ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Удельная производительность и выбор реактора из "Теория технологических процессов основного органического и нефтехимического синтеза" В координатах gki- IT (рис. 65, стр. 303) оно дает прямую, отсекающую на оси ординат отрезок, равный lgfe,-,o, и имеющую тангенс угла наклона EI2,3R. Если экспериментальные данные удовлетворительно укладываются на прямую, искомые величины вычисляют методом наименьших квадратов с определением их средней квадратичной ошибки. [c.301] Очевидно, что этот коэффициент уменьшается с ростом температуры и поэтому является менее удобной характеристикой реакции по сравнению с энергией активации при его использовании надо всегда указывать температуру, к которой он относится. [c.302] Из последнего уравнения ясно, что скорость реакции тем сильнее зависит от температуры, чем больше энергия активации и меньше температура. При постановке опытов это определяет необходимую точность регулирования температуры, чтобы ошибка в искомых кинетических величинах была допустимой. Для реакций с низкой энергией активации, протекающих при высокой температуре, возможна меньшая точность ее регулирования ( 0,5-т-1 °С), в противоположном случае — наоборот ( 0,1-т-0,2°С). От точности регулирования температуры зависит ее интервал при определении активационных параметров — он должен быть тем больше, чем меньше точность регулирования температуры (обычно от 5 до 20°С). [c.302] При теоретическом исследовании реакции из полученной температурной зависимости скорости часто находят кроме энергий активации также свободную энергию и энтропию активации, для чего применяют формулы, приведенные на стр. 16. [c.302] Требуется найти энергию активации и предэкспоненциальный множитель и дать полное уравнение скорости. [c.303] Требуется найти порядок, предэкспоненциальный множитель, энергию активации реакции и полное уравнение скорости. [c.304] Выразите все переменные дифференциальных уравнений через две величины — концентрации спирта и сложного эфира. [c.307] Кинетические уравнения, полученные при исследовании реакции, используются для математического описания процесса в реакторе, для выбора оптимальных условий реакции и расчета реакторов. Для идеальных реакторов эти задачи решаются проще, причем полученные результаты имеют общее значение и для реальных аппаратов. [c.308] Одной из важнейших характеристик реактора является его удельная производительность, под которой понимают съем целевого продукта с единицы реакционного объема в единицу времени. В технологии ее выражают в кг или т на 1 л или 1 м в час, но мы будем пользоваться другой размерностью — в моль (или кгмоль) на 1 л или 1 м в час, так как она тесно связана с кинетикой и при желании ее легко перевести в технические меры. Для гетерогеннокаталитических процессов удельную производительность можно относить и к единице массы катализатора. [c.308] Нетрудно видеть, что различие в удельной производительности этих аппаратов состоит только в дополнительном слагаемом То, зависящем от периодичности процесса. Если бы это слагаемое отсутствовало, производительности этих реакторов были бы одинаковы, в чем нетрудно убедиться и для реакций других порядков. Влияние То, естественно, проявляется сильнее для быстро протекающих реакций, когда член —1/ а[1п(1—Ха)] или аналогичный ему для других порядков близок к то или меньше его. В этих случаях использовать периодические аппараты явно невыгодно. Для медленных реакций, идущих в течение многих часов, удельные производительности рассматриваемых аппаратов различаются не столь сильно. Для таких реакций периодические аппараты еще имеют довольно большое распространение, особенно при малом объеме производства. Для многотоннажных процессов преимущество имеют непрерывные аппараты — из-за стационарности всех параметров они легче управляются и автоматизируются, что обеспечивает более высокую производительность труда. [c.309] Сравним теперь непрерывные реакторы идеального вытеснения и полного смешения, взяв для примера реакции нулевого, первого и второго порядка при е = 0 (табл. 19). [c.310] Относительная эффективность аппаратов полного смешения по сравнению с идеальным вытеснением (Ов(по/Св(вв)) графически изображена на рис. 67. Видно, что для реакций выше нулевого порядка она меньше 1. При этом различие в удельной производительности рассматриваемых аппаратов тем больше, чем выше степень конверсии и суммарный порядок реакции. [c.310] В подавляющем большинстве случаев аппараты идеального вытеснения являются, следовательно, самыми высокопроизводительными, и естественно стремление осуществлять непрерывные процессы в близких к ним моделях реакторов. К таковым относятся трубчатые аппараты, выполненные в виде змеевиков или изогнутых труб большой Jo длины, но малого диаметра (рис. 68, а), кожухотрубные аппараты (рис. 68,6) и шахтные (колонные) аппараты (рис. 68, в) с одним или несколькими сплошными слоями насадки или гетерогенного катализатора, препятствующими перемешиванию. Трубчатые реакторы широко применяются для некаталитических и гомогеннбкаталитических реакций в газовой или жидкой фазе (пиролиз, гидролиз, альдольная конденсация), причем труба для нагревания или охлаждения помещена в пространство, омываемое соответствующим теплоносителем, или же аппарат сконструирован по типу теплообменника труба в трубе . Кожухотрубные и шахтные аппараты применяются еще шире, в частности для гетерогеннокаталитических реакций со стационарным слоем катализатора (риформинг, дегидрирование, парофазное гидрирование и окисление, гидратация, дегидратация). [c.310] Нетрудно видеть, что каскад п реакторов полного смешения значительно эффективнее, чем единичный реактор данного типа. [c.314] Нетрудно заметить, что производительность снижается из-за полного или частичного перемешивания реакционной массы, приводящего к выравниванию концентраций и скоростей по объему. В реальных реакторах вытеснения частичное выравнивание концентраций и скоростей по длине аппарата происходит в результате диффузии и конвекции. В этом отношении особенно нежелательна диффузия по оси потока, так называемое продольное (или обратное) перемешивание, ведущее к более пологой кривой концентраций и снижению средней скорости и удельной производительности (рис. 72, кривая 4). Все это наглядно проявляется на кривых распределения времени пребывания, которые можно получить, вводя метку (индикатор) в подаваемую в реактор смесь. Для реактора идеального вытеснения все элементы реакционной массы находятся в аппарате одинаковое время, что выражается прямой, уходящей в бесконечность (рис. 73, прямая 1). В реакторе полного смешения значительная часть жидкости покидает аппарат сразу, а остальное количество задерживается очень долго (кривая 2). В каскаде реакторов полного смешения и реальных аппаратах вытеснения наблюдается промежуточный вид кривой распределения— с более или менее размытым максимумом (кривая 3). [c.315] Из вышеизложенного можно сделать общий вывод при непрерывном осуществлении гомогенных реакций всякое перемешивание реакционной массы, как правило, снижает удельную производительность реактора. Чтобы уменьшить эти нежелательные эффекты в реальных аппаратах, стараются увеличить отношение их длины (высоты) к диаметру, разделяют аппарат поперечными перегородками, исключают искусственное перемешивание и циркуляцию реакционной массы. [c.315] По кривым га —Ха легко подобрать оптимальный по производительности вариант реакционного узла для кинетического уравнения любого вида. Так, для экзотермических реакций, проводимых в адиабатических условиях, кривая обратной скорости имеет вид, сходный с изображенным на рис. 75, и эти реакции также выгоднее всего осуществлять в последовательных аппаратах полного смешения и идеального вытеснения. [c.317] Вид кривых скорости и обратной скорости зависит не только от кинетического уравнения реакции, но и от способа введения реагентов, направления потоков и т. д. (например, прямоточного и противоточного, секционированного и др.). [c.317] Кривая обратной скорости для этого случая также изображена на рис. 76 (кривая 2). Из сравнения площадей, ограниченных этими кривыми, осями координат и ординатой Ха = 0,98, ясны преимущества противоточной схемы при гетерофазных процессах. [c.318] Вернуться к основной статье