ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Сопоставление непрерывных процессов в режимах идеального смешения и вытеснения из "Общая химическая технология и основы промышленной экологии" Интерпретация рещения (2.138) уравнений математической модели (2.137) для процессов в режимах идеального смещения и вытеснения такова. В режиме ИС-п процесс протекает нестационарно, т = i, со временем f концентрация исходного вещества С уменьшается в соответствии с зависимостью (2.138) (рис. 2.42, а). Но в каждый момент времени концентрация во всех точках реактора одинакова. Если взять любое линейное измерение / внутри объема реактора, то зависимости С(/) в разные моменты времени будут иметь вид, представленный на рис. 2.42, б - каждая из них есть С(/) = onst. В режиме ИВ процесс протекает стационарно. Концентрация С меняется по длине реактора /, которая пропорциональна т(/ = ты), как показано на рис. 2.42, г. Но в каждом сечении / реактора (t) = onst (рис. 2.42, в). Таким образом, анализ зависимостей С(г) или х(т) покажет влияние условий процесса на изменение С и X во времени в режиме ИС-п и распределение С и х по длине реактора в режиме ИВ. [c.114] Влияние начальной концентрации Со на процесс в реакторе оценим по двум показателям. Один из них - интенсивность процесса, т. е. количество вещества, претерпевающего превращение в реакторе. Скорость реакции увеличивается с концентрацией (для тех кинетических уравнений, которые здесь рассматриваются, - вида г = кС ). С увеличением С (и Со) количество превращаемого вещества, интенсивность процесса будут возрастать. [c.116] С увеличением т степень превращения, естественно, увеличивается, и при т 00 получим из (2.145) х к / к + 2)-Вспомним из разделов 2.2.2 и 2.2.3 константа равновесия для обратимой реакции Ар = к /к2 и равновесная степень превращения Хр = Ар/(1 + Ар). Отсюда предельное значение х, достигаемое в реакторе, есть Хр. Это естественно - реакция протекает до равновесия. Зависимость х (т) представлена на рис. 2.45. Для сопоставления здесь же пунктиром показана зависимость х (т) для необратимой реакции. [c.117] Рассматриваемая реакция в прямом и обратном направлениях первого порядка, и начальная концентрация не влияет на степень превращения. [c.117] Влияние температуры. От нее зависят константы и 2, каждая из которых увеличивается с температурой. Изменение констант различным образом влияет на скорость реакции увеличивает, а к2 уменьшает скорость. Суммарный эффект зависит от интенсивности увеличения к и к2 с температурой. Оно различно для экзо- и эндотермических реакций. В разд. 2.2.3 показано 0р = = 2 - (уравнение (2.40)]. Для экзотермической реакции 0р О, Е2 Е VI 2 (и скорость обратной реакции) увеличивается с температурой сильнее, чем к (и скорость прямой реакции). Для эндотермической реакции это соотношение будет обратным. [c.118] Изменение зависимости х (т) для обратимой реакции с повышением температуры Т качественно можно установить из следующих рассуждений. Зависимость х (т) - монотонно возрастающая функция от X = О при т = О до Хр при т 00. С увеличением Т вначале, при т, близком к О, скорость реакции возрастает - вклад обратной реакции (здесь х 0) незначителен. Реакция протекает более интенсивно (левая часть фафика на рис. 2.46). С увеличением т степень превращения х асимптотически приближается к равновесной Хр. По правилу Ле-Шателье с ростом температуры равновесие в эндотермической реакции сдвигается в сторону образования продукта, т. е. Хр увеличивается. Эндотермическая реакция протекает интенсивнее - кривая 2 на рис. 2.46. В этом случае к, с температурой возросла больше, чем к2, и вклад прямой реакции в общую скорость превращения увеличился при всех х. Для экзотермической реакции влияние температуры на равновесие обратное Хр уменьшается. В реакторе процесс, протекающий более интенсивно с увеличением Т, затем снижает свою интенсивность - кривая 3 на рис. 2.46. В этом случае 2 увеличилась с температурой больше, чем к[, и вклад обратной реакции в общую скорость превращения при х, близких к Хр, увеличился. [c.118] Это отражено линией щ = 2 на рис. [c.119] С увеличением температуры процесс в реакторе будет протекать, естественно, интенсивнее. Насколько интенсивнее будут образовываться продукты R и S, зависит от соотношения энергий активации i и частных реакций. На рис. 2.47 пунктиром показано изменение профилей концентраций С(т) при увеличении температуры и условии Ei Ej- В этом случае соотношение концентраций r и С будет в пользу R. [c.120] Из этих результатов следуют и практические выводы. При равенстве порядков реакций в параллельной схеме превращения (и = П2) достигаемая в реакторе степень превращения не будет влиять на селективность процесса. Если П 2, то достижение высоких степеней превращения может быть нецелесообразным из-за уменьшения избирательности по продукту R. Если П 2, то увеличение степени преврашения благоприятно для селективности по продукту R. Повышение температуры благоприятно и для интенсивности, и для селективности процесса, если El Е2- В противоположном случае (Е Е2) снижение температуры благоприятно для селективности процесса в ущерб его интенсивности. [c.120] С увеличением температуры все процессы протекают интенсивнее. Если при этом скорость первой частной реакции возрастает больше, чем второй Е то максимум выхода R (концентрации r) не только будет раньше достигаться, но и окажется большим по величине. Селективность процесса также будет больше. Это показано на рис. 2.49 и 2.50 пунктиром. [c.122] Аналитическое решение (2.150) относительно С для реакций не первого порядка ограничено (разве только для и = 0,5 или 2). Удобнее определять т = W(Q/( - Со). [c.123] Характер влияния Т, Со, и на С(т) будет такой же, как и в рассмотренном выше процессе в режиме идеального вытеснения. Как пример на рис. 2.52,а показано влияние температуры, а на рис. 2.52,6 - порядка реакции на зависимость С(т). [c.124] Предельное значение х при т оо л = к / к + 2). Как было отмечено в разд. 2.7.1, оно отвечает равновесной степени превращения. Вид зависимости х (т) и влияние на нее температуры будут такими же, как в режиме ИВ. [c.124] Сложные реакции. Приведем только описание процесса и решение уравнений модели (частные реакции первого порядка). [c.124] Качественный характер зависимости С(т), влияние на нее температуры, а также изменение избирательности с изменением т будут такими же, как и в режиме идеального вытеснения (см. рис. 2.47-2.50). Читателю предлагается самому убедиться в этом. [c.125] Сопоставлять будем проточные реакторы в режимах идеального вытеснения и идеального смещения. Качественный характер зависимостей С(т) и дс(т), а также влияние параметров процесса на них совпадают. Проведем количественное сопоставление указанных процессов. Сравним их по интенсивности в каком режиме объем реактора Ур будет меньше для достижения одинаковой степени превращения при прочих равных условиях (Уо, 0), Т). На рис. 2.53 в одинаковом масштабе показаны зависимости С(т) для режимов ИС-н и ИВ при протекании реакции первого порядка с константой скорости к = 1. Из графиков видно, что для достижения одинаковой степени превращения или одинаковой конечной концентрации условное время в режиме идеального вытеснения Тив меньше той же величины в режиме идеального смешения Тис, т. е. Тив Тис- Соответственно так же будут соотноситься объемы реакторов Ур в Vn,и , т. е. процесс в режиме ИВ интенсивнее процесса в режиме И С. [c.125] Из приведенных данных видно, что при х 0,1 интенсивности процессов в режимах идеального смешения и вытеснения одинаковы (разница менее 5%). С увеличением х различие резко возрастает. Режим ИВ интенсивнее режима ИС почти в 4 раза при X = 0,9 и более чем в 20 раз - при х = 0,99. Соответственно будут различаться и объемы реакторов. [c.126] Проточный реактор идеального смешения удобен для процессов с медленной реакцией, когда необходимое время составляет минуты или десятки минут. В этом случае в емкости с перемешиванием можно обеспечить необходимое достаточно большое т. Реактор ИВ будет представлять собой длинную узкую трубу (чтобы реализовать поршневое течение) с большим гидравлическим сопротивлением. Но процесс в режиме ИС менее интенсивен, чем при ИВ, и объем реактора ИС может оказаться очень большим. Компромиссом является последовательность (каскад) реакторов в режиме идеального смешения, рассмотренная далее, в разд. 3.10.1. [c.127] При И] 2 процесс в реакторе ИВ и интенсивнее, и селективнее. При п 2 увеличение селективности процесса в реакторе ИВ происходит в ущерб его интенсивности. [c.127] В случае последовательной схемы превращения селективность по промежуточному продукту всегда уменьшается с глубиной превращения, и потому 5ис Режим идеального вытеснения и более интенсивен, и более селективен. В этом режиме также больше максимальный выход промежуточного продукта. [c.127] Вернуться к основной статье