Файл: Пинаев Г.Ф. Основы теории химико-технологических процессов учеб. пособие.pdf

чит, что концентрация, а следовательно, и относительный выход целевого продукта В достигают максимума лишь при определенном оптимальном времени реакции, и при дальней­ шем увеличении его концентрация вещества В падает.

Правая часть равенства есть отношение двух производных от концентраций по времени:

L i .

Для реакторов идеального смешения, согласно (Х.22), ха­ рактерно равенство истинной и средней скоростей реакции (или скорости и интенсивности реакции), что означает

dN%J rc{Lx)- dx

259

позволяет определить состав входного потока Т\ проточного реактора идеального смешения как точку пересечения каса­

ка Т2 может изображать состав входного потока реактора идеального смешения, выходному потоку которого отвечает

точка L 2 .

Возвращаясь к рис. Х.6, построим пучок касательных к

токи проточного реактора идеального смешения, отвечающие одному и тому же исходному потоку Мі — чистому компо­ ненту А. Следовательно, кривая l*(Mi) — MiL2L3...L7C есть траектория реакции в проточном реакторе идеального смеше­ ния, соответствующая входному комплексу Мі. Заметим, что параметром времени при построении траектории 1*(М{) явля­ ется т — среднее время пребывания реагентов в реакторе идеального смешения.

Семейство траекторий реакции при осуществлении их в проточных реакторах идеального смешения показано на рис. Х.8. Сравнивая его с рис. Х.6, видим, что траектории ре­ акции в проточном реакторе идеального вытеснения располо­

целевого продукта, а следовательно, уменьшение селектив­ ности процесса в проточном реакторе идеального смешения по сравнению с процессом в реакторе периодического дей­ ствия или в проточном реакторе идеального вытеснения. Ука­ занный вывод может не выполняться, если рассмотреть реак­ ции другого типа, чем (Х.ЗЗ).

260

Траектория І*(Мі) при осуществлении реакции в реакторе идеального -смешения отыскивается как совокупность точек

не может рассматриваться как состав входного потока, если последние изображают выходные потоки реактора, отвечаю­ щие входному потоку Мі.

Рис. Х.9. Расходимость траекторий параллельнопоследовательной реакции в реакторе идеального смешения при изменении степени завершенности реакции на входе реактора

261

§ Х.6. Сравнительное сопоставление различных изотермических реакторов

Выбор типа изотермического реактора для проведения той или иной гомогенной реакции влияет на ее интенсивность и селективность, а в случае получения полимеров — на рас­ пределение молекул по степени полимеризации. Обычно наи­ большая интенсивность простых и наибольшая селективность сложных реакций достигается или при периодическом осуще­ ствлении процесса или в проточном реакторе идеального вытеснения. В проточных реакторах идеального смешения указанные показатели реакций обычно ниже, чем в вышеука­ занных. Реакторы неполного смешения по своим кинетическим характеристикам занимают промежуточное место между ре­ акторами идеального смешения и идеального вытеснения. Однако возможны и исключения.

Так, скорость автокаталитических реакций достигает мак­ симума при определенной концентрации продукта реакции. Задавая эту концентрацию на выходе реактора идеального смешения, осуществляем процесс при максимальной скорости реакции. Следовательно, .при осуществлении таких реакций в непрерывно действующем реакторе идеального смешения обеспечивается максимальная скорость реакции.

Очевидно, при выборе оптимального типа реактора тре­ буется учитывать все кинетические особенности и механизм реакций. Можно также указать примеры, когда в реакторе идеального смешения достигается более высокая селектив­ ность процесса, чем в реакторе идеального вытеснения или реакторе периодического действия, но здесь этот вопрос не рассматривается.

Выбор типа изотермического реактора зависит не только от учета особенностей микрокинетики процесса. Во многих случаях требуется принимать во внимание факторы теплопе­ редачи, затраты материалов и легкость управления процес­ сом. Так, для интенсификации теплопередачи необходимо турбулизировать потоки жидкостей и газов, что нередко озна­ чает осуществление процесса в режиме идеального смешения. Кроме того, препятствием к использованию реакторов иде­ ального вытеснения является их высокая материалоемкость, поскольку для реализации режима движения реактантов, близкого к поршневому, обычно необходимо, чтобы соблю­

262