лекции / Лекция7-ОХТ-2022-весна
.pdf
ЛЕКЦИЯ 7
СРАВНЕНИЕ И ВЫБОР ЭФФЕКТИВНОГО РЕАКТОРА ДЛЯ НЕИЗОТЕРМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
II. НЕИЗОТЕРМИЧЕСКИЕ РЕАКТОРЫ РИВ И РИС-Н
А) Простые реакции. Главным показателем при выборе реактора для простых реакций является по-прежнему скорость процесса или интенсивность. Скорость зависит от концентрации и температуры. Рассмотрим влияние концентрации и температуры на скорость реакции на примере адиабатического протекания процесса. На рис. показаны изменения концентрации, температуры и скорости реакции в обоих реакторах при проведении экзо и эндотермических реакций (l –длина РИВ, y – координата (объем) РИС-Н).
Видно, что для эндотермической реакции (необратимой или обратимой) более эффективным будет РИВ, там скорость всегда выше. Для реакции А → R + Q возможны 2 случая 1 и 2.
1- на некотором протяжении процесса на скорость реакции подъем температуры влияет сильнее, чем снижении концентрации исходного вещества. В результате скорость реакции для РИВ и РИС-Н растет, причем для РИВ она пройдет через mах. (после mах тепловыделение снижается, т.к. падает скорость реакции из-за значительного уменьшения концентрации.
2 – на всем протяжении процесса влияние концентрации на скорость реакции сильнее, чем влияние температуры, тогда предпочтительно использовать РИВ, там скорость будет выше чем в РИС-Н.
РИСУНОК
Во 2-м случае, когда на скорость реакции температура влияет сильнее, чем концентрация, для получения максимальной скорости на всем протяжении процесса выгодно взять систему из 2-х реакторов РИС-Н и РИВ (рис.).
РЕАКТОРЫ ДЛЯ ОБРАТИМОЙ ЭКЗОТЕРМИЧЕСКОЙ
РЕАКЦИИ
Эффективное проведение обратимых
экзотермических реакций требует, как известно
(см. лекцию «гомогенные процессы»),
приближения режима процесса
к ЛОТ «см. зависимости r(T) и х(Т)».
Такое приближение к ЛОТ
можно осуществить, например,
если секционировать реакционную
зону, т.е. разделить ее на участки,
(слои катализатора, если реактор –
каталитический) и отводить тепло
от нагретой реакционной смеси за
счет реакции после каждого
участка (см. рис. реактора ниже).
Пример реактора для проведения обратимой экзотермической реакции и режим процесса в нем
ПРИМЕРЫ РЕАКТОРОВ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ОБРАТИМЫХ ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
а) полочный аппарат с вводом холодного газа и теплообменниками;
По аналогии с предыдущим слайдом изобразите изменение параметров процесса
в реакторе.
б) трубчатый реактор.
Рис. Изменение параметров
в трубчатом реакторе
АВТОТЕРМИЧЕСКИЕ РЕАКТОРЫ
Рассмотренные примеры реакторов для проведения обратимых экзотермических реакций относятся к группе автотермических реакторы, в которых поддержание необходимой температуры осуществляется за счет теплоты химического процесса (за счет внутренних источников) без использования внешних источников энергии. Такие химические реакторы, широко используются в крупнотоннажных производствах, например, серной и азотной
кислот, аммиака...
Б) Сложные реакции
Селективность процесса зависит не только от концентрации и порядков реакции (целевой и побочной), но и от соотношения констант скоростей реакций.
|
/ |
|
|
W |
|
|
k c |
n1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
S |
|
R |
|
A R |
|
|
1 |
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
W |
|
n1 |
k c |
n2 |
|
k |
2 |
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|||||||||
|
|
|
k c |
|
|
|
n2 n1 |
|
|
|
) |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
c |
|
|
|
|
( E |
-E |
|
||||
|
|
|
|
А |
1 |
A |
|
|
2 |
A |
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
n2 n1 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k1 |
A |
1 |
|
20 e |
RT |
c |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k10 |
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Повышение температуры благоприятно и для интенсивности, и для селективности процесса, если Е1 > Е2 (Е1 - энергия активации целевой реакции). В противном случае (Е1 < Е2) для роста селективности благоприятно снижение температуры процесса, но при этом падает его интенсивность.