Управление температурным режимом.

На практике нельзя неограниченно увеличивать температу­ру процесса для его интенсификации. Максимальное значение тем­пературы ограничивается:

- термостойкостью реагентов

-  тер­мостойкостью конструкционных материалов, из которых изготов­лены реакторы.

В случае параллельных реакций температуру следует увеличивать только тогда, когда это приводит к преимущественному увеличе­нию скорости основной реакции.

В обратимой экзотермической реакции:

- после наступления равновесия для сдвига равновесия вправо температуру понижают (согласно принципу Ле-Шателье) - теплота выделяется, т. к. идет увеличение скорости прямой реакции.

- если температуру по­высить, то равновесие сдвинется влево и равновесный выход про­дуктов реакции снизится.

Лево  право

А + В→ С+Р +Q

В обратимой эндотермической реакции снижение температу­ры смещает равновесие влево, уменьшает выход целевого продукта, а увеличение температуры—к сдвигу равновесия вправо, к увеличению выхода целевого продукта. А + В→ С+Р -Q

Метод управления температурным режимом следует рассмат­ривать в связи с изменением рабочих концентраций компонентов. Действительно, количество поглощенной или выделенной за едини­цу времени теплоты зависит от скорости реакции. Поэтому изме­нение рабочих концентраций вызывает изменение температуры процесса, а регулирование температуры влияет на концентрацию.

Способы управлять температурным режимом работы реактора

Поддержание активности катализатора.

Действие катализаторов направлено на снижение энергии активации Е. Химические свойства катализатора при его отравлении изменяются, что приводит к необратимым из­менениям. Среда снижает активность катализатора. Разли­чают:

- старение катализатора проявляется в уменьшении их активности вследствие изменения поверхности и структуры частиц.

- отравление катализатора - уменьшение активности катализато­ра под воздействием примесей.

Старение и отравление катализаторов — основные недостатки ка­талитических процессов.

Для поддержания активности катализаторов осуществляются:

- тщательная очистка поступающих веществ от продуктов,

- частичная смена катализатора для регенерации

- периодическая полная замена катализаторной массы.

Создание развитой поверхности контакта фаз.

Име­ет основное значение для гетерогенных процессов химического превращения, в которых скорость подвода и отвода массы и теп­лоты определяется величиной поверхности взаимодействующих фаз.

Для увеличения поверхности соприкосновения фаз во всех сис­темах развивают поверхность более тя­желой фазы:

- твердой в системах газ — твердая фаза, жидкость — твердая фаза. Измельченная твердая фаза подвергается механическому перемешиванию либо находится во взвешенном состоянии в пото­ке газа или жидкости. При этом скорость потока легкой фазы, движущейся снизу вверх, выбирают такой, чтобы частички твердой фазы как бы «кипели» в потоке, но не покидали пределов реакци­онного объема.

- жидкой в системах газ —жидкость. жидкость применяют распыле­ние жидкости, создание тонкой пленки жидкости либо барботаж газа через слой жидкости

Выбирая условия проведения процессов, руководствуются требованием смещения равновесия в сторону образования продукта реакции. Для повышения равновесного выхода необходимо:

- снижать температуру для экзотермической реакции;

- повышать температуру для эндотермической реакции;

- повышать давление в реакциях, идущих с уменьшением объёма (числа моль газообразных веществ);

- понижать давление в реакциях, идущих с увеличением объёма (числа моль газообразных веществ);

- концентрация вещества, находящегося в газообразном состоянии, увеличивается с повышением давления;

- увеличение давления (для газообразных веществ) (равнозначное увеличению концентрации) приводит к повышению скорости реакции.

- повышать концентрацию исходных реагентов;

- снижать концентрацию продуктов реакции.

- скорость химической реакции пропорциональна концентрациям реагентов;

- суммарная скорость нескольких последовательных превращений, широко различающихся по скорости, определяется скоростью наиболее медленной стадии;

- для смещения равновесия следует менять (когда это возможно) одновременно несколько факторов, приводящих к увеличению выхода продукта.

Вопросы для повторения.

1. Из каких стадий состоит технологический про­цесс?

2. Что такое технологический режим?

3. Как классифицируются химические реакции?

4. Что такое стехиометрическое уравнение?

5. Чем отличаются последо­вательные и параллельные механизмы химического превращения?

6. Чем харак­теризуется состояние равновесия в обратимых реакциях?

7. Как формулируется принцип Ле-Шателье и в чем его сущность?

8. Как классифицируются реакции с тепловым эффектом?

9. Что такое катализатор. каково его воздействие на процесс химического взаимодействия?

10. Чем характеризуется скорость хими­ческой реакции? От чего она зависит?

11. Что такое уравнение кинетики химиче­ской реакции? Какие параметры в него входят?

12.Какие способы применяются для управления скоростью химического взаимодействия?

Выход на сайт: Основные способы ведения ХТП → 1.1.Основные показатели химико-технологических процессов. Изучение данной темы следует начинать с рассмотрения основных стадий любого химико-технологического процесса (ХТП) … Агрегатное состояние реагирующих веществ определяет способы их технологической переработки и принципы конструирования аппаратов.