Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ЗХТ-Комплекс.doc
Скачиваний:
9
Добавлен:
09.11.2019
Размер:
6.3 Mб
Скачать

11.9. Селективність, вихід, ступінь перетворення

Припустимо, що в результаті складного хімічного перетворення утворюється кілька продуктів – цільовий і небажаний (побічний):

аАrR

аАsS

Під селективністю (φ) розуміється відношення цільового продукту R, отриманого в результаті реакції, до кількості перетвореної вихідної речовини А:

,

де NR і NA – кількість молів речовини R і А.

Значення селективності змінюється від 0 до 1.

Вихід визначається як відношення кількості отриманого цільового продукту R до кількості вихідної речовини, завантаженої в реактор

.

Вихід може мінятися від 0 до 1.

Ступінь перетворення .

Одержуємо залежність Ф = φ х .

Повна чи інтегральна селективність φ – це відношення кількості вихідного реагенту, що витрачається на цільову реакцію, до загальної кількості вихідного реагенту, що перетворився в результаті реакції.

Миттєва чи диференціальна селективність - відношення швидкості перетворення вихідних реагентів у цільовий продукт до сумарної швидкості витрати вихідних реагентів: .

11.9.1. Вплив температури на селективність. Вплив температури на селективність пов'язаний з типом моделі реактора. Так реактори змішування працюють в ізотермічному режимі, а реактори витіснення мають або адіабатичний режим, або політермічний.

Вплив температури виражається рівнянням Арреніуса:

,

де k0 – передекспоненційний множник;

Е1, Е2 – енергії активації основної і побічної реакції.

Вплив температури на селективність залежить від співвідношення енергій активації паралельних реакцій. Якщо енергія активації основної реакції вище Е1 > Е2 , то при низьких температурах швидкість побічної реакції вище, ніж основної. Тому при низькій температурі селективність мала. Підвищення температури призводить до зростання швидкості і збільшення селективності. Якщо ж Е1 < Е2 , то підвищення температури недоцільне.

У залежності від співвідношення Е1 і Е2 вплив температури на селективність різний. Змінити це співвідношення можна проведенням процесу в присутності селективного каталізатора, що буде знижувати енергію активації цільової реакції і підвищувати вихід за низької температури.

Для РІЗ – Б величини Х, ФR і φ у всьому об’ємі сталі і тому зв'язок між цими параметрами можна виразити рівнянням:

Ф = φ х

Для РІВ ці ж величини міняються по довжині реактора, тому для нього застосовують вираз:

Графічне зображення цих рівнянь дозволяє установити тип реактора, що забезпечує максимальний вихід цільового продукту.

Для паралельних реакцій: ,

.

Селективність можна виразити рівнянням:

,

тобто селективність є функцією відношення R/ s .

З рівняння випливає, що при сталій температурі в кожному конкретному випадку, коли відомий порядок основної і побічної реакції, селективність залежить тільки від концентрації СA, тому що відношення констант швидкості реакції k1/k2 у цих умовах стале. Тому в залежності від різниці n1 – n2 вплив СA на φR може бути або позитивним, або негативним.

Якщо порядок основної реакції вище порядку побічної реакції, тобто n1 > n2 , отже n1 – n2 = а.

Тобто при збільшенні концентрації вихідної речовини С А селективність зростає. Отже, для досягнення високої селективності вигідно підтримувати високу концентрацію вихідної речовини, тобто вигідно застосовувати РІВ чи РІЗ–К, тому що в цих реакторах середня концентрація реагенту СА вище, ніж у РІЗ – Б.

Якщо порядок основної реакції нижче порядку побічної реакції, тобто n1 < n2 , отже n1 – n2 = -а, то аналогічно одержимо:

З цього рівняння видно, що при збільшенні СА селективність знижується. При цьому вигідно застосовувати РІЗ – Б, тому що концентрація вихідної речовини в ньому нижче, ніж у РІВ. У даному випадку зміна величини СА здійснює на ці параметри (інтенсивність реактора і селективність процесу). протилежну дію. При зниженні СА інтенсивність зменшується, а селективність зростає. Що краще – можна вирішити техніко – економічним аналізом.

Якщо n1 = n2 , то n1 – n2 = 0

,

тобто селективність не залежить від концентрації вихідного реагенту і тип реактора не впливає на селективність. У цьому випадку змінюють температуру чи застосову ють каталізатор селективної дії, який може змінити співвідношення k1/k2.

Таблиця 11.2

Селективність різних реакцій

n1 і n2

R/ S

φR=f(CA)

ΦR =f(XA)

Тип реак

тора, що

рекомен-

дується

n1 > n2

n1 - n2 = a

РІВ

n1 < n2

n1 - n2 = - a

РІЗ - Б

n1 = n2

n1 - n2 = 0

Не залежить від СA і ХA

Любий

Послідовні реакції

Розглянемо послідовну реакцію:

Обмежимося випадком реакцій першого порядку, що перебігають без зміни об’єму. Кінетичні рівняння будуть мати вигляд:

Перше рівняння описує швидкість витрати речовини А, друге - результуючу швидкість накопичення продукту R. Якщо цільовий продукт – R, то співвідношення швидкостей утворення R і S буде дорівнювати:

.

Рівняння показує, що селективність буде тим більше, чим вище концентрація вихідного реагенту і співвідношення k1/k2 .

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.