Материал: II. хим реакторы

П р а к т и ч е с к и е в ы в о д ы . При n1 = n2 достигаемая в реакторе степень превращения не будет влиять на селективность процесса. Если n1 > n2, то достижение высоких степеней превращения может быть нецелесообразным из-за уменьшения избирательности по продукту R. Если n1 < n2, то увеличение степени превращения благоприятно для селективности по продукту R. Повышение температуры благоприятно и для интенсивности, и для селективности процесса, если Е1 > Е2. В противоположном случае (Е1 < Е2) снижение температуры благоприятно для селективности процесса в ущерб его интенсивности.

Сложная реакция с последовательной схемой превращения

СA = С0, СR = СS =0 при = 0.

Решим систему уравнений (4.22) относительно концентраций реагентов А, R и S:

Система (4.28) приобретает вид:

Система уравнений (4.29) в общем виде не имеет аналитического решения

Анализ процесса.

В а д и а б а т и ч е с к о м р е ж и м е теплообмена с окружающей средой (теплоносителем) нет, т.е. В = 0 и система (4.29) примет вид:

Решением системы уравнений (4.30) является линейная зависимость

Т - Тн = Tад(х - хн), (4.31)

где (Т - Тн) - разогрев реакционной смеси до достижения степени превращения х. Разогрев реакционной смеси не зависит пути превращения. Т.е. результат процесса (конечная Т) не зависит от изменения состояния химически реагирующей сис-мы (степени превращения) и не зависит от пути превращения, от кинетики

Зависимость х(Т) (рис. 4.15) адиабатического процесса представляет прямую линию с тангенсом угла наклона : tg = 1/ Tад, причем для экзотермической реакции наклон положительный (QP > 0 и Tад > 0), для эндотермической - отрицательный (QP 0 и Tад 0). Чем больше абсолютное значение Tад, тем

реакционная смесь будет сильнее разогреваться или охлаждаться (штриховая линия на рис. 4.15 для экзотермической реакции).

Рис. 4.15. Зависимость x(Т) для адиабатического процесса в режиме ИВ: 1 - эндотермическая реакция; 2, 3- экзотермическая реакция (сплошная линия соответствует Тад, штриховая -

Т’ад > Тад)

Изменение Т и х с в ходе экзотермического и эндотермического процесса показано на рис. 4.16 и 4.17.

Протекание реакции сопровождается ростом степени превращения х и уеличением (экзорис.4.16) или уменьшением (эндорис.4.17) температуры Т. Максимальный разогрев достигается при х→1 и равен Т’ад. На зависимость влияет исходная концентрация, увеличение которой ведет к повышению адиабатического разогрева ( Т’ад) и ускорению превращения (кривые 2 на рис. 4.16).

Со п о с т а в л е н и е а д и а б а т и ч е с к о г о п р о ц е с с а с и з о т е р м и ч е с к и м д л я РИ В и л и РИ С - п .

Если изотермический процесс осуществляется при температуре Т1 равной Тн (рис. 4.16 и 4.17 штиховые линии), то изотермический процесс в сравнении с адиабатическим экзотермическим будет менее интенсивным, а в сравнении с эндотермическим более интенсивным. Если температура изотермического процесса Т2 > Тн, то изотермический процесс будет интенсивнее адиабатического экзотермического, до тех пор, пока температура экзотермического процесса не станет равной Т2. В эндотермическом процессе при Т2 < Тн картина будет обратной. Если реакция обратимая, то общий характер зависимостей "х - " и "Т - " для экзо- и эндотермических реакций сохраняется, но процесс будет протекать только до равновесной степени превращения (рис. 4.18 зависимость хP(Т) и х(Т)). Пересечение этих линий соответствует максимальному разогреву в слое - Tmax.

Рис. 4.18. К определению максимального адиабатического разогрева Тmax при протекании обратимых экзотермической (а) и эндотермической (б) реакций; xр - равновесные степени превращения; прямые - адиабаты в режиме ИВ