Селективность различных реакций

n1 и n2	WR/WS	φR = f(CA)	φR = f(XA)	рекомендуемый тип реактора
n1 > n2 n1 - n2 = a				РИВ
n1 < n2 n1 - n2 = - a				РИС - Н
n1 = n2 n1 - n2 = 0		Не зависит от СА и ХА		Любой

Последовательные реакции

Ограничимся случаем реакций первого порядка, протекающих без изменения объема. Кинетические уравнения будут

1)

2)

3)

Первое уравнение описывает скорость расходования вещества А. Второе - результирующую скорость накопления продукта R. Если целевой продукт – R, то соотношение скоростей образования R и S будет

Уравнение показывает, что селективность будет тем больше, чем выше концентрация исходного реагента и соотношение k₁/k₂ .

Зависимость селективности от степени превращения

Для элементарного объема РИВ для реакции

,

протекающей без изменения объема cмеси и при равенстве a = r = s селективность будет

Выход продукта Ф или Χ

В РИС - Н эта зависимость

Зависимость селективности от степени превращения позволяет выбрать оптимальную модель реактора для максимального выхода целевого продукта.

Следовательно, при проведении последовательных реакций более высокая селективность достигается в РИВ и РИС – П.

Селективность также зависит от соотношения k₁ / k₂ .

Если константа скорости второй реакции k₂ значительно больше первой k₁ (k₂ >> k₁), высокая селективность достигается только при малых степенях превращения и резко падает при высоких степенях превращения. Для получения высокой селективности такие процессы следует осуществлять по циклической схеме при малой степени превращения исходного сырья за один проход через реактор. Целевой продукт извлекается из реакционной смеси с последующей рециркуляцией непрореагировавшего сырья.

Если k₂ << k₁, можно одновременно достичь высокой селективности и степени использования сырья без введения рецикла.

φ 1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

X

С елективность процесса по промежуточному продукту при последовательной реакц ии ( РИВ, РИС – Н )

Выход целевого продукта, селективность и степень превращения зависят от модели реактора. Если селективность с увеличением степени превращения уменьшается (а, б), выход будет уменьшаться. В этом случае площадь под кривой больше площади прямоугольника, поэтому предпочтительнее РИВ и РИС – П. К – РИС занимает промежуточное положение.

Если с увеличением степени превращения селективность возрастает, то лучше использовать РИС – Н. В этом случае применение каскада не рекомендуется, т. к. выход в нем будет ниже, чем в единичном реакторе.

а ) φ_R б)

1.0

X_A,K X_A X_A,K X_A

в) φ_R

1.0

X_A,K X_A

Зависимость селективности от степени превращения для необратимой реакции