Простые прямые реакции в реакторах

При сравнении непрерывно действующих реакторов идеального перемешивания и идеального вытеснения можно воспользоваться аналитическими расчетными зависимостями для определения т, ранее выведенными нами с учетом конкретных типов реакций, механизмы протекания которых являются наиболее простыми. Для сложных, а также для простых неэлементарных реакций, когда прямая связь между стехиометрическими уравнениями и выражениями скорости отсутствует, составить такие удобные расчетные зависимости на основе моделей реакторов идеального перемешивания и идеального вытеснения не удается и приходится применять приближенные численные методы или получать решения с помощью вычислительных машин. [c.155]

Уравнение (1) описывает ход расщепления сырья и проме-жуточных веществ, но недостаточно для определения выходов целевых продуктов. Обычная схема вычисления их, предложенная для простейших последовательных реакций [8, 9, 10, 11] при параллельно-последовательном механизме и коэфициенте /9 0 не применима, так как приводит к уравнениям, не поддающимся прямым решениям. Однако эта задача сильно упрощается, если пользоваться не чисто аналитическим, а графоаналитическим методом и графически представлять выявляемые кинетические закономерности. На фиг. 1 показаны кинетические кривые (1, 2, 3, 4 и 5) жидкофазной деструктивной гидрогенизации каменного угля и расхода водорода (кривая 6) на опытной установке под давлением 700 ати. На этих кривых, типичных для первой ступени процесса, отчетливо видны максимумы образования тяжелого масла 2 в начальных стадиях реагирования (и соответствующих им больших объемных скоростях), характерные для чисто консекутивных и параллельно-последовательных сложных процессов. При больших степенях превращения органической массы угля (у >96—98%) тяжелое масло уже почти не образуется вновь и только расщепляется на более легкие соединения. В этой области нетрудно найти кинетические константы распада тяжелого масла, являющегося лимитирующей стадией процесса, и по ним судить об интенсивности деструктивной гидрогенизации в целом . В табл. 8 приводятся результаты таких вычислений для каменного и бурого углей,, а также жидкофазной гидрогенизации двух типов смол полукоксования. Пол ченные данные подтверждают ранее сделанные общие выводы о влиянии на процесс давления, температуры и природы сырья. Сравнение констант, вычисленных по данным экспериментальной и заводской установок, перерабатывающих сырье близких качеств, показывает значительное снижение скоростей в промышленных условиях по сравнению с лабораторными и полузаводскими. Отмеченное является следствием изменения гидродинамических режимов и неизбежной неравномерности распределения температур в промышленных реакторах [12, 13, 14]. [c.82]

Система уравнений (VII.35), (VII.36) не решается аналитически даже для процессов с простейшей кинетикой. Тем пе менее, ее анализ позволяет установить некоторые особенности решения. При расчете экзотермического процесса наиболее интересной величиной является максимальный разогрев, достигаемый в горячей точке реактора. Если в реактор поступает исходная смесь с температурой, близкой к температуре теплоносителя Г,,, то в сечениях, близких к входному, теплоотвод окажется незначительным и процесс будет проходить в почти адиабатических условиях. В дальнейшем, по мере повышения температуры реагирующей смеси скорость теплообмена возрастает и в некотором сечении сравняется со скоростью тепловыделения. После этого температура реакции, пройдя через максимум, начнет убывать. Верхнюю оценку для достигаемой максимальной температуры можно найти, считая, что процесс протекает адиабатически вплоть до самой горячей точки . Тогда верхняя оценка температуры, при которой скорости тепловыделения и теплоотвода сравняются, может быть найдена по точке пересечения прямой теплоотвода q = а (Т — Т .) и кривой тепловыделения ф (Т) = hr (Т). Последнюю строят с учетом соотношения между концентрацией и температурой (VII.28), которое выполняется в адиабатическом процессе. Кривая тепловыделения и прямая теплоотвода изображены на рис. III.3 они пересекаются в нескольких точках, и верхнюю оценку максимальной температуры дает точка пересечения, соответствующая наименьшей температуре. По мере увеличения температуры теплоносителя прямая теплоотвода сдвигается вправо, и при некотором критическом значении низкотемпературная точка пересечения исчезает. При этом верхняя оценка температуры в горячей точке резко повышается. Формально значение максимальной температуры, конечно, не может измениться скачком. Из теории обыкновенных дифференциальных уравнений следует, что решение системы уравнений (VII.35), (VII.36) непрерывно изменяется с изменением всех параметров, в том числе и (см. также раздел VII.2). Однако в области значений параметров, близкой к той, где кривая тепловыделения касается прямой теплоотвода (рис. III.3, прямая 4), следует ожидать сильной чувствительности температуры в горячей точке к изменению параметров процесса. [c.288]

Решение зависит от четырех безразмерных параметров Л, 5, Хо, Wq. Все четыре параметра существенно влияют па характер решения. Этот метод только кажется простым, а в действительности имеет много неудобств. Скорость реакций характеризуется здесь величиной z, которая представляет собой по существу константу скорости, экстраполированную к бесконечной температуре. Ввиду сильной зависимости скорости реакций от температуры значение константы скорости в реальных условиях реактора оказывается обычно на много порядков ниже. В расчет входят вследствие этого величины, выражаемые очень малыми или очень большими числами. Это не только неудобно для расчета, но и усложняет оценку полученных результатов. Амплитуда колебаний ни в переменной X, ни в переменной и не имеет прямого физического смысла. Одни и те же значения этих переменных для реакций с разными характеристиками отвечают процессам различного характера. [c.460]

Дифференциальные методы позволяют просто изучить параллельные реакции практически любой сложности. Путем дифференцирования кинетических уравнений или при проведении реакции в безградиентных реакторах непосредственно получают значения скоростей расходования ключевого исходного реагента и образования каждого продукта, отнесенные к определенным текущим концентрациям веществ. Затем обработку опытов можно осуществлять для каждой реакции в отдельности, применяя в зависимости от предполагаемого механизма те или иные кинетические уравнения, преобразованные в форму линейного многочлена, как подробно рассматривалось для простых реакций. Из полученных данных прямо вытекают уравнения для состава продуктов и селективности. [c.358]

Процессы, основанные на этой реакции, протекают быстро, просты в аппаратурном оформлении, но, как и процессы прямого синтеза, требуют хорошего ректификационного оборудования, так как параллельно с реакцией термической конденсации протекают побочные реакции с образованием ряда соединений (например, при синтезе фенилтрихлорсилана образуются бензол, дифенил, дихлорсилан, четыреххлористый кремний). На ход термической конденсации влияет вид материала, из которого изготовлен реактор, и чистота поверхностей реактора наиболее высокие выходы целевых продуктов получены в кварцевых аппаратах, низкие выходы — в аппаратах из нелегированных фосфористых и сернистых сталей. [c.42]

Для кинетического режима окисления характерны следующие признаки прямая пропорциональная зависимость между W и YWi, отсутствие зависимости между W и скоростью перемешивания или условиями барботажа, энергия активации окисления Ewзависимость между W и скоростью перемешивания, отсутствие зависимости между W и Wi, низкая энергия активации для W Е у < Ei). Зависимость W от ро может существовать как при диффузионном, так и при кинетическом режимах окисления. Однако в случае кинетического режима переход от W—ро к W, не зависящей от poj (с ростом роХ будет происходить при одном и том же ро , не зависящем от Wi (см. II.1). При диффузионном режиме окисления чем больше Wi, тем больше ро , при котором происходит переход от W—ро к W, не зависящему от po (П.З). Наиболее простой способ проверки режима окисления — проведение опытов с разной скоростью продувания воздуха через реактор или с разной скоростью перемешивания. Если W не зависит от условий диффузии, то реакция протекает в кинетической области. При этом следует иметь в виду, что с изменением скорости окисления (при повышении температуры или увеличении глубины окисления) реакция может перейти из кинетической в диффузионную область. Поэтому опыты для проверки режима окисления необходимо проводить в условиях, соответствующи максимальной скорости окисления. [c.32]

Потенциометрические измерения проводится очень быстро время установления равновесного потенциала мало, что удобно для изучения кинетики реакций и контроля технологических процессов. Используя модификации метода, удается проводить анализ в пробах объемом до десятых долей миллилитра. Это имеет особое значение в биологии и медицине, где некоторые определения приходится проводить с чрезвычайно малыми объемами пробы. Метод обеспечивает прямое наблюдение за изменением концентраций в реакторах технологических процессов без отбора проб анализируемой смеси. Автоматизированные аналитические определения, основанные на измерении электродных потенциалов, чрезвычайно просты в исполнении. Наконец, приборы для потенциометрических измерений просты по конструкции и дешевы при геологических изысканиях, при контроле загрязнений воды, в океанографии и т. д. можно использовать приборы с батарейным питанием. [c.44]

В предыдущих главах были описаны некоторые изящные инструментальные методы качественного анализа соединений, разделенных в газовом хроматографе. Успехи многих таких методов, в особенности тех, которые допускают прямое соединение с газовой хроматографией, весьма внушительны. Однако масс-спектрометры, инфракрасные спектрометры, реакторы гидрирования и другие приборы довольно дороги, а для расшифровки полученных с их помощью данных часто требуются специальные знания. В некоторых случаях качественный анализ соединений, выходящих из газового хроматографа, можно осуществить по значениям удерживаемых объемов и с помощью простых химических реакций. В этой главе рассматривается применение качественных реакций для определения функциональных групп — прямой, быстрый и недорогой качественный анализ хроматографически разделенных соединений. [c.346]

Важный вопрос о соответствии значений констант скоростп реакций эксперпментальным данным вынесен в этой главе в упражнения. Сделано так потому, что, с одной стороны, этот вопрос относится скорее к области чистой, чем прикладной кинетики, и, с другой стороны, его решаюш,ее значение для всей проблемы расчета химических реакторов не вызывает сомнений. Если кинетические зависимости изображаются прямыми линиями, как на логарифмическом графике для реакции первого порядка в упражнении У.2, то оценка точности найденных значений констант скорости реакций может быть получена из отклонения экспериментальных данных от прямой линии, наилучшим образом оиисываюш ей ход процесса. Если дифференциальные уравнения, описывающие систему реакций, должны с самого начала интегрироваться численно, то провести оценку значений констант скорости и их точности значительно труднее. В простейших случаях уравнения можно решать с помощью аналоговой вычислительной машины, где константы скорости представляются переменными сопротивлениями. Эти сопротивления можно изменять вручную, пока не будет достигнуто наилучшее возможное соответствие между расчетными и экспериментальными данными. Если решение проводится на цифровой вычислительной машине, следует использовать метод проб и ошибок. Предположим, [c.116]

Кинетическая схема Д. А. Франк-Каменецкого, на основе которой была создана первая термокинетическая автоколебательная модель, имеет прямое отношение к истолкованию механизма термокинетических колебаний в проточных реакторах. В самом деле, если реакция состоит из двух этапов, для первого из которых характерна более слабая зависимость скорости реакции от температуры и меньший тепловой эффект, то роль первого этапа может выполнить струя реагирующего вещества, подаваемого с постоянной скоростью. На это было в свое время указано Я. Б. Зельдовичем. Позднее Д. А. Франк-Каменецкий подробно рассмотрел этот вопрос во втором издании своей книги Таким образом, простейшее истолкование механизма колебаний в проточных реакторах совпадает с истолкованием, которое дал Д. А. Франк-Каменецкий, введя понятие о термокинетических колебаниях. [c.148]

К реакционной газовой хроматографии (в смысле определения Драверта и сотр.) должен быть отнесен также метод, разработанный Златкисом и сотр. (1958, 1960) для прямого определения алифатических аминокислот в водном растворе при применении двух реакторов (см. разд. 8.1.2). В нагреваемом до 140° реакторе I, заполненном нингидрином, сначала происходит окислительное разложение аминокислот до летучих альдегидов и двуокиси углерода. Продукты реакции разделяются в присоединенной последовательно колонке при комнатной температуре и переводятся в реактор II, заполненный никелем на кизельгуре. Это заполнение обеспечивает при 425° гидрогениза-ционное расщепление всех альдегидов до метана. Присоединяемая к реактору II короткая колонка с молекулярными ситами служит для абсорбции образующейся и захваченной из пробы воды. Отдельные аминокислоты затем определяются в виде пиков метана при помощи катарометра. Применением реактора II решается относительно простая задача газохроматографического анализа веществ, содержащих воду, тем более что метан в отличие от альдегидов легко высушить. Кроме того, превращение альдегидов в метан позволяет более просто количественно определять аминокислоты, так как специфическая для данных веществ теплопроводность остается всегда одинаковой и вследствие этого не нужно вводить поправочных коэффициентов в количественные результаты. Тот факт, что катарометр при обычной температуре может применяться для определения метана, положительно сказывается на чувствительности метода. [c.274]

Для случаев, когда протекают реакции других типов, кривые выделения теплоты имеют более сложную форму и больщое число точек пересечения с прямыми отвода теплоты. Если, например, в реакторе протекает простая обратимая экзотермическая реакция, взаимное по-Рис. 42. Зависимость скорости вы- ложеиие прямых теплоподвода и деления и отвода теплоты от тем- теплоотвода приведено на рис. 42. [c.114]

Вся аппаратура при пролшшленном осуществлении прямого синтеза алкил- и арилхлорсиланов может быть выполнена из обычных Сталей, так как исходные вещества и продукты реакции при отсутствии влаги не вызывают коррозии материала. Аппаратура в целом простая — не требуется особых конструктивных решений, за исключением реактора, который должен быть изготовлен с учетом особенностей прямого -синтеза органохлорсиланов. - [c.70]

Анализ уравнений (3.141 и 3.142) показывает, что удёльная производительность реакторов для реакций простого типа при одинаковой конверсии прямо пропорциональна начальной концентрации (парциальному давлению) одного из реагентов (ключевого реагента Aj) в степени, равной суммарному порядку реакции, кроме реакций с суммарным нулевым порядком. [c.185]

Жесткость дифференциальных уравнений химической кинетики приводит к необходимости использования специальных методов интегрирования. В этих методах наряду с вычислением правой части дифференциальной задачи обычно используют матрицу Якоби, что в случае достаточно сложной химической реакции требует от вычислителя больших (даже огромных) затрат времени на получение элементов этой матрицы и составление подпрограмм . ее вычисления. В то же время правая часть задачи и матрица Якоби имеют достаточно простую структуру относительно концентраций реагентов. Это определяет целесообразность создания генерирующей программы, которая использует в качестве входных данных описание кинетической схемы, близкое к естественному. В настоящее время существует много программ такого типа (см., например, [1—12]), но некоторые из них являются труднодоступными . Кроме того, часть этих программ ориентирована на конкретные методы интегрирования, что является их существенным недостатком. Широкий набор решаемых задач, требование к точности и времени вычисления решения предполагают использование различных методов, а также их комбинацию в процессе решения. В [12] приведены формулы, достаточно удобные для генерации подпрограмм вычисления правой части и матрицы Якоби дифференциальных уравнений химической кинетики в случаях изотермического и неизотермического реактора постоянного объема. В настоящее время на базе ИХКиГ СО АН СССР и Вычислительных центров СО АН СССР городов Новосибирска и Красноярска разработан комплекс программ, который позволяет автоматизировать процесс решения прямой кинетической задачи. Комплекс написан на языке ФОРТРАН IV и ориентирован на работу в операционных системах Рафос и К8Х-11М. [c.54]

Стауффер И Краних [47] исследовали кинетику каталитической дегидратации первичных спиртов до олефинов и простых эфиров над -окисью алюминия с целью получить систему уравнений для предсказания кинетических характеристик соединений гомологического ряда. Они применяли микрореактор дифференциального типа с рециркуляцией газового потока и непрерывным вводом спиртов. Газы, выходящие из реактора, анализировали с помощью хроматографа, соединенного с реактором через кран-дозатор (рис. 2-17). Реактор был изготовлен из стандартной трубки из нержавеющей стали диаметром около 10 мм. Исходные спирты и циркулирующие газы подогревали в трубке, свернутой в спираль, которую вместе с реактором помещали в нагретый воздушный термостат. Циркуляцию газа осуществляли с помощью самодельного насоса типа мехов. Это позволяло при низкой степени превращения добиваться скорости газового потока, достаточной для того, чтобы избежать вредных эффектов, связанных с диффузией. Результаты измерений представляли в форме графической зависимости скорости реакции от температуры, причем скорости реакции выражали как число грамм-молекул продукта реакции, образующегося в течение часа, на единицу веса катализатора. Такие графики для реакций образования олефинов имели вид параллельных прямых, что указывало на одинаковые механизмы этих реакций однако графики, соответствующие образованию эфиров, имели различные углы наклона. Опираясь на свои результаты и результаты других авторов, Стауффер и Краних высказали предположения, касающиеся возможных механизмов рассмотренных ими реакций. [c.59]

Смотреть страницы где упоминается термин Простые прямые реакции в реакторах: [c.529] [c.89] [c.277] [c.443] [c.351] [c.324] [c.72] [c.274]

Введение в теорию и расчеты химических и нефтехимических реакторов Изд.2 (1976) -- [ c.0 ]

ПОИСК

Смотрите так же термины и статьи:

Реакции прямая реакция

Реакции прямые

Реакция простая

Справочник химика 21

Химия и химическая технология