ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Условия реакции и конструкция реактора из "Технологические методы нефтехимического синтеза издание2" Главным назначением реактора является создание оптимальных условий реакции во всем реакционном объеме. К этим условиям относятся концентрация реагентов, температура и продолжительность реакции, давление, катализаторы, свет и др. Применение каждого из них накладывает свой отпечаток на конструкцию аппарата, в котором идет реакция. [c.44] В области конструирования химических реакторов накоплен большой практический опыт, однако теоретические обобщения появились относительно недавно. Ведущее место среди них принадлежит работам [2, 5, 7, 26, 321. [c.44] В предыдущей главе уже рассмотрены теоретические основы регулирования режима концентраций в различных реакторных устройствах и способы повышения эффективности процессов посредством регулирования концентраций реагентов и времени пребывания их в зоне реакции. Настоящая глава посвящена вопросам регулирования температуры. [c.44] Оптимальный температурный режим не соответствует режиму выделения (или поглощения) тепла в химической реакции. Для простых необратимых реакций оптимальной является постоянная максимально допустимая температура или же температура, постепенно повышаемая к концу реакции, чтобы отчасти компенсировать снижение скорости вследствие снижения концентрации сырья. [c.45] В конце простых обратимых эндотермических реакций также целесообразно поддерживать высокую температуру. В данном случае это диктуется стремлением не только повысить скорость реакции, но и сместить равновесие эндотермического процесса вправо. [c.45] Для простых обратимых экзотермических реакций следует держать высокую температуру сначала, 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 повысить степень конверсии. Чтобы полнее представить себе это, зададимся определенной степенью превращения сырья и рассмотрим, как повышение температуры отражается на времени, необходимом для достижения этой степени. [c.45] 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 скорссти реакции вблизи равновесного состояния. С наибольшей скоростью реакция идет между крайними значениями, где-то вблизи второго. Такая температура является оптимальной для достижения данной степени превращения. [c.46] Чем выше заданная степень превращения, тем ниже оптиУ1альная температура, необходимая для смещения равновесия вправо. Но при снижении температуры замедляется реакция, что обесценивает достигнутое повышеНоС степени превраш ения. [c.46] Выход из этой трудности находят в том, что ведут процесс посредством последовательного приближения к заданной степени превращения. Начинают процесс при температуре, оптимальной для какой-то начальной степени превращения, затем по ходу процесса температуру постепенно снижают, оставляя в каждой точке оптимальной для ближайшей степени превращения. В конце процесса температуру доводят до величины, оптимальной для заданной степени превращения. Для определения оптимального температурного режима таких процессов достаточно иметь экспериментальные данные о кинетике накопления целевого продукта в ходе реакции при различных температурах. Методика определения описана в литературе [2,5]. [c.46] Г1ри 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, откладывают против соответствующих значений температур. Температура, отвечающая максимальному значению скорости реакции на полученной кривой, и является оптимальной температурой для данной степени превращения. Для иллюстрации приводим график зависимости скорости окисления двуокиси серы от температуры при разных степенях превращения (рис. 8). [c.46] Оптимальный температурный режим сложных реакций определяется специфическими особенностями каждой реакции. При этом достигается максимальная скорость реакции, максимальный выход целевого продукта и наибольшая избирательность процесса. [c.47] Перечисленные здесь условия и требования, от которых зависит конструкция реактора, относятся лишь к регулированию температурного режима. Если необходимо решать и вопросы, связанные с регулированием концентрации, с требованиями к аппаратам, работающим при высоких давлениях, с защитой от коррозии, с необходимостью снижать расход металла, особенно специальных сталей, и т. д., то выбранная конструкция реактора едва ли сможет полностью удовлетворить большинству из предъявляемых ей требований. [c.48] Создать оптимальный температурный режим можно также с определенным приближением. В реальных условиях достигнуть одинаковой температуры во всем реакционном объеме можно только в реакторах полного смешения. Во всех других реакторах, дал е в самых совершенных, наблюдаются местные отклонения температуры в разных зонах реактора, иногда довольно большие. Необходимость изменять температуру по длине рабочей зоны реактора усложняет соблюдение оптимального режима, контроль за ним, а также сравнение и анализ работы реакторов, например при изменении размера реактора, его конструкции или режима работы. При любом из этих изменений изменяется режим в микрозонах реактора. Меняется распределение температуры в различных точках реакционного пространства. Чтобы контролировать такие температурные отклонения, необходимо замерять температуру в многочисленных точках, что практически невозможно. А без такого замера нельзя определить среднюю температуру и, следовательно, нельзя сравнивать работу реакторных устройств. [c.48] Можно обойти это затруднение, если среднюю температуру определять по средней скорости реакции, а показателем средней скорости реакции взять степень превращения сырья за определенный промежуток времени. Такая температура, эквивалентная средней скорости реакции, называется эквивалентной изотермической температурой [33]. [c.48] Простые необратимые процессы и обратимые процессы с благоприятным положением равновесия полностью характеризуются эквивалентной изотермической температурой. Для сложных и экзотермических реакций с неблагоприятным положением равновесия (требующим понижения температуры к концу реакции) необходимо учитывать влияние температуры не только на скорость, но и на направление и избирательность процесса. [c.49] Вернуться к основной статье