаются в Р. х. неизмененными; этим Р. х. отличаются от ядерных реакций. Р. х. осуществляются при взаимодействии веществ между собой или при внешних воздействиях на них температуры, давления, электрического и магнитного полей и т.п. В ходе Р. х. одни вещества (реагенты) превращаются в другие (продукты реакции), что записывается в виде уравнений химических. Реагенты и продукты реакции часто носят общее название реактанты. Каждая Р. х. характеризуется стехиометрическим соотношением реактантов и скоростью химической реакции. Совокупность отдельных стадий Р. х., установленная экспериментально или предложенная на основе теоретических представлений, называется механизмом реакции.
Любая Р. х. обратима, хотя скорости прямой и обратной реакций могут при этом существенно отличаться. Когда скорости прямой и обратной реакций равны, система находится в равновесии химическом. В положении равновесия или вблизи него поведение системы описывается законами и соотношениями термодинамики химической. В целом изучение механизмов и скоростей как обратимых, так и практически необратимых Р. х. составляет предмет химической кинетики, а при учёте также и физических процессов в системе (диффузия, теплопередача и др.) — предмет макрокинетики. При изучении Р. х. на молекулярном уровне используют представления о взаимодействии атомов и молекул при их столкновениях друг с другом, с электронами и др. частицами, о превращениях молекул при поглощении и испускании фотонов и т.п. Этот подход базируется, как правило, на квантовой теории и связан в основном с изучением элементарного акта Р. х., т. е. отдельного процесса столкновения молекул реактантов. Квантовомеханическое описание элементарного акта базируется на одном из двух подходов. При временном подходе элементарный акт рассматривается как процесс рассеяния подсистем (атомов, молекул, ионов) при их столкновении. Согласно стационарному подходу, исследуется движение конфигурационной точки (изображающей ядерную конфигурацию всей системы реактантов) по потенциальной поверхности, определяемой взаимодействием подсистем реактантов, в частности ядер молекул в усреднённом поле электронов. Начало стационарному подходу было положено введением представления об активированном комплексе. При сравнительном рассмотрении реакций, особенно в органической химии, пользуются обычно представлениями о наиболее вероятных механизмах реакций и об активности реагентов в определённых классах реакций, такими как реакционная способность,ориентации правила,нуклеофильные и электрофильные реагенты, принцип сохранения орбитальной симметрии (см. Симметрия в химии) и т.п.
