ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Факторы, влияющие на течение реакций из "Оборудование производств Издание 2" Реактор любого назначения и любой конструкции должен обеспечивать протекание в нем основной реакции с максимальной скоростью и наибольшим в заданных условиях выходом. Этого можно достичь при некоторых определенных оптимальных значениях следующих основных параметров температуры, состава исходной смеси, давления, времени контакта и характеристик катализатора. [c.70] Наиболее просты закономерности для гомогенных реакций. Однако в промышленности гораздо чаще осуществляют реакции, в кйторых участвуют две фазы или более. К таким реакциям, в частности, относятся реакции в присутствии твердых катализаторов. Для них существенна не только скорость протекания химического превращения, но и скорость переноса реагирующих веществ между фазами. Суммарная скорость обычно определяется одной из этих скоростей. Соответственно говорят о кинетической и диффузионной областях протекания реакций. Промежуточные области имеют место значительно реже. Это обстоятельство надо обязательно учитывать при анализе влияния отдельных факторов на течение процесса и его результаты. [c.70] Температура. Большинство реакционных процессов сопровождается выделением или поглощением тепла. Поэтому для поддержания в реакторе требуемого теплового режима необходимо соответственно отводить или подводить тепло извне. Теплообмен может осуществляться с помощью теплоносителя или хладоагента через стенку, ограничивающую реакционный объем, или потоком реагирующего вещества (или катализатора). Соответственно эти способы получили формальное название изотермического и а аиа-батического процессов. Ни тот, ни другой способ теплообмена не обеспечивает оптимального температурного режима, хотя, исходя из удобства конструктивного оформления, реакторы, использующие оба эти принципа, применяются очень широко. [c.70] Линия АА соединяет точки, отвечающие максимальным скоростям реакции при различной Конверсии. [c.71] Как правило, для наилучшего использования катализатора реакцию следует проводить, изменяя температуру по мере увеличения конверсии. Это можно показать на примере обратимых экзотермических реакций, не сопровождающихся побочными процессами. Подробный анализ этих реакций сделан Боресковым . [c.71] На рис. III. 1 изображена зависимость скорости реакции от температуры при различной конверсии. Подобные графики могут быть построены на основании экспериментальных данных, представленных в форме кривых X — т (где т — время контакта). Для этого к экспериментальным кривым, соответствующим различным температурам, проводят касательные в точках, отвечающих одному и тому же значению х. Величины тангенсов углов наклона этих касательных, равные значениям скоростей реакций, откладывают против соответс.твующих температур температура, отвечающая максимальному значению скорости реакции на полученной кривой, и является оптимальной при данной конверсии. [c.71] Наличие максимума на кривых может быть объяснено следующим. При низких температурах, когда можно пренебречь обратным процессом, скорость реакции с повышением температуры будет увеличиваться. Однако равновесная конверсия для экзотермических реакций с повышением температуры снижается. Поэтому при какой-то достаточно высокой температуре скорость реакции может стать равной нулю. Значит, при какой-то более низкой температуре она должна проходить через максимум. [c.71] С повышением температуры при данной конверсии (что соответствует движению в сторону возрастающих температур параллельно оси абсцисс) скорость. реакции вначале увеличивается, достигает максимума в точке пересечения с кривой оптимальных температур, затем уменьшается до нуля (при температуре, отвечающей равновесному выходу). [c.71] Как видно из рис. III. 1, единой оптимальной температуры длй всего процесса не существует, а каждому значению конверсии соответствует своя оптимальная температура. В начале процесса следует поддерживать высокую температуру, а затем постепенно понижать ее по мере увеличения х. [c.72] Кривую оптимальных температур удобно изображать в координатах X — t (рис. III. 2). На диаграмме нанесена также равновесная кривая (скорость реакции равна нулю) и построены (на основании данных рис. III. 1) кривые, которые соответствуют скоростям реакции, составляющим определенную долю (например, 0,9 или 0,8) максимально возможной скорости реакции при данной конверсии. [c.72] Диаграммы х — t помимо расчетных целей полезны для оценки работы реакторов. Нанося на них рабочие температуры и конверсию, можно сразу установить, в какую сторону и насколько отклоняется температурный режим от оптимального. [c.72] Для обратимых экзотермических реакций, сопровождающихся побочными процессами, определение оптимальных температур более сложно. То же относится и к обратимым эндотермическим реакциям. В последнем случае с ростом температуры возрастает не только скорость реакции, но и равновесная конверсия. [c.72] Из этого следует, что при проведении обратимых эндотермических реакций необходимо стремиться к максимально допустимым, температурам. Однако при высоких температурах возрастает роль побочных реакций, с которыми и следует считаться при выборе оптимального режима. [c.72] Давление. Влияние давления на течение реакций, помимо общеизвестных зависимостей, определяемых принципом Ле-Ша-телье и связью между давлением и константой скорости реакции (связь эта заметна при высоких давлениях), проявляется еще и в изменении скорости самого процесса, связанном с характером кинетической зависимости. [c.73] Оптимальное давление должно выбираться исходя из соображений, подобных высказанным при рассмотрении вопроса об оптимальной температуре. Дело в том, что изменение давления, приближающее к состоянию равновесия, одновременно приводит к замедлению реакции (при равновесии скорость реакции w = Q). Такое изменение давления выгодно лишь до тех пор, пока скорость процесса остается достаточно высокой. Наоборот, удаление от состояния равновесия, приводящее к ускорению реакции, выгодно лишь до тех пор, пока выходы остаются в приемлемых пределах. [c.73] Для реакции дегидрирования циклогексана К = 10- кгс/см при 200°С. [c.74] Нужно иметь в виду, что применение давлений, отличных от атмосферного, связано с удорожанием аппаратов и усложнением ведения процессов. Поэтому окончательный выбор оптимального давления необходимо делать с учетом этих факторов. [c.74] Очевидно, что если п т, то при увеличении т избирательность будет повышаться, при пат — понижаться. [c.74] Время контакта должно поддерживаться на оптимальном уровне в течение всего процесса. [c.75] Состав смеси. Для реакций, в которых принимают участие два или более реагирующих вещества, существенным является вопрос об оптимальном соотношении последних в исходной смеси. При этом нужно различать два случая когда реакция протекает вблизи равновесия и вдали от него. [c.75] Вернуться к основной статье