Химическая технология как наука. Создание целесообразных способов производства необходимых человеку продуктов, страница 11

В случае сложных реакций наряду с высокой α сырья необходимо обеспечить высокую β целевого продукта. Эти 2 фактора могут либо взаимно возрастать с изменением условий реакции,либо увеличение  α может привести к уменьш- ию β. В последнем случае преимущественным фактором для оптимизации явл- ся β.       Параллельные реакции.

Рассматриваем простую реакцию: , где: В – целевой продукт, Д – побочный продукт, А – исходное вещество, - константы скорости реакций, n,m – порядки реакций.

Запишем уравнения скоростей для веществ А, B, Д:

= -( k1* Ca^n + K2* Ca^m)

= K1* Ca^n

= k2* Ca^m

По определению селективности:

, где - количество целевого продукта, - количество побочного продукта, - количество непрореагировавшего исходного вещества, - количество взятого в процесс исходного вещества.

Качественный анализ:  

~~

1) n>m → n-m>0  

, а>0  для увеличения селективности концентрацию исходного вещества А нужно поддерживать на максимально возможном уровне. Технологически это можно сделать 3 способами:

- повысить концентрацию исх.вещества в сырьевом потоке.

- вывод из реакционной зоны продуктов реакции и примесей ( рецикл).

- повысить давление в реакционной зоне (для газофазных реакций).

- более предпочтительный РИВ

2) n<m → n-m<0

, а>0  для увеличения селективности продукта реакции концентрацию исходного вещества А нужно уменьшать. Технологически это можно сделать 3 способами:

- внести   инертный растворитель, чтобы разбавить

- использование рецикла (продукт реакции направляется на вход реактора).

- понизить давление в реакционной зоне (для газофазных реакций).

3) n=m → n-m=0

 тип реактора не имеет значения.

 

Для реакций, имеющих одинаковый порядок , состав реак- ой смеси и β процесса не зависят от типа реактора в изотермическом режиме. Для рек- Ий с различными порядками повышение концентрации исходных реагентов способствует ускорению р –ии более высокого порядка. Для неизотермического режима необходимо подбирать температурные условия процесса в зависимости от соотношения энергий активации основной и побочной р- Ий или использовать катализатор,  неодинаково влияющий на протекание реакции.

Выбор реактора в зависимости от значения а :

Рассмотрим реакцию с 2-мя исходными веществами: , где: В – целевой продукт, Д – побочный продукт, А и R – исходные вещества, - константы скорости реакций, n,m – порядки реакций.

Рассмотрим несколько случаев:

1) > и >  концентрации исходных реагентов нужно увеличивать.

 a1>0 a2 >0

Если использовать РИС-П  A+R нужно вводить сразу вместе.

РИВ  A+R тоже нужно вводить сразу вместе.

2) < и <  концентрации исходных реагентов нужно уменьшать.

 a1>0 a2 >0

Если использовать РИС-П  нужно использовать инертный растворитель; А и R вводить по каплям.

РИС-Н  А и R вводить по каплям.

3) > и <  концентрацию вещества А нужно увеличивать, а концентрацию вещества R нужно уменьшать.

Если использовать РИС-П  нецелесообразен из-за низкой концентрации веществ А и R.

РИС-Н  вещество А нужно вводить полностью, а R - по каплям.

РИВ  вещество А нужно вводить полностью, а R - по каплям.

каскад РИС-Н  вещество А полностью, а R – порциями.

Выведем зависимость селективности от конверсии для реакции вида 

, где -диф.селективность.

 - уравнение характерно для РИВ.  Но И подставить это в уравнения

 - уравнение характерно для РИС-Н.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ

Рассматриваем простую реакцию: , где: Д – целевой продукт, В – промежуточный продукт, А – исходное вещество, - константы скорости реакций, n,m – порядки реакций.

Запишем уравнения скоростей для веществ А, B, Д:

Рассмотрим зависимость концентраций в реакторах разного типа:

РИВ:

Ca уменьшается, Cв, Cд тоже.

РИС-П:

Обычно В – целевой продукт, а не Д. t мах – то время, за которое достигается Cв мах.

Проточный реактор ид- го смешения