ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Режимы идеального смешения периодический и идеального вытеснения из "Общая химическая технология" Рассмотрим протекание в реакторе реакций разного типа. [c.163] Графическое представление С(т) из уравнений (4.96) и х(х) из уравнений (4.97) иллюстрирует рис. 4.34 п = 1). Экспоненциально уменьшающаяся зависимость С(х) и зеркальная ей х(х) асимптотически приближаются при X — °о к С = О или х= , соответственно, что отвечает тому, что в необратимой реакции исходное вещество постепенно расходуется до его полного превращения. [c.163] Интерпретация решения (4.96) уравнений математической модели (4.93) на процессы в режимах идеального смешения и вытеснения следующая. [c.164] В режиме ИВ процесс протекает стационарно. Концентрация Сменяется по длине реактора /, которая пропорциональна т(/ = хм), как показано на рис. 4.35, г. Но в каждом сечении / реактора С(т) = onst -рис. 4.35, в. [c.164] Таким образом, анализ зависимостей С(т) или х(т) показывает влияние условий процесса на изменение С и х во времени в режиме ИС-п и распределение С и х по длине реактора в режиме ИВ. [c.164] Влияние температуры. В уравнениях (4.94) или (4.98) от температуры зависит только константа скорости к = к ехр -Е/КТ), увеличиваясь вместе с ней. Естественно предположить, что проводя процесс при более высокой температуре скорость реакции будет увеличена и концентрация С станет быстрее уменьшаться со временем т. Действительно, в зависимостях С(т) (4.96) и (4.99) можно проследить при одном значении т и увеличении к, те. при более высокой температуре, С уменьшается. Изменение С(т) при увеличении температуры процесса от Т, до Т2 графически продемонстрировано на рис. 4.36. При протекании простой необратимой реакции увеличение температуры всегда благоприятно влияет на интенсивность процесса в реакторе - уменьшается т (объем реактора в проточном режиме или время процесса в периодическом реакторе) для достижения заданной степени превращения. Процесс целесообразно проводить при максимально допустимой температуре. [c.166] Влияние начальной концентрации Сд на процесс в реакторе оценим по двум факторам. Один из них - производительность процесса, те. количество превращаемого в реакторе вещества. Скорость реакции, описываемая рассматриваемыми здесь кинетическими уравнениями вида г = кС, повышается с увеличением концентрации С (и Сд), что вызывает рост его производительности. [c.166] Другой фактор влияния Сд - изменение степени превращения при определенной нагрузке на реактор Кд. Увеличение концентрации ускоряет реакцию, но также приводит к возрастанию и количества вещества, которое надо превращать. Из зависимости (4.97) для процесса с реакцией первого порядка видно, что исходная концентрация Сд не входит в это уравнение, т.е. Сд не влияет на зависимость х(т). Если протекает реакция не первого порядка, то функция х(т) определяется и значением Сд [уравнение (4.98)]. В этом уравнении С входит как коэффициент в виде кС . Если п 1, то с ростом Сд коэффициент становится больше, соответственно, степень превращения возрастает. [c.166] Если п 1, то коэффициент кС уменьшается с увеличением Сд, х медленнее меняется во времени, и степень превращения уменьшается (сплошные и штриховые кривые п 1 и л 1 на рис. 4.37). Это объясняется совокупным влиянием разных факторов, которые зависят от Сд. Если л 1, скорость реакции с концентрацией увеличивается интенсивнее, чем количество вещества в смеси, что вызывает быстрый рост степени превращения. Если л 1, то увеличение первого фактора происходит медленнее, чем второго, рост степени превращения замедляется. Если л = 1, то и скорость реакции, и количество вещества изменяются одинаково с концентрацией, потому Сд не меняет зависимость х(т). [c.167] Рассматриваемая реакция имеет первый порядок в прямом и обратном направлениях, поэтому начальная концентрация не влияет на степень превращения. [c.168] Влияние температуры. Константы к, и 2 увеличиваются с ростом температуры. Это изменение различным образом влияет на общую скорость реакции - увеличивает, а 2 уменьшает скорость. Суммарный эффект зависит от интенсивности увеличения А , и 2 с температурой, те. от соотношения их энергий активации (соответственно Е, и Е2), которое для экзо- и эндотермических реакций различно. В разделе 3.3.2 было показано 0 = Е - Е,. Для экзотермической реакции 0р О, 2 и к2 (и скорость обратной реакции) увеличивается с температурой сильнее, чем к, (и скорость прямой реакции) для эндотермической это соотношение будет обратным. [c.168] Зависимости концентраций реагентов от т представлены на рис. 4.40. С течением реакции концентрации монотонно изменяются исходного вещества Сд уменьшаются, а продуктов J и С увеличиваются. [c.170] Влияние температуры. С увеличением температуры процесс в реакторе будет протекать интенсивнее - изменение концентраций будет протекать за меньшее время т (штриховые линии на рис. 4.40). Интенсивность этого влияния в результате которого будут образовываться продукты К и 5, зависит от соотношения энергий активации этих стадий, соответственно, Е, и 2- Если Е, Е2, то концентрация К возрастет про всех т. Концентрация продукта 5(Сз) вначале возрастет (с температурой увеличивается скорость превращения), а затем - уменьшится, т.к. большая доля А будет расходоваться на образование К (рис. 4.40). [c.170] Из полученных результатов следуют практические выводы. При равенстве порядков реакций в параллельной схеме преврашения ( 1 = 2) достигаемая в реакторе степень преврашения не будет влиять на селективность процесса. Если п, 2, то достижение высоких степеней преврашения может быть нецелесообразным из-за уменьшения избирательности по продукту К. Если п, 2 то увеличение степени преврашения способствует повышению селективности по продукту К. Повышение температуры хорошо сказывается и на интенсивности, и для селективности процесса, если Е, 2- В противоположном случае (Е, Е снижение температуры благоприятно для селективности процесса по К в ушерб его интенсивности. [c.171] Практические выводы полученных зависимостей следующие. Максимальный выход промежуточного компонента К наблюдается при определенном значении т, равном (длина реактора в режиме идеального смешения или время проведения периодического процесса). Уменьшение т дает возможность увеличить селективность процесса по промежуточному соединению, уменьшая общее превращение. Увеличение т приведет к уменьшению и селективности, и выхода промежуточного продукта. Если же нужный продукт - конечный (8), то следует добиваться как можно большей степени общего превращения. Увеличение температуры целесообразно, если Е, Е2 -в этом случае возрастет и интенсивность, и выход К, и селективность по К. [c.174] Вернуться к основной статье