ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Эффективность работы реакторных устройств из "Технологические методы нефтехимического синтеза издание2" Эффективность химического процесса в технологии зависит от правильного выбора оптимальных условий этого процесса, от того, насколько полно эти условия соблюдаются в реакторе. Главными показателями эффективности химических процессов являются средняя скорость реакции, выход целевого продукта (на израсходованное сырье), степень превращения сырья за один проход через реактор. [c.18] Выход целевого продукта—это отношение количества сырья, израсходованного на получение этого продукта, ко всему количеству сырья, претерпевшему химическое превращение. Выход целевого продукта определяет степень полезного использования сырья и зависит практически от тех же условий, что и интенсивность процесса, однако в случае сложных реакций эти условия отражаются на выходе иначе, чем на скорости реакции. Например, при повышении температуры наряду с ускорением целевой реакции может увеличиться удельный вес побочных реакций, т. е. снизится выход. То же можно сказать о влиянии увеличения концентрации и других факторов на ход реакции. [c.19] Степень превраш ения—это отношение количества сырья, претерпевшего химическое превращение, ко всему сырью. Степень превращения сырья является функцией скорости реакции и времени пребывания реагентов в реакторе. Она определяется объемом реактора и теми же факторами, от которых зависит скорость реакции. Но, кроме того, степень превращения ограничивается некоторыми специфическими особенностями реакции или необходимостью прекращения реакции до полного использования сырья. Последнее часто диктуется неустойчивостью целевого продукта (который в ходе реакции подвергается дальнейшим превращениям) или сильным замедлением реакции к концу ее. [c.19] В рециркуляционных процессах изменение степени превращения за один проход через реактор является средством управления интенсивностью процесса (см. гл. П). [c.19] В промышленнссти нефтехимического синтеза среди различных показателей эффективности химических процессов предпочтение, как правило, отдается интенсивности процесса—средней скорости реакции. Это вызывается многотопнажностью производства нефтехимического синтеза, сравнительно большими капитальными затратами и относительно небольшой стои.мостью сырья. [c.20] Интенсивность технологических процессов повышают различными способами. Выбор способа зависит от того, какое из физических или химических звеньев процесса задерживает весь процесс. Таким звеном может оказаться химическая реакция. Тогда для интенсификации технологического процесса увеличивают концентрацию реагентов, повышают температуру реакции, давление, применяют катализаторы и т. п. При этом могут интенсифицироваться побочные реакции. Иногда даже можно получить результат, противоположный желаемому. Поэтому пути интенсификации химических реакций требуется предварительно всесторонне изучить в лабораторных условиях и на пилотных установках и только после этого рекомендовать к применению в промышленности. [c.20] Средняя скорость технологического процесса может ограничиваться не только скоростью химической реакции, но и физическими факторами теплообменом или массо-обменом. При этом интенсификация процесса может быть достигнута интенсификацией гидродинамического режима работы реактора или созданием такой конструкции реактора, которая дала бы возможность вести технологический процесс с максимальным приближением его скорости к скорости химического превращения. [c.20] В таких случаях удельная объемная скорость подачи сырья в реактор и время пребывания его в реакторе определяют временем, необходимым не для завершения химического превращения, а для отвода (или подвода) необходимого количества тепла с целью поддержания требуемого температурного режима. Вследствие этого общая скорость технологического процесса отстает от скорости химической реакции. В этих условиях интенсификация процесса достигается увеличением поверхностей теплообмена, улучшением условий теплообмена, изменением способа отвода (или подвода) тепла. [c.21] В многофазных процессах главную роль часто играют величина поверхности контакта фаз и скорость диффузии реагентов к этой поверхности. При этом, чем больше скорость химического превращения, тем больше вероятность, что скорость процесса будет ограничиваться недостаточной поверхностью фазового контакта. Когда реакция идет с малой скоростью, то скорость подачи сырья к поверхности раздела фаз больше скорости реакции и общая скорость процесса определяется скоростью химического превращения. В этом случае говорят, что процесс идет в области химической кинетики. Если же скорость реакции больше скорости диффузии сырья к поверхности контакта фаз и продуктов реакции от нее, то общая скорость процесса зависит от скорости диффузии и, следовательно, процесс идет в диффузионной области. [c.21] Поддерживать оптимальные условия в промышленном реакторе очень трудно. В большой массе реакционной смеси вследствие недостаточно интенсивных теплообмена и массообмена возможны значительные местные отклонения температуры и концентрации веществ. В случае непрерывных процессов определенные трудности возникают также и при поддержании постоянного времени пребывания всех частиц реакционной смеси в реакторе (см. гл. II). Эти отклонения уменьшают интенсивность процесса. [c.22] При анализе работы химических реакторов особое внимание обращают на то, насколько близки основные показатели реального химического процесса к показателям, полученным при оптимальных условиях. Степень приближения показателей работы реального реактора к теоретическим показателям по существу является коэффициентом полезного действия этого реактора. [c.22] К сожалению, дать единое определение к. п. д. реактора, которое включало бы все показатели, зависящие от точности соблюдения оптимальных условий (скорость, выход, степень превращения), слишком сложно хотя бы потому, что одно и то же отклонение от оптимальных условий по-разному отражается на разных показателях. Например, повышение температуры увеличивает скорость реакции, но в случае сложных реакций может одновременно вызвать снижение выхода. Кроме того, оно вызывает и смещение равновесия обратимых реакций—положительное для эндотермических и отрицательное для экзотермических реакций. Поэтому при определении к.п.д. приходится ограничиваться влиянием условий реакции только на какую-то часть факторов, охватываемых основными показателями технологического процесса. [c.22] Этот к. п. д. называется общим. Его можно представить в виде произведения двух частных к. п. д. [24]. Первый из них учитывает влияние гидродинамического режима, т. е. характер распределения концентраций в реакторе (концентрационный к. п. д. т] второй учитывает влияние температурных условий (температурный к. п. д. [c.23] Пути повышения концентрационного к. п. д. рассматриваются в гл. П, температурного—в гл. П1. Другие определения к. п. д. не получили распространения в инженерной химии, так как для большинства химических производств наибольший экономический и хозяйственный эффект достигается при повышении производительности реактора, а не степени превращения или выхода, которые положены в основу этих определений. Тем не менее, здесь они кратко рассмотрены. [c.23] Почти все реакции органических соединений являются сложными. Целевая реакция обычно сопровождается побочными процессами. Целевой продукт во многих случаях не обладает достаточной стойкостью в условиях реакций и может подвергаться дальнейшим превращениям. Все это затрудняет выбор оптимальных условий реакции и делает реакции органических соединений очень чувствительными к отклонениям от оптимальных условий. Отклонения отражаются не только на скорости целевой реакции, но и на выходе целевого продукта. Выход тем больше, чем ближе условия в реакторе к оптимальным. К. п. д., учитывающий влияние конструкции и размеров реактора на выход целевого продукта, представляет собой отношение фактического выхода к выходу при оптимальных условиях. Повышение такого к. п. д. направлено на экономию сырья. [c.24] Вернуться к основной статье