Уравнение, используемое для проектирования реактора типа РПС

Рассмотрим модельную реакцию.

aA+bB=cC+dD

Известны параметры управления: T,P,ZNi, VNS=const.

Известна модель: реактор полного смешения в изотермическом температурном режиме.

Пересекаются графики при одинаковом объеме.

Теоретический анализ.

Для того, чтобы проанализировать как будет изменяться показатель интенсивности работы реактора, допустим, что объем реактора может меняться в интервале от 10 до некой бесконечно большой величины. Определим, каковы показатели интенсивности при Vp стремящимся к 0 и при Vp стремящимся к бесконечности, то есть рассмотрим граничные условия.

О работе реактора говорит в первую очередь скорость процесса.

При Vp=0, На входе в реактор

При процесс приближается к состоянию равновесия

Производительность С стремится к некоторому предельному значению, которое определяется расходом реакционной смеси, начальной мольной долей компонентов и максимально возможной степенью превращения ключевого компонента.

Какой формы будут зависимости?

При постоянном значении температуры, давления и мольной доли реагентов на величину скорости будет оказывать влияние только изменение текущих мольных долей реагента. Независимо от того, насколько интенсивно протекает реакция, по мере её протекания мольные доли исходных реагентов будут уменьшаться, а мольные доли продуктов расти, таким образом, в наблюдаемой реакции скорость будет падать во всем диапазоне изменения объема реактора.

После определения формы зависимости скорости можно сказать, что форма остальных зависимостей — выпуклая кривая. Точек перегиба нет и для реальной оценки работы реактора необходимо принимать во внимание, на сколько изменяется степень превращения от объема реактора.

Основной рост превращения при малом объеме реактора. Тепловой эффект реакции для данного случая не важен, так как температура постоянна, то есть от температуры скорость реакции не зависит.

Рассмотрим экзотермическую реакцию. При проведении обратимой экзотермической реакции в изотермическом температурном режиме увеличение температуры выгодно только в том случае, если реагирующая система находится вдали от равновесия. Вблизи равновесия увеличение температуры не выгодно. Вдали от равновесия скорость реакции определяется константой реакции. Вблизи равновесия скорость определяется движущей силой.

Для реакторов полного смешения объем, при котором степень превращения не зависит от температуры, равен объему, при котором скорость не зависит от температуры.

1) Рассмотрим влияние увеличения температуры на объем реактора;

2) Влияние увеличения давления на объем реактора (реакция с уменьшением объема газообразных реагентов);

Равновесие смещается в сторону продуктов по принципу Ле-Шателье.

Во всем диапазоне изменения объема реактора увеличение давления приводит в увеличению скорости реакции, степени превращения, производительности С и мольной доли компонента С.

3) Влияние увеличение давления на объем реактора (реакция без изменения объема газообразных реагентов);

Увеличение концентрации исходных реагентов приводит к увеличению скорости реакции и смещению равновесия в сторону продуктов, поэтому зависимости будут аналогичны, но при анализе нельзя представлять график зависимости степени превращения от объема реактора, так как это бессмысленно, потому что разные начальные концентрации компонентов.

4) Влияние увеличения VNS

Возьмем фиксированный объем реактора и увеличим расход смеси. Для сохранения равенства необходимо, чтобы изменялись скорость реакции и степень превращения, очевидно, что выполнение равенства будет достигаться лишь при уменьшении степени превращения и увеличении скорости реакции.

Соответственно на графиках X_A падает, производительность С растет, а мольная доля С падает.

Скорость от расхода смеси не зависит, численное увеличение скорости реакции связано с тем, что при одном и том же объеме, увеличение VNS приводит к уменьшению степени превращения.

Чем больше скорость процесса, тем больше глубина превращения, но чем больше глубина превращения, тем меньше скорость реакции. Обратная связь между параметром уравнения и функцией За счет управления параметрами увеличивается скорость реакции, но мы должны отдавать себе отчет, что по мере приближения к состоянию равновесия, это увеличение степени превращения скажется на дальнейших попытках увеличить её.