ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Влияние параметров процесса на удельную производительность реакторов из "Теория химических процессов основного органического и нефтехимического синтеза Издание 2" К роме типа реакторов или их сочетаний на удельную произ1Во-дительность большое влияние оказывают параметры процесса, а именно начальные концентрации или парциальные давления реагентов, их мольное соотношение, степень конверсии и температура. [c.324] Для 1)еакций С кинетическим уравнением г= Ра/(1 + ЬРа) или г= Са/(1+- а) удельная производ11тельность растет при повышении начальных концентраций или парциальных давлений по затухаюш,ей кривой (рис. 84, кривая 3). Кроме того, лри гетерогенном катализе знаменатель кинетического уравнения нередко находится (В квадрате, например / =йРа/(1+ Ьг/ г) - Тогда в зависимости от значений 6/ и Ха удельная производительность может при определенном начальном парциальном давлении реагента А проходить через максимум (кривая 5). Очевидно, в последнем случае может наблюдаться оптимум давления по удельной производительности. Его можно найти решением уравнений удельной производительности для данного кинетического уравнения и типа реактора. Это наиболее просто осуществить для аппаратов полного смешения, чем и объясняется, что дальнейшие примеры данного раздела относятся именно к такому типу реакторов. [c.325] Пример 1. Найти общее решение условий максимальной удельной производительности реактора полного смешения для реакции с кинетическим уравнением г= Ра/(1+6а а) и проанализировать его, если е=0. [c.325] Следовательно, максимум удельной производительности достигается при тем меньшем начальном парциальном давлении реагента, чем выше его адсорбционный коэффициент и ниже степень конверсии. [c.326] Для обратимых реакций типа А В, 2А 2В или 2А,ч В изложенные зависимости сохраняют свое значение, однако обратимые реакции расщепления Ач В + 2 имеют одну важную особенность. С точки зрения термодинамики здесь следует снижать парциальное давление Рд, о, чтобы повысить равновесную степень конверсии, а с позиций химической кинетики Рд, о целесообразно повышать, чтобы ускорить прямую реакцию. В результате имеется некоторое парциальное давление, при котором удельная производительность реактора становится максимальной. [c.326] Следовательно, оптимальное для удельной производительности начальное парциальное давление реагента пропорционально константе равновесия, растет при повышении е и падает с увеличением степени конверсии Хк- Это означает, что для реакций с низкой константой равновесия (дегидрирование алкилбензолов, бутана и изопентана) максимальная удельная производительность достигается при парциальном давлении их ниже атмосферного. [c.326] В связи с изложенным следует отметить, что для газофазных реакций с фиксированным общим давлением и кинетическими уравнениями типа г=ЬРаРч или г=йРа-Ру/(1-НЬдРа+Ьу-Ру) и т. п. удельная производительность реакторов всегда имеет максимум при определенном соотнощении реагентов. [c.327] Пример 3. Для газофазной реакции A-t-Y— -B+Z с кинетическим уравнением r=kPAPy найти общее решение для максимума удельной производительности реактора полного смешения в зависимости от избытка второго реагента Py и проанализировать его. Сравнить удельную производительность ири Ру=1, Pv, макс и ру=5 при Ха=0,90. [c.327] Таким образом, максимум удельной производительности достигается при тем большем избытке второго реагента, чем выше степень конверсии Хл. [c.327] Зависимость скорости обратимой экзотермической реакции от температуры при разной степени конверсии. [c.328] Таким образом, кроме реакций нулевого порядка, удельная производительность существенно зависит от степени конверсии, падая до нуля при Ха— 1 или Ха— Ха. Последнее показывает, что для полного завершения реакции требуется бесконечно большой объем реактора, что практически невозможно. Это — одна из причин широко распространенного в промышленности неполного превращения реагентов, которые после разделения смеси возвращают на реакцию (рецикл исходных реагентов). [c.328] Для экзотермических реакций Кс падает с температурой, и поэтому двучлен в квадратных скобках уменьшается с повышением как степени конверсии, так и температуры, дричем пр приближении к равновесию он стремится к нулю. Когда движущая сила обратимой реакции (Хд—Хк) еще велика, повышение температуры сказьсвается главным образом на увеличении константы скорости, и г= Сд, о(- д—Хх) растет. Однако при малом значении (Хд—Хд) для повышения скорости становится выгодным увеличить эту разность, т. е. понизить температуру реакции. Следовательно, при каждой степени конверсии,, кроме Хд=0, для обратимой экзотермической реакции имеется некоторая температура, при которой скорость процесса и производительность реактора максимальные (рис. 86). Эта температура тем ниже, чем выше степень конверсии, и для данного случая выгоден постепенно понижающийся профиль температур (рис. 87), Последнее относится к реакторам периодического действия и идеального вытеснения. При безградиентных условиях, когда реактор работает при постоянной температуре, оптимум последней определяется ординатой кривой при заданной степени конверсии, а при использовании каскада реакторов полного смешения температуру нужно менять ступенчато в соответствии с принятой для каждого реактора степенью конверсии. [c.329] Пример 4. Для обратимой экзотермической реакции A=ptB найдены А с,298=19Д АЯ=—75 000 Дж/моль, 1=3-107 ехр(—48600// Г) мин- . Найти оптимальный профиль температуры для реактора идеального вытеснения и оптимальную температуру для аппарата полного смешения при Ха=0,60,. если верхний предел температур составляет 65 °С. [c.329] Изображаем полученные данные в координатах г — i (рис. 86). Для каждой степени конверсии при определенной температуре имеется максимум скорости. По точкам этих максимумов строим оптимальный профиль температур для реактора идеального вытеснения (см. рис. 87). По ординате при А=0,60 находим, что для единичного реактора полного смешения оптимальной будет температура 42,5 °С. [c.330] Вернуться к основной статье