Влияние кинетики на выбор типа реактора
Выбор реактора зависит от многих технологических, экономических и конструктивных факторов. Важнейшими показателями работы реактора, которые определяют экономичность химического процесса, есть:
1. Размер реактора (от которого зависит интенсивность);
2. Селективность (избирательность процесса);
3. Выход продукта.
1) Простая необратимая реакция типа
A R
Превращение идет в одном направлении, и чем выше степень превращения, тем больше выход продукта. Поэтому для таких реакций значение имеет только первый фактор, т. е. размер реактора, необходимый для достижения заданной степени превращения. Уравнения РИВ и РИС – П
одинаковы, поэтому время протекания химической реакции, необходимое для достижения заданной степени превращения, одно и то же. Но в РИС – П полное время процесса складывается из вспомогательного времени τвсп и рабочего времени, а в РИВ вспомогательные операции отсутствуют. Поэтому интенсивность РИВ выше РИС – П.
Сравним теперь РИВ и РИС – Н.
Для этого определим τ, необходимое для одинаковой степени превращения.
В РИВ происходит постепенное изменение концентрации по длине реактора, а у РИС – Н наблюдается скачкообразное изменение концентрации до конечного значения по любой пространственной координате.
Из рис. видно, что в РИВ более высокая средняя концентрация исходного реагента и соответственно выше скорость реакции, т. к. она пропорциональна величине СА.
Для необратимых реакций нулевого порядка (n=0)
это положение не влияет на выбор типа реактора, т. к. скорость реакции не зависит от концентрации и следовательно объем реактора не зависит от концентрации реагента.
τвыт = τсм =
τвых =
Для сравнения реакторов при проведении в них реакций любого порядка пользуются графическим методом. Для этого графически определяют время пребывания в реакторах вытеснения и смешения из уравнений:
τвыт = выт
τсм = см .
Графическое сопоставление характеристик РИВ и РИС – Н.
Из рис. видно, что площадь прямоугольника больше площади, ограниченной кривой; с другой стороны, из уравнений следует, что отношение площадей Sсм и Sвыт равно соотношению между условным временем пребывания реагентов в РИС – Н и РИВ, т. е. от объема реакторов.
Для реакций, порядок которых больше 0, тип реактора имеет важное значение. Рассмотрим это на примере простой необратимой реакции первого порядка
Для РИВ
τвыт = или
Для РИС – Н
> 0
При этом чем больше ХА, тем больше α , т. е. тем больше неравенства τсм > τвыт .
Значения kτ, необходимые для достижения степени превращения ХА (для реакции n = 1)
Степень превращения ХА | Значение kτ | ||
РИВ | РИС | ||
0,1 | 0,105 | 0,111 | 1,06 |
0,5 | 0,639 | 1,0 | 1,44 |
0,9 | 2,303 | 3,9 |
Дата добавления: 2017-01-08; просмотров: 2410;