ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Нахождение лимитирующих стадий и кинетического уравнения процесса из "Инженерное оформление химических процессов" В большинстве случаев наиболее удобен для применения проточный стационарный реактор поэтому найдем скорость реакции в аппарате такого типа. [c.426] Каталитический проточный аппарат можно считать дифференциальным реактором, если скорость процесса одна и. та же во всех его точках, и как интегральный реактор — при изменении скорости внутри аппарата. Данные, полученные при применении первого реактора, анализируют дифференциальным, а -при использовании второго —дифференциальным и интегральным методами. [c.426] Дифференциальный реактор. Аппарат такого типа выбирают, когда хотят, чтобы рассматриваемая скорость была практически неизменна по всему объему реактора. Так как скорость реакции зависит от концентрации, предположение о постоянстве скорости справедливо, если изменения состава в экспериментальном реакторе невелики. Обычно принимают, что дифференциальный реактор имеет небольшие размеры, что вытекает и из его названия. Однако это не является необходимым условием, поскольку при малой скорости состав реагента меняется также незначительно даже в большом аппарате. Кроме того, в случае реакции нулевого порядка реактор всегда можно считать дифференциальным, независимо-от изменения состава в изотермических условиях. [c.426] На рис. XIV-11 вкратце графически представлена эта методика, а пример XIV-1 иллюстрирует применение дифференциального реактора для вывода кинетического уравнения и моделирования. [c.427] Интегральный реактор. Если изменения скорости реакции внутри аппарата настолько велики, что их необходимо учитывать при анализе, то реактор является интегральным. Так как скорость зависит от концентрации и температуры, можно ожидать также больших колебаний ее при значительном изменении состава и температуры реакционной среды, проходящей через аппарат. Для нахождения удовлетворительного кинетического выражения можно, воспользоваться одним из двух описанных ниже методов. [c.427] Поскольку —Гд представляет собой выражение исследуемой скорости, то численное значение правой части этого уравнения можно найти для каждого опыта. [c.428] Выражения (V,16)—(V,19) служат интегральными формами уравнения (V,12) для простых кинетических выражений, а пример XIV-2 иллюстрирует общую методику анализа. [c.428] На рис. XIV-12 этот метод представлен схематично, а пример XIV-2 иллюстрирует его применение при анализе полученных в интегральном реакторе данных для моделирования и нахождения выражения скорости конкретной реакции. [c.429] Сравнение дифференциального и интегрального реакторов. Каждый опыт в дифференциальном реакторе позволяет непосредственно найти скорость реакции. В интегральном же реактйре сначала нужно провести ряд опытов, после чего испытать заранее выбранное кинетическое уравнение или построить кривую и определить ее наклон. Преимуществом дифференциального реактора является также возможность легче поддерживать изотермические условия вследствие небольшой степени превращения. [c.429] Однако при использовании дифференциальных реакторов ввиду того, что скорость в них определяют путем измерения разности концентраций, которая обычно мала, необходимо более тщательно анализировать состав потока, чтобы достигнуть результатов, сравнимых по точности сданными, полученными в интегральных реакторах. Недостаток дифференциальных реакторов заключается также в том, что при изучении сложных реакций трудно и часто даже невозможно приготовить исходную смесь для различных опытов таким образом, чтобы потом сопоставить состав реакционной среды при разной глубине превращения. [c.429] Какой реактор использовать для исследования, можно решить только после оценки его достоинств и недостатков применительно к исследованию данной реакции. [c.429] Вообще, дифференциальный реактор более пригоден, если лимитирующими являются процессы переноса массы и химическая реакция внутри, тогда как интегральный реактор, вероятно, удобнее при лимитирующем влиянии внешней диффузии. [c.430] Пусть в замкнутый цикл поступает реакционная смесь заданного состава с некоторой скоростью и степень превращения выбранного реагента А в различных потоках обозначена так, как показано на рис. XIV-13. Кроме того, будем считать, что скорость реакции постоянна во всех точках слоя катализатора для любого опыта, т. е. выберем дифференциальный реактор. [c.430] Поскольку разность Хд/ — Хд может быть большой, то применение при последующем анализе средней скорости может привести к серьезной ошибке. [c.430] Теперь предположим, что часть выходящего потока снова возвращается в систему. При повышении скорости циркуляции поступающая смесь реагентов смешивается с увеличивающимся количеством возвращаемого потока, вследствие чего Хд,- приближается к значению Хд/. Это соответственно уменьшает, как следует из уравнения (XIV,24), ошибку предположения о постоянстве скорости. [c.430] Интерпретация опытов затрудняется, когда скорость зависит от процессов переноса вещества и тепла. Чтобы избежать этого, необходимо при помощи предварительных опытов определить границы кинетической области, а влияние указанных процессов переноса изучить отдельно. [c.431] Влияние процессов переноса к наружной поверхности катализатора. Прежде всего надо выяснить, не зависит ли скорость реакции от процессов переноса к внешней поверхности Это можно сделать одним из многих способов. Так, когда известны экспериментальные кинетические данные, то полученное из них среднее значение константы скорости первого порядка может быть сопоставлено с расчетным коэффициентом массопередачи для проточной системы, определяемым уравнением (ХП,22). Во всех случаях коэффициент массопередачи является верхним пределом скорости реакции, т. е. [c.431] Границы условий, при которых играют роль внешняя диффузия и теплопередача, находят из опыта, измеряя степень превраш,ения в реакторе идеального вытеснения при различных линейных скоростях потока и неизменных объемной скорости и начальном составе газа. [c.432] Другой метод для исследования влияния внешней диффузии наглядно иллюстрируется рис. Х1У-15. Степень превращения снова сравнивают при данном отношении о но при разных значениях Уменьшение величины Хд является признаком того, что процессы переноса вызывают снижение наблюдаемой скорости реакции. [c.432] Из двух описанных экспериментальных методов первому следует отдать предпочтение, поскольку он может охватывать широкую область условий и позволяет легче обнаружить начало влияния внешней диффузии. Применяя любой метод, необходимо выбрать рабочий режим, при котором продольное смешение незначительно или всегда имеет одно и то же влияние. [c.432] Вернуться к основной статье