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
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.