лекции / все лекции по охт
.pdf
Пусть в реакторе протекает реакция n-го порядка
dсА/d = WА = -ксАn = -ксА0(1-хА)n;
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
|
|
V |
|
V τ |
|
|
(1 x |
) |
|
|
(1 x |
) |
|
|
V |
|
V τ |
|
|
(1 x |
) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
см |
|
0 |
см |
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n≠1 |
см |
|
0 |
см |
|
|
A |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
V |
|
V τ |
|
|
dx |
|
|
|
|
|
1 |
(1 |
x |
|
|
1 n |
1 |
V |
|
V τ |
|
ln |
1 |
|
|||
В |
|
0 |
В |
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
) |
|
В |
|
0 |
В |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
(1 x |
|
) |
|
|
n 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 x |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
||||
|
|
|
|
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
n=1
C увеличением порядка реакции и степени превращения эффективность РИВ возрастает по сравнению с РИС-Н; При n=0 реакторы имеют одинаковый объем независимо от xA.
Графический метод определения времени пребывания в реакторах идеального смешения ( ис) и вытеснения ( ив)
τ |
|
|
с с |
||
|
|
0 |
к |
||
|
СМ |
|
r(с |
) |
|
|
|
|
к |
|
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
|
к |
dс |
|
τВ |
|
||||
А |
|||||
|
|
|
|
||
|
|
|
С |
r |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
0 |
|
|
общая химическая технология |
27 |
•Б) Сложные реакции
•Сложная реакция с параллельной схемой превращения
•Дифференциальная селективность:
•
|
|
|
|
|
|
dc |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W |
|
( |
А |
) |
|
|
|
|
|
n1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
dτ |
|
A R |
|
|
k c |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
||||||
|
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
S |
|
A R |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
R |
W |
dc |
|
|
|
|
n1 |
|
|
|
|
n2 |
|
k |
|
|
n2 n1 |
||||||
|
|
|
|
|
|
k c |
k |
c |
1 |
|
2 |
c |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
А |
( |
|
A |
) |
|
|
1 |
A |
|
|
2 |
|
A |
|
k1 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dτ |
|
A R и S |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
•Влияние концентрации и соотношения порядков целевой и побочной реакций показано на рисунке. Интегральная селективность в общем случае:
|
|
NR |
|
cR |
|
|
1 |
cA |
|
|
|
1 |
xA |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
' |
|
|
|
' |
|
||||||
SR |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
SR |
dcA |
|
|
|
SR |
dxA |
NА0 |
NА |
cA0 |
cA |
cA0 |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
cA c |
|
|
|
xA x |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A0 |
|
|
|
|
A0 |
|
|
Влияние концентрации и порядка реакций на S R
ВЫВОДЫ для параллельной схемы превращения
•В РИС-Н интегральная селективность равна дифференциальной при конечной концентрации вещества А
•SR см = S R(сК).
•В РИВ интегральная селективность равна среднеинтегральной величине между S R(с0) и S R(сК).
•Из рис. следует:
при n1 = n2 SRВ = SR см;
при n1 > n2 с ростом концентрации сА растет S R. Концентрация в РИВ всегда выше, чем в РИС-Н, поэтому SRВ > SR см;
при n1 < n2 с ростом концентрации сА падает S R.
Минимальная концентрация сК в РИС-Н на всем протяжении процесса, поэтому SRВ < SR см.
Последовательные реакции
•Например, две реакции 1-го порядка:
W А= -r1
W |
r |
i |
ij j |
|
j |
; W R = r1 - r2; W s = r2;
S |
/ |
|
WA R |
|
k1CA k2CR |
1 |
k2CR |
; |
R |
W |
|
|
|||||
|
|
|
k1CA |
|
k1CA |
|||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
Выводы
для последовательной схемы превращения
Высокую селективность процесса по промежуточному веществу R можно получить при больших концентрациях А и малом содержании промежуточного R, т.е. при небольшой степени превращения исходного вещества.
Влияние температуры на селективность в последовательной реакции аналогично параллельной схеме превращения.
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.