4.22. ПРОТОЧНЫЙ ТРУБЧАТЫЙ РЕАКТОР
Проблемы смешивания реагентов и измерения временных интервалов не представляют серьезных трудностей при изучении реакций с периодом полупревращения 1 ч и более, т. е. в таких случаях, когда половина первоначально взятого количества реагента вступает в реакцию за 1 ч или более длительное время. Точная оценка удельных скоростей для реакций с периодом полупревращения от секунды до часа вызывает некоторые затруднения, но они не являются непреодолимыми [36, 37]. В случае более быстрых реакций может помочь использование автоматических устройств, записывающих зависимость от времени некоторого физического свойства, отражающего состав смеси. Крайне желательно, чтобы это свойство было линейно связано со степенью протекания реакции.
Применение проточного трубчатого реактора позволяет эффективно использовать преимущества такого рода измерений и в то же время облегчает решение проблемы смешивания реагентов. Струевой метод, развитый Хартриджем и Роутоном [38], расширил интервал измеримых периодов полупревращений до 0,001 с и тем самым открыл новую область кинетики, ранее совершенно недоступную для исследований. Техническая сторона метода развита весьма высоко, многие операции автоматизированы, а полученные результаты имеют важное значение.
В этом методе два раствора, текущие с постоянной скоростью, быстро и тщательно смешиваются и далее проходят через трубку постоянного диаметра. При подходящих условиях состав раствора в тонком цилиндрическом сечении, расположенном на расстоянии
от точки смешивания, будет таким же, как и для перемешанного неподвижного раствора, которому дали реагировать время
где А — площадь поперечного сечения трубки, а и — скорость потока в единицах объема на единицу времени. Поэтому, если измерять физическое свойство, зависящее от глубины протекания реакции, как функцию расстояния
то можно получить туже информацию о кинетике реакции, что и при измерении физического свойства как функции времени для неподвижной системы.
В такого рода измерениях крайне важно, чтобы состав раствора по всей площади любого поперечного сечения трубки был постоянным, чтобы смешивание и диффузия в направлении, параллельном оси трубки, были незначительны и чтобы наблюдения не начинались раньше участка, на которомполностью завершено смешивание вводимых растворов. Когда система перемешана не полностью, реакция протекает в неопределенной смеси элементарных объемов переменного состава, а наблюдаемая глубина протекания реакции лишена какого-либо смысла.