ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Условия реакции и конструкция реактора из "Технологические методы нефтехимического синтеза" Главным назначением реактора является создание оптимальных условий реакции во всем реакционном объеме. К этим условиям относятся концентрация реагентов, температура и время (продолжительность) реакции — не--ъемлемые средства управления любым химическим процессом. Существует и ряд других средств воздействия на протекание химической реакции давление, катализаторы, свет и др. Применение каждого из них накладывает свой отпечаток на конструкцию аппарата, в котором идет реакция. [c.39] В области конструирования химических реакторов накоплен большой практический опыт, однако теоретические обобщения появились относительно недавно. Ведущее место среди них принадлежит работам советских авторов [8, 9, 10, 13, 18]. [c.39] В предыдущей главе уже рассмотрены теоретические основы регулирования режима концентраций в различных реакторных устройствах, показаны пути повышения эффективности процессов посредством регулирования концентраций реагентов и времени пребывания их в зоне реакции. Настоящая глава посвящена вопросам регулирования температуры. [c.39] Оптимальный температурный режим, т. е. режим, даю- щий наибольшую скорость и избирательность процесса,, не соответствует режиму выделения (или поглощения) тепла в химической реакции. [c.40] Для простых необратимых реакций оптимальной является постоянная максимально допустимая температура или же постепенное повышение температуры к концу реакции, чтобы отчасти компенсировать снижение скорости реакции, происходящее вследствие снижения ког центрации сырья. [c.40] Для простых обратимых эндотермических реакций также целесообразно поддерживать высокую температуру к концу реакции. В данном случае это диктуется не только стремлением повысить скорость реакции, но и стремлением сместить равновесие эндотермического процесса вправо. [c.40] Для простых обратимых экзотермических реакций следует держать высокую температуру в начале процесса, чтобы достигнуть максимальной скорости реакции, и снижать ее к концу, когда процесс приближается к состоянию равновесия. Здесь высокая температура вызывает смещение равновесия влево, а при понижении ее в конце процесса можно уменьшить смещение и тем самым новы-, сить степень конверсии. [c.40] Чтобы полнее представить себе это явление, зададимся определенной степенью превращения сырья и рассмотрим, как повышение температуры отразится на времени, которое необходимо для достижения этой степени. [c.40] В первом случае реакция идет медленно из-за низкой температуры. Во втором случае для доведения процесса до заданной степени превращения также требуется длительное время вследствие ничтожной скорости реакции вблизи равновесного состояния. Наибольшая скорость будет при температуре, которая лежит между этими двумя крайними точками, где-то вблизи второй точки. Такая температура явится оптимальной для достижения данной гепени превращения. [c.41] Естественно, что чем выше заданная степень превращения, тем ниже будет оптимальная температура. Последнее диктуется необходимостью сместить равновесие реакции вправо. Но, в то же время, снижение температуры — это замедление всего технологического процесса, которое обесценивает достигнутое повышение степени превращения. [c.41] Выход из этой трудности находят в том, что ведут процесс посредством последовательного приближения к заданной степени превращения. Начинается процесс при температуре, оптимальной для какой-то начальной степени превращения, затем по мере хода процесса температура постепенно снижается, оставаясь в каждой точке оптимальной для ближайшей к уже достигнутой степени превращения. В конце процесса она достигает величины, оптимальной для заданной степени превращения. [c.41] Оптимальный температурный режим обратимого экзотермического процесса заключается в постепенном понижении температуры от начала к концу процесса в соответ-/ствии с оптимальными температурами последовательных стадий превращения [8]. Для определения оптимального температурного режима таких процессов достаточно иметь экспериментальные данные о кинетике накопления целевого продукта в ходе реакции при различных температу- рах. Методика определения описана в [9]. [c.41] При графическом определении к экспериментальным кривым, отображающим течение реакции при различных температурах в координатах степень превращения — время, проводят касательные в точках, отвечающих одной и той же степени превращения. Величины тангенсов углов наклона этих касательных, равные значениям скоростей реакции, откладываются против соответствующих темпе--ратур. Температура, отвечающая максимальному зпаче- нию скорости реакции на полученной кривой, и является оптимальной температурой для данной степени превращения. [c.42] Для иллюстрации приводим график зависимости скорости окисления двуокиси серы от температуры при разных степенях превращения (рис. 7), взятый из той же монографии [8]. [c.42] Оптимальный температурный режим сложных реакций определяется специфическими особенностями каждой реакции и основное его назначение не только в достижении максимальной скорости реакции, но главным образом в достижении максимального выхода целевого продукта, в обеспечении наибольшей избирательности процесса. [c.42] Выбор конструктивных решений зависит также от температуры процесса, которой определяется выбор теплоносителей и ряд других конструктивных особенностей. [c.43] Перечисленные здесь различные условия и требования, от которых зависит конструкция реактора, относятся лишь к задаче регулирования температурного режима. Если же необходимо решать и вопросы, связанные с регулированием концентрации, с требованиями к аппаратам, предъявляемыми работой при высоких давлениях, с защитой от коррозии, с необходимостью снижения расхода металла и особенно расхода специальных сталей и т. д., то выбранная конструкция реактора едва ли сможет полностью удовлетворять хотя бы большинству из предъявляемых ей требований. [c.43] Стремление к созданию оптимальных температурных условий также удается выполнить лишь с определенным приближением. В реальных условиях достигнуть одинаковой температуры во всем реакционном объеме можно только в реакторах полного смешения. Во всех других видах реакторов, даже в самых совершенных, наблюдаются местные отклонения температуры в разных зонах реактора и иногда довольно большие. А так как соблюдение оптимального режима нередко требует изменения температуры по длине рабочей зоны реактора, то это тем более усложняет поддержание такого режима и контроль за ним. [c.43] Можно обойти это затруднение, если среднюю температуру определять по средней скорости реакции, а показателем средней скорости реакции взять степень нревра- щепия сырья за определенное время. Такая температура, эквивалентная средней скорости реакции, получила название эквивалентной изотермической температуры [21]. [c.44] Для получения сравнимых условий в различных реакторах, работа каждого из них приравнивается к работе воображаемого изотермического реактора, имеющего тот же объем. Температура, которую необходимо поддерживать в этом изотермическом реакторе для получения той же степени превращения, что и в реальном, и будет эквивалентной изотермической температурой. Способы вычисления этой температуры описаны в работе А. П. Зиновьевой 121]. [c.44] Вернуться к основной статье