Степень превращения экзотермических

Пример УП1-11. В реакторе с мешалкой и холодильником проводится сильно экзотермическая реакция типа А + В = = Р. Для поддержания постоянной температуры процесса в реактор подается некоторое количество реагента В, а затем вплоть до заполнения реактора постепенно дозируется раствор вещества А в реагенте В. Ввиду большого избытка реагента В скорость реакции описывается уравнением г л — кСл.. Используемый объем реактора составляет 1 г = 2 м , а начальный объем реагента В равен Уо = 1 м . Раствор реагента А с концентрацией Сд = 1 кмоль/м поступает с объемной скоростью д = 0,05 м мин. Константа скорости реакции к = 0,2 мин . Определить изменение концентрации реагента А в реакторе и степень превращения в момент наполнения реактора. [c.316]

Когда реакция протекает адиабатически, т. е. в условиях, когда стенки реактора изолированы настолько хорошо, что потери тепла в направлениях, перпендикулярных потоку, пренебрежимо малы. В этом случае температура будет возрастать или снижаться вдоль оси реактора в зависимости от того, является ли реакция экзотермической или эндотермической, причем характер изменения легко определить, зная теплоту реакции. Для этой цели составляется тепловой баланс, учитывающий изменение температуры от входа в реактор до заданного поперечного сечения в зависимости от величины переменной у, которая характеризует степень превращения в этом поперечном сечении. Константа скорости (зависимость которой от температуры предполагается известной) таким образом становится функцией у, после чего интегрирование указанных уравнений может быть осуществлено либо численными, либо графическими методами. Эти методы описываются в Приложении И к настоящей главе [c.51]

На рис. 38 показана кривая выделения тепла для простой обратимой экзотермической реакции, проте кающей в одноступенчатом реакторе идеального смешения. Для такого типа реакций максимально достижимая степень превращения уменьшается с повышением температуры. С точки зрения кинетики это означает, что с некоторой температуры начинает уменьшаться [c.160]

Из равенства (1,44) вытекает, что с ростом константы равновесия К увеличивается равновесная степень превращения. При эндотермических реакциях увеличение температуры ведет к увеличению величины К, в экзотермических — к ее уменьшению, В принципе константа равновесия не зависит от давления, если принять за основу стандартное состояние. [c.20]

При протекании реагирующей фазы в пустой трубе важную роль играет выделение или поглощение тепла, вызванное химической реакцией. Если реакция экзотермическая, то около стенок трубы скорость уменьшается и радиальный профиль концентрации будет плоским. В случае эндотермической реакции степень превращения в пристенном слое увеличится, так как температура у стенок будет выше Причиной этих явлений служит радиальное движение массы, возникающее вследствие турбулентной диффузии [c.53]

Рассмотрим построение оптимального температурного профиля на примере обратимых экзотермических реакций. К ним относится большое число известных промышленных процессов — синтез аммиака, окисление ЗОг, конверсия окиси углерода. Повышение температуры в этих реакциях уменьшает константу равновесия и достижимую степень превращения, но увеличивает скорость реакции. Для увеличения скорости реакции полезно, чтобы на входе в реактор, где количество образующегося продукта мало, температура была достаточно высокой, а на выходе низкой это положительно влияет на константу равновесия. Можно показать, что температуру, при которой проводится процесс, нужно понижать по мере увеличения количества продукта. [c.304]

Начальная концентрация реагирующего вещества j , = = 0,17 кмоль/м степень превращения и = 0,7 константа скорости реакции, протекающей по первому порядку, Kpi — 5,5 X X 10 кмоль/(м -с) температура реакции tp = 120 С давление в реакторе р = 0,3 МПа тепловой эффект реакции (экзотермической) q = 2,8-10 Дж/кмоль реакционная смесь имеет следующие физические свойства = 1050 кг/м = 0,015 Па-с [c.257]

Окисление 5 м ч жидкости осуществляется воздухом при его расходе, приведенном к нормальным условиям р = 0,1 МПа и = 20 °С), Кго = 1800 м /ч. Температура реакции tp = 180 °С при давлении в аппарате р = 0,6 МПа. Время реакции до требуемой степени превращения составляет Тр = 45 мин. Тепловой эффект экзотермической реакции = 6,3-10 Дж на 1 кг окисленного сырья. [c.285]

Примечание. — производительность аппарата по жидкости — расход газа, приведенный к рабочим условиям р — давление в реакторе Тр — время окисления продукта до требуемой степени превращения р — теплота реакции при окислении 1 кг сырья (+— экзотермическая и--эндотермическая реакции) — температура реакции 6 — наибольшая (наименьшая) допустимая [c.292]

О степени превращения исходного компонента при исследовании единственной или брутто-реакции, протекающей с тепловым эффектом, можно судить по тепловыделению или теплопоглощению в ходе процесса. Так, при проведении экзотермической реакции в адиабатических условиях изменение температуры процесса пропорционально изменению концентрации исходного вещества или продукта [c.426]

Для обратимых экзотермических реакций, протекающих в печах непрерывного действия, с повышением темнературы возрастает скорость прямой реакции, но при этом снижается максимально достижимая степень превращения. В том месте, где реагенты далеки от состояния химического равновесия, т. е. около входа в печь, целесообразно поддерживать высокую температуру, а около выхода из печи, где реакционная масса приближается по составу к равновесному, температура должна быть пониженной, чтобы сдвинуть процесс в сторону более полного превращения реагентов. [c.11]

Температура, оказывая большое положительное влияние на скорость и другие показатели протекания термотехнологических процессов, вместе с тем оказывает на них и следующие отрицательные влияния 1) увеличение потерь целевого продукта вследствие его испарения 2) снижение прочности и химической стойкости исходных материалов и полученных продуктов 3) уменьшение степени превращения реагентов в обратимых экзотермических реакциях [c.116]

На рис. -3 представлено изменение относительного времени пребывания, необходимого для достижения данной степени превращения в реакторах идеального смешения ( т) и идеального вытеснения tв) в случае протекания эндотермических, изотермических и экзотермических реакций. Из рисунка следует, что реактор идеального смешения предпочтительнее реактора идеального вытеснения для экзотермических реакций при низких и средних значениях х. При изотермических условиях и особенно при эндотермических реакциях реактор идеального вытеснения предпочтительнее реактора идеального смешения. [c.111]

Для большинства экзотермических процессов скорость вначале увеличивается с возрастанием степени превращения вследствие повышения температуры в системе, но в конце снижается с уменьшением л в результате расходования реагентов. При сравнительно малых степенях превращения средняя скорость реакции в аппарате идеального смешения всегда выше, чем в аппарате идеального вытеснения. Однако по достижении некото- [c.112]

Сравнение состояния сегрегации с уровнем молекулярного смешения для экзотермических реакций приводит к противоположным выводам — наивысшая степень превращения соответствует уровню молекулярного смешения. Это объясняется тем, что в экзотермических системах начальная скорость увеличивается с возрастанием степени превращения вследствие повышения температуры системы. [c.113]

Температура. Высокие степени превращения в экзотермических реакциях достигаются при понижении температуры и ведении процесса в изотермическом режиме. При этом нижняя граница температуры определяется рабочими характеристиками катализаторов. Поскольку изотермический режим не возможен в реакторах со стационарным слоем катализатора, процессы проводят в многосекционных аппаратах с промежуточным охлаждением газовой смеси. [c.219]

Еще один пример. При обратимом экзотермическом процессе в реакторе с неподвижным слоем катализатора температура монотонно растет по длине слоя катализатора и практически линейно зависит от степени превращения. Однако оптимальный режим требует понижения температуры с ростом степени превращения, чего нельзя достичь в адиабатических условиях процесса. Поэтому на практике процесс ведут в нескольких последовательно расположенных адиабатических слоях катализатора, между которыми каким-либо способом отводится тепло реакций. Как будет показано далее, в таких процессах с искусственно создаваемыми нестационарными условиями возможна организация режима, при котором температура будет понижаться с увеличением степени превращения, что позволит проводить обратимые процессы всего в одном слое катализатора. [c.305]

Основные свойства теплового фронта химической реакции в неподвижном слое катализатора с технологической точки зрения представляют значительный интерес по следующим причинам 1) при движении теплового фронта в направлении фильтрации газа перепад температур во фронте (между максимальной и входной температурой реакционной смеси) может во много раз превосходить величину адиабатического разогрева смеси. Это позволяет осуществлять каталитический процесс без предварительного постороннего подогрева реакционной смеси до температуры, при которой химическое превращение протекает с большей скоростью 2) скорость распространения теплового фронта гораздо меньше скорости фильтрации реакционной смеси (что и дает возможность использовать такой режим) 3) при движении высокотемпературного фронта через холодный слой катализатора за областью максимальных температур образуется падающий по длине слоя температурный профиль (это свойство благоприятно с технологической точки зрения для многих, например экзотермических обратимых, процессов, так как обеспечивает высокую степень превращения или избирательность) [c.305]

На рис. 6.14 приведены профили температур и степеней превращений по длине слоя катализатора, рассчитанные на ЭВМ на основании системы уравнений (6.17) при протекании одной обратимой экзотермической реакции А В. [c.312]

Это выражение совместно с уравнением материального баланса изотермического процесса (11,12) используют для расчетов температур и степеней превращения в кубовых реакторах, процессы в которых сопровождаются выделением или поглощением тепла вследствие протекания реакции и внешнего теплообмена. Некоторые вопросы устойчивости таких реакторов при протекании экзотермических реакций будут рассмотрены дальше (стр. 132). [c.121]

Очевидно, если нуть начинается от какой-либо средней по величине степени нревращения и от А , находящейся справа от кривой 2, температура реактора может подняться до максимального значения, значительно превьппающего Г,. Это явление может быть нежелательным в ряде случаев (например, возникновение экзотермической побочной реакции при высокой температуре), поэтому следует принимать специальные меры предосторожности при пуске такой системы. С другой стороны, при низких степени превращения и исходной температуре, лежащих в области кривой 2, превращение будет постепенно возрастать, проходить через максимум и затем система достигнет нижней устойчивой точки, т. е. вспышки реакции не будет. [c.245]

С повышением температуры равновесная степень превращения возрастает для эндотермических реакций и снижается для экзотермических. [c.210]

Интересно, что в случае экзотермических реакций степень превращения достигает максимума (причем соответствующая кривая не доходит до кривой равновесного превращения) и затем снижается с повышением температуры. > [c.213]

Рис. УИ1-5. Зависимость степени превращения от температуры для обратимых экзотермических реакций, протекающих в изотермических условиях (проточный реактор идеального смешения реактор идеального вытеснения реактор периодического действия).

Рис. У1П-8. Зависимость скорости реакции от степени превращения и температуры для обратимых экзотермических реакций. Пунктирная линия показывает температуру, соответствующую оптимальным условиям (кривая максимальных скоростей реакции)

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.

Все сказанное нужно учитывать при создании аппарата оптимальной конструкции. Например, лучшей конструкцией может оказаться каскад из двух последовательных реакторов различных типов. Так, при высокой степени превращения и сильно экзотермической реакции целесообразно исследовать возможность использования псевдоожиженного и неподвижного слоев. [c.443]

Необходимо различать тип реактора и характер модели, поскольку для одного и того же аппарата в зависимости от цели исследования могут быть использованы неодинаковые математические модели. Так, например, чтобы определить конечную степень превращения реагирующих веществ при экзотермическом процессе в трубчатом реакторе, часто можно применять модель идеального вытеснения для нахождения же максимальных температур в слое катализатора этого аппарата нужно использовать более сложную модель неполного смешения по радиусу и длине трубок. [c.482]

Приведем несколько примеров. Так, при окислении метанола в формальдегид в комбинированном реакторе значительное влияние на технологический режим в трубчатой части аппарата оказывают неоднородности температуры хладоагента и активности катализатора . Это справедливо для всех трубчатых реакторов при осуществлении в них сильно экзотермических процессов. В адиабатической части аппарата температура на выходе из слоя катализатора и избирательность процесса зависят главным образом от неоднородностей начальной степени превращения метанола перед слоем и активности катализатора (особенно от соотношения констант полезной и побочной реакций). Очень чувствительны к неравномерному распределению температуры и концентраций контактные аппараты с адиабатическими слоями неподвижного катализатора и промежуточным отводом тепла, предназначенные для окисления двуокиси серы в производстве серной кислоты. Значительное влияние на достижение высоких конечных степеней превращения оказывают неоднородности в последних слоях этих реакторов. Сказанное выше справедливо и для других процессов, когда необходимо приблизиться к равновесию или достигнуть высокой степени превращения. [c.504]

В заключение этого раздела еще раз отметим основные технологические особенности теплового фронта химической реакции а) фронт экзотермической реакции существует при таких низких температурах исходной реакционной смеси, при которых скорость химического превращения пренебрежимо мала б) разность между максимальной температурой во фронте и начальной температурой реакционной смеси может во много раз превосходить величину адиабатического разогрева смеси при полной или равновесной для максимальной температуры степени превращения смеси при заданных кинетических характеристиках и начальной концентрации реакционной смеси требуемая величина этой разности может быть создана соответствующим выбором линейной скорости смеси и размером зерен катализатора, что определяет условия внешнего и внутреннего тепло- и массообмена, а также величину продольной теплопроводности в) скорость движения теплового фронта намного меньше скорости движения реакционной смеси в зоне контакта (скорости фильтрации) г) уменьшение интенсивности внешнего и внутреннего теплообмена между свободным объемом слоя и зерном катализатора, а также увеличение продольной теплопроводности ве- [c.90]

Пример 111-11. Для обратимой экзотермической реакции (III, 194), проводимой в ступенчатом адиабатическом реакторе идеального вытеснения, имеющем N ступеней, найти минимальное время пребывания х реагентов в аппарате и распределение его по ступеням, обеспечивающее заданную степень превращения исходпого реагента А. [c.125]

Стремление к быстрому проведению обратимых экзотермических реакций путем повышения температуры также приводит к удалению от состояния равновесия. Во избежание этого приходится делить реакционное пространство на части (например, слой катализаторана многие более тонкие слои). Сначала, когда концентрация исходных веществ велика (мала степень превращения), реакция проходит быстро, приближаясь к состоянию равновесия, соответствующего высокой температуре в этой части аппарата (выгодной по скорости превращения и невыгодной по положению равновесия). В несколько этапов снижают температуру проведения процесса, достигая более выгодного положения равновесия (вследствие чего возрастает движущая сила), но скорость превращения при этом уменьшается как в результате понижения [c.423]

Хотя решение Билу и Амандсона получено для простой реакции, подобный подход может быть распространен и на более сложные реакции, причем результаты, полученные в этих случаях, могут иметь важное практическое значение. Например, если основная реакция сопровождается побочной экзотермической реакцией расщепления, то, как следует из рис, 43, роль побочного процесса может резко возрасти, если температура стенки или другой чувствительный параметр превысит определенную величину. Отсюда следует, что необходимо принимать меры, обеспечивающие поддержание этих параметров ниже критической величины. При этом не всегда удается достигнуть удовлетворительной степени превращения по целевому продукту при соблюдении ограничений по температуре. Такой случай встречается наиболее часто ири проведении некоторых реакций неполного окисления. [c.168]

Трубчатый каталитический реактор (обычно труба или ряд параллельных труб, заполненных таблетками катализатора) ужо упоминался в главе II (стр. 43) при рассмотрении изотермических З словпй работы. В главе IV (стр. 123) описана теорпя тепловых эффектов и внешнего теплообмена предполагалось, что как температура, так и состав реакционной смесп однородны в каждой секции реактора. Однако это во многом зависит от возможности теило-и массопередачи в направленип, перпендикулярном к основному потоку. Если такая возможность ограничена, как, например, прп экзотермических реакциях в охлаждаемом реакторе, содержащем таблетки катализатора, то температура и, следовательно, степень превращения вблизи осп трубы значительно выше, чем около стенок. [c.188]

Важность этих условий хорошо иллюстрируется диаграммой температура — превращение для экзотермической равновесной реакции с определенным составом загрузки (рис. 1-11). На рисунке даны графики зависимости (при которой смесь находится в химическом равновесии) и (при которой скорость превращения максимальна) от степени превращения (кривые 3 я 4 соответственно). Кроме того, показаны кривые постоянных скоростей превращения (1 и 2). Загрузка поступает в первую секцию при температуре о ( 1 о = 0), и реакционная смо ь нагревается иронорционально I в соответствии с уравнением ( 1,14). Когда линия пере- [c.213]

Пусть, например, осуществляется обратимый экзотермический процесс, для которого каждой степени превращения отвечает оЬре-деленная оптимальная температура С увеличением степени [c.491]

На рпс. 1 представлены профили температур и степеней превращения в разных сечениях слоя при наличии уплотнення. Как видим, структурная неоднородность в слое приводит к образова-нпю температурной п концентрационной. При выбранных значениях параметров температурная неоднородность локализуется в области уплотнения, поскольку в пей реализуется достаточно высокая стенень превращения. Однако при протекании экзотермической реакции вдали от равновесия или при степенях превращения, много меньших единицы, температурные неоднородности, как это будет показано ниже, могут ироникать достаточна глубоко в слой и приводить к образованию горячих пятен в слое н на выходе. Кроме того, глубина проникновения температурных и концентрационных неоднородностей зависит от соотношения интенсивностей продольного н поперечного тепло- и массообмена. [c.60]

Пусть в момент времени / = О входная температура скачкообразно уменьшилась до величины 6о = — 7,5 и далее при любом I оставалась неизменной. Предполагается, что величина скорости химического превращения при этой температуре пренебрежимо мала. На рисунке видно, что с течением времени максимальная температура реакционной смеси в слое не только не уменьшилась, но даже увеличилась, приблизившись к некоторому пределу бщ . Температурный градиент в формирующемся фронте выше стационарного, а при 4 4 он остается практически неизменным. Фронт сформировался. Теперь по слою катализатора с неизменной скоростью перемещается тепловая 0( , 1) и концентрационная 4) волны (фронты), которые в системе координат г = Г—ш1 остаются неизменными (здесь I — длина слоя катализатора, м — скорость движения фронта). Тепловой фронт гетерогенной химической экзотермической реакции, как показано ниже, обладает рядом чрезвычайно интересных свойств. Среди них, например, такое разность между максимальной температурой во фронте От и входной температурой реакционной смеси Во может быть во много раз больше величины ДЭадЛ р (бтах), где Хр (0тах) — равновесная степень превращения при максимальной температуре во фронте. [c.79]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология