Сложные реакции

Влияние температуры на селективность

Последовательные реакции
Например, две реакции 1-го порядка:
W А= -r1 ; W R = r1 - r2; W s = r2;

Выводы
о целесообразном режиме проведения процесса с последовательной схемой превращения
Высокую селективность процесса по промежуточному веществу R можно получить при больших концентрациях А и малом содержании промежуточного R, т.е. при небольшой степени превращения исходного вещества.
Влияние температуры на селективность в последовательной реакции аналогично параллельной схеме превращения.

НЕОДНОЗНАЧНОСТЬ И МНОЖЕСТВЕННОСТЬ СТАЦИОНАРНЫХ РЕЖИМОВ В АДИАБАТИЧЕСКОМ РЕАКТОРЕ
Если в адиабатическом реакторе проводят экзотермическую реакцию, то система уравнений материального и теплового балансов может иметь как одно, так и несколько решений.
Покажем на примере РИС-Н при протекании в нем реакции 1-го порядка. Математически процесс в РИС-Н описывается уравнениями:
откуда было получено уравнение адиабаты:
Левая часть уравнения пропорциональна теплоотводу qТ из реакционной зоны проходящим реакционным потоком и представляет собой прямолинейную зависимость от Т , правая часть – теплоподводу qр за счет протекания экзореакции и представляет собой S-образную зависимость от Т. По существу уравнение адиабаты –это уравнение теплового баланса. Решим его графически и найдем температуру Т в реакторе.

ГРАФИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ УРАВНЕНИЯ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА (УРАВНЕНИЯ АДИАБАТЫ)
qT
qp

АНАЛИЗ РЕШЕНИЯ
Решение уравнение адиабаты имеет 1 или 3 корня (рис.) Все режимы 1, 2 или 3 – стационарные. Нелинейная зависимость между тепловыделением qp(Т) в реакторе от температуры обусловливает возможность появления неоднозначных стационарных режимов (несколько точек пересечения с линейной зависимостью qТ(Т).
В низкотемпературном режиме 1 скорость и степень превращение в реакторе – небольшие. При почти полном превращении в режиме 3 температура в реакторе будет большая, ≈равная адиабатическому разогреву. Привлекательным может оказаться среднетемпературный режим 2.
Для проверки условий его реализации рассмотрим свойства всех стационарных режимов.

УСТОЙЧИВОСТЬ СТАЦИОНАРНЫХ РЕЖИМОВ
Пусть процесс находится в стационарном режиме 1 (рис. б). Температура в реакторе Т1. Пусть по каким-либо причинам температура увеличилась до Т1'. При этом qт возрастет больше, чем qp. Если источник возмущения устранен, то преобладаю-щий теплоотвод (qт) приведет к снижению температуры. Режим самопроизвольно вернется в первоначальное состояние с температурой Т1. Если температура в реакторе уменьшится до Т1", то тепловыделение qp станет больше теплоотвода qт. Реактор будет разогреваться до температуры стационарного режима Т1. Аналогичная ситуация будет и в высокотемпературном стационарном состоянии 3 (рис. г).
Такие стационарные состояния называются устойчивыми, и для них выполняется условие
dqp/dT < dqт/dT

В среднетемпературном режиме 2 (рис. в) повышение температурыотТ2 до Т2' из-за возможного возмущения режима приведет к более сильному возрастанию тепловыделения qp, чем теплоотвода qт. Температура в реакторе будет продолжать увеличиваться вплоть до высокотемпературного стационарного состояния. Самопроизвольно прежний среднетемпературный режим не восстановится. Понижение температуры доТ2"приведет к дальнейшему остыванию реактора, вплоть до достижения низкотемпературного состояния. И такое будет происходить при любых малых изменениях T - первоначальный стационарный режим не будет восстанавливаться самопроизвольно. Такой режим называется неустойчивым. Для него dqp/dT > dqт/dT.
Вывод: Если в стационарное состояние внесено кратковременное возмущение, и после его снятия первоначальное состояние самопроизвольно восстановится - оно считается устойчивым.
Неустойчивое стационарное состояние самопроизвольно не восстанавливается после внесения в него кратковременных возмущений.