4.2.9. Факторы, ограничивающие повышение температуры

_{Для интенсификации ХТП температуру процесса, как правило, повышают, так как скорость реакции при этом увеличивается. Однако в производственной практике существует ряд факторов, ограничивающих возможность интенсификации процесса путем повышения температуры. Рассмотрим эти случаи.}

_{1.Выбор температуры для смещения равновесия обратимой экзотермической реакции}

_A⇄R+Q

_{Для всех обратимых экзотермических процессов, протекающих с выделением теплоты, с повышением температуры уменьшается константа равновесия согласно уравнению:}

_{соответственно снижается равновесный выход продукта и при некотором повышении температуры кинетика процесса вступает в противоречие с термодинамикой его. Несмотря на повышение скорости прямого процесса, выход ограничивается равновесием (Рис.4.28).}

_{При низких температурах действительный выход (хд) определяется скоростью прямого процесса и поэтому растет с повышением Т. При высоких Т скорость обратного процесса увеличивается сильнее, чем прямого; поэтому выход xд, ограниченный равновесием, снижается с ростом Т. Таким образом, для данных условий процесса (Р, τ , СА,0 и пр.) имеется оптимальная температура Топт, которой соответствует наибольшая скорость и максимальный выход продукта xmax. При Т>Топт. выход хд – снижается (по сравнению с хmax ). Поэтому беспредельное повышение температуры нецелесообразно.}

_{2. Выбор температуры в случае побочных направлений процесса.}

_{В ряде процессов, особенно в технологии органических веществ, повышение температуры ограничивается возникновением побочных реакций с бόльшим температурным коэффициентом, чем в основной реакции. При этом выход продукта может сильно снижаться хп (см. рис. 4.28) еще до приближения к состоянию равновесия. Такой характер имеют кривые синтеза метанола, высших спиртов, крекинг мазута (из-за усиленного газообразования)}

_{3.Выбор температуры с учетом термической устойчивости исходного сырья или продуктов реакции.}

_{Например: 4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 +8SO2 +Q}

_{Если t>9000C, то образующийся расплав Fe2O3 заполняет промежутки (пустоты) между гранулами колчедана, - и реакция прекращается.}

_{Еще пример. При осуществлении реакции:}

_{4NH3 + 5O2→ 4NO +6H2O +Q}

_{температура процесса не должна превышать 850°С, так как выше 850°С разлагаются исходное вещество ( NH3 ) : 2NH3 ⇄ N2 +3H2O}

_{и продукт реакции: 2NO ⇄ N2 + O2}

_{4. Выбор температуры с учетом термостойкости материала аппаратуры}

_{Повышение температуры часто ограничивается термостойкостью конструктивных материалов, из которых изготовлены реакционные аппараты.}

_{Для защиты корпуса применяют футеровку реакторов огнеупорными материалами: шамотом ( предел устойчивости – 1400°С) или динасом ( предел устойчивости – 1600ОС). Применяют также карборунд и магнезитовые огнеупоры (на основе МgО), которые устойчивы до 2000°С.}

_{5. Выбор температуры с учетом расхода энергии.}

_{Из приведенной графической зависимости Е=f(T), где Е- расход энергии на поддержание определенной температуры, видно, что чем выше температура процесса, тем выше расход энергии, т. к. при ∆Т1=∆Т2 , ∆Е2>∆Е1}

_{В каждом конкретном случае устанавливается экономически рациональная температура, т.е. та температура, при которой затраты на ее достижение окупаются за счет интенсификации процесса. При этом Тэк.рац. ≤ Топт.технол..}

77