НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА

Кинетика реакций в реакторе идельного смешения

Реакции происходят без изменения числа молекул. Условные обозначения: u - объемная скорость, [A]₀, [A] - начальная и конечная концентрация вещества A.

Реакции с увеличением числа молей

Рассмотрим реакцию aA → bB + cC

Если в реактор вводится a молей вещества А, то за единицу времени превращается n_0Ay молей.

Если β = 0, то:

Чем больше увеличивается объем (растет p), тем меньше глубина реакции.

Последовательная реакция первого порядка

Уравнение для баланса массы запишется как:

для A:
для B:
для C:

Вещество "B" часто является целевым продуктом, поэтому следует выбрать условие, максимизирующее выход. В данном случае:

Сравнение эффективности РИВ и РИС

Сравниваются вместимости реакторов при одинаковой производительности.

Для реакции первого порядка, происходящей при постоянном числе молей:

• В реакциях более высокого порядка разница между РИВ и РИС еще больше.
• В реакциях нулевого порядка объемы одинаковы.

Промежуточный выход вещества "B" в последовательной реакции первого порядка равен:

Промежуточный выход в идеальном реакторе смшения ниже, более высокий выход РИВ обусловлен более высокой концентрацией реагирующего сырья. Это видно из сравнения на рисунке ниже:

В ректоре идеального вытеснения концентрация изменяется от начальной концентрации [A]₀ до конечной концентрации [A], в то время как в реакторе идеального смешения концентрация постоянна и равна начальной концентрации [A].

Скорость реакции изменяется соответственно:

• в РИВ Wmax = k[A]J5 в начале реактора и Wmin = k[A]ⁿ в конце реактора;
• в РИС w = k[A]ⁿ в любой точке реактора.

Причины применения реактора идеального смешения

1. Температура одинакова во всех точках. В случае реакции с большим тепловым эффектом температура будет непрерывно повышаться и понижаться вдоль реактора идеального вытеснения, и трудно поддерживать постоянную температуру, несмотря на отвод или подвод тепла.
2. Если реакция имеет большой тепловой эффект и состав продукта сильно зависит от температуры, предпочтительнее использовать РИС.
3. Когда протекают две реакции:
• k, A -> B - основная
• k₂, A -> C - побочная
их отношение скоростей равно:

В РИС концентрация [A] всегда ниже, а побочных продуктов меньше, если они образуются в результате реакций более высокого порядка.

Секционирование РИС

Концентрация [A] на выходе из реактора идеального смешения:

Глубина реакции при разделении потоков больше. Предположим порядок реакции n = 1 и глубину конверсии y = 0,9. V = 0,48 при m = 2, V = 0,32 при m = 3, V = 0,29 при m = 4, m = 5, V = 0,28. Логично разделить реактор на три части. В результате деления РИС приближается к РИВ.