Обратимая экзотермическая реакция

Обратимая экзотермическая реакция. Влияние температуры на степень и скорость превращения.Графическая зависимость.Обоснование оптимального температурного режима

Для изучения влияния температуры на скорость обратимой реакции рассмотрим зависимость  при , то есть при заданном составе реакционной смеси. Сначала рассмотрим случай для обратимой экзотермической реакции. Для этого воспользуемся диаграммой (см. рис. 4).

Рис. 4  диаграмма а). и зависимость скорости реакции от температуры при различных степенях превращения от б).

Кривая  дает равновесные степени превращения при различных температурах. Каждая из горизонтальных линий (пунктирных), проведенных при различных фиксированных степенях превращениях, отвечает состояниям процесса при заданной  и разных температурах.

Будем двигаться по одной из линий, например  слева на право и определять значения скорости реакции (рис. 4б). При малых значениях  далеких от , при которой  будет являться равновесной, скорость реакции будет определяться, в основном, скоростью прямой и возрастать с ростом температуры почти экспоненциально (пунктир на рис. 4б)).

По мере продвижения по линии  вправо, то есть с увеличением температуры, будем приближаться к равновесной линии, что означает усиление влияния обратной реакции, и зависимость  будет все больше отклоняться от экспоненциальной. Для обратимой экзотермической реакции () скорость обратной реакции с ростом температуры увеличивается сильнее, чем скорость прямой. Начиная с некоторой температуры возрастание скорости обратной реакции будет превалировать над возрастанием скорости прямой. Как результат – скорость обратимой реакции начнет уменьшаться с ростом температуры., пока не станет равной нулю при , когда . Таким образом, зависимость  в данном случае имеет экстремальный характер и проходит через максимум.

Температура, при которой скорость обратимой реакции достигает максимума при заданной степени превращения, называется оптимальной температурой (*- на кривых и диаграмме ).

Выполнив подобные действия несколько при различных степенях превращения и соединив точки оптимальных температур, получим линию оптимальных температур (ЛОТ) – значения , при которых скорость реакции при каждой фиксированной  достигает максимального значения.

ЛОТ помогает выбрать теоретически оптимальный режим по температуре.

Вывод. Для достижения максимальной интенсивности гомогенного процесса с обратимой экзотермической реакцией оптимальным температурным режимом является такой, когда процесс начинается при высокой температуре, а затем в ходе процесса (по мере увеличения степени превращения) снижают по линии оптимальных температур.

Оптимальную температуру при построении ЛОТ определяют как максимум функции , для которой , или используя соотношение (5)

Для каждого значения  существует температура , при которой степень превращения  станет равновесной. Поэтому для расчета  используется соотношение