ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Общее уравнение динамики и скорости химической реакции, протекающей в потоке в режиме идеального вытеснения из "Химическая кинетика и катализ 1985" Крупнотоннажные химические процессы обычно осуществляют в потоке, т. е. в струе газа, проходящей через реактор с заданной температурой. Последний может быть пустым или со слоем зерненого катализатора. Примерами реакций, осуществляемых в потоке в широких технических масштабах, являются крекинг нефтепродуктов, гидрокрекинг, каталитическое алкилирование, полимеризация, гидро- и дегидрогенизация углеводородов, дегидратация спиртов, гидратация олефинов, галогенирование, нитрование оксидами азота, синтез аммиака, контактный способ получения серной кислоты, каталитический риформинг и т. п. [c.44] Проведение реакций в потоке обеспечивает непрерывность процесса, высокую эффективность использования реакторов, создает большие возможности для регулирования и автоматизации процесса. Многие технически важные реакции при изучении их кинетики в лабораторных условиях проводят также в потоке. [c.44] Малотоннажные процессы, а также некоторые процессы, проходящие опытную проверку, чаще проводят в реакторах периодического действия с однократной загрузкой исходных веществ. Реакции в потоке можно классифицировать по режимам проведения. Предельными режимами являются режим идеального вытеснения и режим идеального перемешивания. На практике могут реализоваться и промежуточные режимы. [c.44] Режим идеального вытеснения, осуществляемый в трубчатых реакторах, характеризуется тем, что в потоке реагирующего газа отсутствует продольное и поперечное перемешивание. [c.44] идеального перемешивания характеризуется тем, что в результате интенсивного перемешивания концентрации всех реагирующих веществ в любой точке реактора равны их концентрациям на выходе из реактора. [c.44] Очевидно, что строгая реализация идеальных режимов очень затруднительна, и поэтому химические процессы в потоке в действительности протекают или по режимам, близким к идеальным, или по смешанным. Изменение концентрации одного нз реагирующих веществ вдоль потока в реакторе при Двух идеальных режимах ведения процесса показано на рис. 10. [c.44] Реакторы, в которых происходят химические реакции б потоке, являются частным случаем открытых систем. [c.44] Кинетические уравнения процессов в потоке вследствие того, что их обычно проводят при постоянном давлении и они сопровождаются в большинстве случаев изменением объема участвующих в реакции веществ, должны отличаться от обычных кинетических уравнений, приведенных выше и выведенных для условия постоянного объема. Кроме того, метод расчета констант скоростей реакций, идущих в потоке, должен быть иным из-за трудности определения времени пребывания реагирующих веществ в зоне реакции (так называемого времени контакта). [c.45] Общие уравнения кинетики химических процессов в потоке можно получить, как это было показано Г. М. Панченковым, пользуясь методами гидродинамики. Этот прием интересен и важен в том отношении, что позволяет рассчитывать динамику как стационарных, так и нестационарных процессов. Полученные общие уравнения позволяют рассчитывать скорости как гомогенных реакций любых порядков и любой сложности (необратимых, обратимых, параллельных, последовательных, автокаталитических, цепных и др.), так и гетерогенных (см. гл. X, 16). [c.45] Общим уравнением динамики химической реакции , протекающей в потоке в режиме идеального вытеснения, является уравнение, выражающее закон сохранения вещества. Это уравнение в теоретической физике называют уравнением неразрывности, а в технике — уравнением материального баланса. [c.45] Поток вещества в трубке. [c.46] Пусть линейная скорость потока в любом сечении будет и, а концентрация вещества А,- в любом сечении Эти величины в общем случае являются переменными, т. е. в каждом заданном сечении имеют разное числовое значение. Тогда за единицу времени через сечение h пройдет объем, равный р1/ь а через сечение h соответственно р /2. Если это величины умножить на мольно-объемную концентрацию вещества А,- в каждом данном сечении, то мы найдем число молей вещества А,-, проходящего за единицу времени сечення /) и k. [c.46] Умножив эти величины на At, получим величины, стоящие в левой части уравнения материального баланса, т. е. количество вещества Аг, проходящего сечение li и /2 за время At. [c.46] Это выражение и есть общее уравнение динамики гомогенного химического процесса, происходящего в потоке в режиме идеального вытеснения. [c.47] Уравнения (162) и (163) могут быть использованы для расчета нестационарных процессов. [c.47] Если количество исходных веществ, подаваемых в реакционную трубку, постоянно, в трубке к моменту, когда реагирующие вещества достигают конца реакционной зоны, устанавливается стационарное состояние. В стационарном состоянии концентрации в каждом данном сечении со временем не изменяются, т. е. [c.47] Это — уравнение кинетики любой химической реакции, происходящей в потоке в режиме идеального вытеснения в общем виде. [c.48] Давление р в общем случае будет функцией расстояния I от начала реакционной зоны, т. е. [c.49] Для интегрирования уравнений (172) и (173) эта функция должна быть задана. Найти вид этой функции легко, так как давление в начале и в конце реакционной зоны в лабораторных и технических реакционных аппаратах известно. Чаще всего перепад давления Ар от начала реакционной зоны к ее концу невелик, и, следовательно, в этом случае значением Ар можно пренебречь, а величину р рассматривать как постоянную. [c.49] Как видно, уравнение (179) по форме похоже на уравнение (169) при выводе уравнения (169) объем газа V, протекающего в единицу времени через заданное сечение, принимался зависящим от расстояния I от начала реакционной зоны, а при выводе уравнения (179) этот объем принимался постоянным. [c.49] Вернуться к основной статье