Оптимальные температуры для обратимых реакций

Рис. III-12. Определение оптимальной температуры в реакторе идеального смешения для обратимой реакции А " . Р.

Обратимая реакция. Влияние температуры на скорость протекания обратимых реакций выражается кривыми, изображенными на рис. 3 и 4. Как видно из рис. 3, для экзотер мических реакций при постоянном времени реакции степень превращения достигает максимума, а затем снижается с повышением температуры. Температура, соответствующая максимальному выходу продукта, называется оптимальной температурой. Для нахождения максимума на кривой степень превращения — температура применимы общие методы анализа таких кривых, а именно функция имеет максимум в той точке, в которой первая производная равна нулю, а вторая — отрицательна. [c.78]

Рис. У1П-19 показывает, что экзотермическим обратимым реакциям соответствует одна точка пересечения, характеризующая оптимальную температуру процесса. При температуре выше и ниже этого оптимального значения степень превращения исходного реагента снижается. Таким образом, в подобных процессах правильное управление отводом тепла является основным условием эффективной работы реактора.

Выход продукта обратимой эндотермической реакции монотонно повышается с ростом температуры по затухающей кривой (рис. 41, стр. 74). Для экзотермических процессов степень превращения изменяется с ростом температуры по экстремальной кривой (рис 40, стр. 74), т. е. имеется оптимальная температура, соответствующая максимальной степени превращения. [c.69]

Расчет оптимальной температуры обратимой экзотермической реакции приведен также в главе IV (пример 11). [c.140]

Если известна зависимость константы равновесия от темпера-туры и энергии активации прямой и обратной реакций, а также механизм реакции (показатель п зависит от механизма), то можно подсчитать оптимальную температуру обратимой экзотермической реакции для любого заданного выхода продукта. Часто на практике оптимальные температуры вычисляют по значениям равновесных температур Гр, известным из кривой равновесных температур [c.80]

Существенную помощь при решении задач оптимизации реакторов, в которых протекают обратимые экзотермические реакции, может оказать знание зависимости между оптимальной температурой, максимизирующей скорость превращения, и равновесной температурой Те для смеси того же состава. [c.122]

В качестве второго примера приведем решение более сложной задачи — определение оптимальной температуры обратимой экзотермической реакции [c.69]

Как уже отмечалось выше, оптимальная температура, максимизирующая скорость образования продукта Р в обратимой экзотермической реакции, может быть найдена решением уравнения [c.122]

Отметим, что в случае единственной реакции К = 1) уравнение (IX.20) эквивалентно условию максимума скорости реакции в каждом сечении (IX.1), так что полученный выше результат для оптимальной температуры обратимой экзотермической реакции является справедливым. Если же число реакций превышает единицу, условие максимума локальной скорости образования целевого продукта, очевидно, не приводит к оптимальному решению. Заметим для дальнейшего, что дифференцирование по температуре в (IX.20) может быть заменено дифференцированием по любой величине, являющейся однозначной монотонной функцией температуры и используемой как мера последней. В качестве такой меры часто удобно использовать константу скорости одной из реакций. [c.372]

Процедура расчета оптимального режима обратимой экзотермической реакции, следовательно, такова. Начав с произвольно выбранной конечной концентрации и температуры, определенной из условия (IX.105), которое при К = 1 записывается в виде, [c.395]

Протекание экзотермических обратимых реакций характеризуется наличием оптимальной температуры, соответствующей максимальному выходу целевого продукта. Поэтому на участках печи, где реагенты далеки от состояния химического равновесия, т. е. в начале процесса, целесообразно создавать высокую температуру, а в конце, когда получающиеся продукты приближаются к равновесному состоянию, температура должна быть пониженной, чтобы сдвинуть процесс в сторону более полного превращения исходных материалов. [c.116]

Решение. 1. Окисление SOa в 50з — обратимая экзотермическая реакция, для которой кривая зависимости х — Т (или и — Т) имеет максимум (см. главу IV, рис. 3). Формула для расчета оптимальной температуры выводится из уравнения, определяющего максимум функции х = f(T) [c.140]

Большое значение для развития теории и практики катализа имели работы Г. К. Борескова о влиянии процессов переноса тепла и вещества на скорость контактных реакций и избирательность действия катализатора (развитие метода определения оптимальной пористой структуры катализатора в зависимости от удельной каталитической активности, кинетики реакции и условий ее проведения). Вытекающие отсюда рекомендации нашли широкое применение при разработке способов приготовления промышленных катализаторов [353, 354]. Г. К. Боресковым рассмотрен также ряд общих кинетических закономерностей. На основе введения понятия молекулярности реакции, которая равна числу молекул реагирующего вещества, установлено общее соотношение между разностью энергий активации обратной и прямой реакций и тепловым эффектом реакции. Дано общее выражение для скорости обратимых реакций. Предложен метод определения молекулярности на основе соотношения между величинами термодинамического и кинетического изотопных эффектов. Введено понятие оптимальной температуры обратимых экзотермических реакций и оптимальной кривой изменения температуры с ростом глубины превращения. Предложен метод определения оптимальных температур из кинетических данных. Установлено, что кинетические закономерности [c.64]

На рис. IX.5 показана зависимость оптимальной температуры от координаты 2. В случае необратимой или обратимой эндотермической реакции температура повсюду должна быть максимально допустимой. [c.268]

Таким образом получено, что оптимальная температура в реакторе идеального вытеснения в случае обратимой экзотермической реакции должна уменьшаться от входа в реактор к его выходу. Для того чтобы найти закон этого снижения как функцию времени пребывания т, необходимо проинтегрировать уравнение (111,116) с учетом полученного выражения (111,139), которое используется при определении оптимальной температуры для любого значения степени превращения исходного реагента А. Найденное в результате интегрирования уравнения (111,116) значение степени превращения в каждом сечении реактора при- меняют затем для расчета оптимальной температуры с помощью выражения (111,139). [c.121]

Как видно пз рисунка, оптимальная температура процесса в изотермическом трубчатом реакторе лежит между равновесной температурой при и температурой, при которой скорость превращения на выходе пз реактора максимальна. Это значит, что только для одного поперечного сечения уравнение (VI, ) обосновано поэтому при прочих равных условиях объем изотермического трубчатого реактора больше, чем объем трубчатого реактора с оптимальным температурным профилем. Хорн 1 рассчитал отношение этих двух объемов для экзотермических обратимых реакций первого и второго порядков. [c.211]

Обратимые реакции имеют максимальную скорость при определенных температурах, часто оптимальных. При такой температуре скорость обратной реакции возрастает быстрее, чем скорость прямой реакции, так что общая скорость реакции уменьшается (рис. 1-3, г). Кривая такой же формы соответствует обратимым физическим явлениям например, в случае каталитических реакций обратимым будет процесс адсорбция — десорбция. [c.26]

Как же влияет температура на сложные реакции Для простых обратимых, автокаталитических и самотормозящихся реакций повышение температуры приводит только к увеличению их скорости. Для эндотермического направления обратимой реакции повышение температуры может уменьшить равновесный выход и поэтому оказаться невыгодным. Оптимальные условия в этих случаях легко предсказать, зная зависимость константы равновесия от температуры. [c.254]

Для необратимой или обратимой эндотермической реакции Тт (Ю = при любом значении так что следует неизменно вести процесс при максимально допустимой температуре. Однако в случае обратимой экзотермической реакции оптимальная температура будет зависеть от степени полноты реакции и можно ожидать, что последовательность реакторов с понижающейся ио ходу потока температурой даст наибольший выход продукта. Легко предположить и нетрудно доказать, что температура в каждом реакторе должна быть такова, чтобы скорость реакции была максимальной. Читатель должен осознать, что это нредположение нуждается в доказательстве, так как аналогичная гипотеза в случае двух реакций оказывается неверной. [c.189]

Рассмотрим, например, оптимальную стратегию изменения температуры для обратимой реакции первого порядка А Н кинетика которой описывается уравнением [c.359]

Произвольная система реакций. Внимательный читатель заметит нестрогость рассуждений, использованных выше при вычислении оптимальной температуры. Выбор температуры в каком-либо сечении реактора влияет на скорость реакции не только в данном сечении, но и во всех сечениях реактора, лежащих ниже по течению или (в случае периодического процесса) во все последующие моменты времени. Полученный результат для оптимальной температуры обратимой экзотермической реакции оказывается, как это будет ясно из нижеследующего, правильным. Однако, если пытаться, например, искать оптимальное распределение температуры для процесса, включающего две последовательных реакции Aj A3, [c.368]

Рис. 111-12. Онределепие оптимальной температуры И реакторе идеального смеиюния для обратимой реакции А Р.

Обратимая экзотермическая реакция. В случае обратимой экзотермической реакции повышение температуры ускоряет обратную реакцию сильнее, чем прямую, так что равновесие процесса смещается в нежелательную сторону. При некоторой температуре скорость образования целевого продукта г (С, Т) проходит через максимум эта оптимальная температура зависит от состава реагирующей смеси, уменьшаясь по мере уменьшения концентрации исходного вещества. Таким образом, вначале, пока еще не накопилось значительное количество конечного продукта, процесс выгодно вести при высокой температуре, чтобй увеличить скорость пряМой реакции, а затем температуру следует снижать, чтобы, сместив равновесие в нужную сторону, добиться максимального выхода целевого продукта. Температура в каждом сечении реактора должна быть выбрана так, чтобы скорость образования целевого вещества в этом сечении была максимальной, т. е., чтобы выполнялось равенство [c.367]

Рис. III-I5. Зависи-мосгь равновесной (Т ) II оптимальной (Гонт.) температур от степени п )евращепия к исходных реагентов в обратимой реакции.

На этом мы заканчиваем краткий обзор различных схем реакций, для которых определены оптимальные температуры и оптимальные температурные последовательности Подробности нахождения оптимума читатель может найти в литературе однако одрш пример обратимой экзотермической реакции будет рассмотрен в следующем параграфе. [c.140]

Эти задачи хорошо изучены применительно к неизотермическим гетерогенно-каталнтическим реакторам. Впервые задача об оптимальном распределении температуры реакции была сформулирована Билоузом и Амундсоном [2] и для случая реакции первого порядка решена Хорном [3]. Выражение для расчета оптимального распределения температур в случае процесса, включающего одну обратимую реакцию, было получено Боресковым [4]. Дальнейшему развитию этой проблемы посвящено большое число исследований [5— 10]. [c.171]

Точка пересечения кривой х (S) для обратимой экзотермической реакции с горизонталью х = 1 имеет особый смысл [13]. Нетрудно убедиться, что она соответствует такому режиму процесса, при котором койцентрация ключевого вещества на выходе реактора минимальна и, следовательно, достигается максимальный выход конечного продукта. Действительно, из соотношения (VIII.49) следует, что при t (г) = дС t)/dT = О X (О = 1- Если при выборе оптимальной температуры на входе реактора учитывается стоимость аппаратуры и катализатора, то в оптимальном режиме должна достигать минимального значения функция [c.341]

Рис. 111-15. Зависимость равновесной (Те) и оптимальной Г0пт температур от степени превращения к исходных реагентов в обратимой реакции.

Кюхлер 9 занимался изучением проблем этого типа. Он последовал обратимую реакцию в изотермическом трубчатом реакторе. При определенной нагрузке оптимальная температура составила 338 С, а степень превращения 68%. С увеличением нагрузки реактора в 2,5 раза скорость превращения при той же температуре составляет 45%. Однако оптимальная температура реактора нри новых условиях равна 358 °С, а соответствующее ей максимальное превращение повышается до 55%. [c.215]

Продукты регулирования температуры снимают выделяющееся тепло за счст подачи части воды в иедо-сгаточпо подогретом состоянии между слоями катализатора. Одновременно это позволяет создать близкий к оптимальному для обратимой экзотермической реакции профиль температуры, понижающейся по ме[)е протекания реакции. [c.194]

Н(зависимо от выбора катализатора и других условий на селективность гидрирования и дегидрирования сильно влияет температура, Обычно чем ниже температура, тем селективнее можно провести процесс по более реакционноспособным группам или остановить его на определенной промежуточной стадии. Наоборот, повьипение температуры способствует глубоким превращениям. Существенно, что нежелательные побочные реакции гидрогенолиза, крекинга, дегидроконденсации и другие имеют более высокую энергию активации, чем дегидрирование или гидрирование. Так, для крекинга н-бутана энергия активации равна 250 кДж/моль (я=6С ккал/моль), а для его дегидрирования в н-бутнлен только 168—184 кДж/моль (40—44 ккал/моль), что позволяет повысить селертивность путем снижения температуры. Поскольку при уменьшении температуры одновременно уменьшаются скорость процесса и производительность реактора, то практически в каждом случае можко найти область оптимальных температур, соответствующую минимуму экономических затрат. Дополнительные ограничения на выбор этого оптимума налагает обратимость реакции гидрирова-ния-дегидрирования. [c.471]

Стабилизация и длительное ос ществление циклических режимов в широкой области экспериментальных условий показывают возможность нестационарного ведения процесса в одном слое катализатора при низких температурах исходной (смеси. Общее свойство экспериментальных циклических режимов — близость протекающих в них процессов к рассмотренному ранее явлению распространения теплового фронта. На это указывает примерное постоянство максимальной температуры во времени, неизменность формы температурного профиля на участке слоя, где катализатор отдает тепло исходной смеси. Как и в процессе распространения фронта, реакция в основном протекает в узкой зоне по длине слоя, в которой температура газа повышается от 380—400°С до максимальной. Далее имеется область с почти неизменной температурой, близкой к Гти. В этой области скорость реакции мала, а состав смеси близок к равновесному. Тепло, полученное газом в зоне реакции, расходуется на подогрев участков слоя, противоположных входу реакционной смеси. Вследствие высокой тепловой емкости катализатора эти участки слоя разогреваются постепенно, что вызывает образование падающего по длине (с ростом степени превращения) температурного профиля. Такой профиль отвечает требованию оптимального температурного режима обратимых реакций. Это позволяет увеличить степень превращения SO2 по сравнению с равновесной, достигаемой нри температуре Тша.%- Заметный прирост степени превращения на участке слоя катализатора с надаюнщм температурным профилем наблюдался в большинстве нестационарных режимов. Например, в режиме, показанном на рис. 4.6, конечная степень превращения выше равновесной при = 580°С на 10—12% и составляет 94—95%. В режиме 9 (см. рис. 4.7) прирост степени превращения над равновесной равен примерно 3%. Интересно отметить, что активность и прочностные характеристики промышленного ванадиевого катализатора не изменились после длительного периода работы в нестационарных условиях [3]. [c.109]

Аналогичным образом мЬжет быть рассчитана зависимость оптимальной температуры от степени превращения для обратимых реакций 2-го и 3-го порядков. [c.359]

Бесков и Слинько проанализировали условия, необходимые для оптимизации каталититеских реакторов. Анализ предварительно полученных кинетических закономерностей позволяет определить теоретический оптимальный режим, т. е. такие условия ведения процесса, при которых заданные выходы продукта и избирательность достигаются при минимальных затратах катализатора например, для одной обратимой реакции оптимальная температура снижается с ростом степени превращения (рис. У1-9, а). Аналогичная картина возможна для двух последовательных реакций (рис. У1-9, б), но для двух параллельных реакций оптимальная температура может возрастать (рис. У1-9, в). На рис. У1-9 приведены и другие примеры оптимального температурного режима. [c.436]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология