Влияние температуры на селективность

Влияние температуры на селективность связано с типом модели реактора. Т. к. реакторы смешения работают в изотермическом режиме, а реакторы вытеснения имеют либо адиабатический режим, либо политермический..

Влияние температуры выражается уравнением Аррениуса

Влияние температуры на селективность - №1 - открытая онлайн библиотека ,

где k0 – предэкспоненциальный множитель;

Е1, Е2 – энергии активации основной и побочной реакции.

Влияние температуры на селективность зависит от соотношения энергий активации параллельных реакций. Если энергия активации основной реакции выше Е1 > Е2 , то при низких температурах скорость побочной реакции выше, чем основной. Поэтому при низкой температуре селективность мала. Повышение температуры приводит к росту скорости и увеличению селективности. Если же Е1 < Е2 , то повышение температуры нецелесообразно.

В зависимости от соотношения Е1 и Е2 влияние температуры на селективность различно. Изменить это соотношение можно проведением процесса в присутствии селективного катализатора, который будет снижать энергию активации целевой реакции и мы будем получать высокий выход при низкой температуре.

Для РИС – Н величины Х, ФR и φ во всем объеме постоянны и поэтому связь между этими параметрами можно выразить уравнением

Ф = φ χ

Для РИВ эти же величины меняются по длине реактора, поэтому для него применяют выражение Влияние температуры на селективность - №2 - открытая онлайн библиотека

Графическое изображение этих уравнений позволяет установить тип реактора, обеспечивающий максимальный выход целевого продукта.

Для параллельных реакций Влияние температуры на селективность - №3 - открытая онлайн библиотека

Влияние температуры на селективность - №4 - открытая онлайн библиотека

Селективность можно выразить уравнением

Влияние температуры на селективность - №5 - открытая онлайн библиотека ,

т.е. является функцией отношения ωRS .

Влияние температуры на селективность - №6 - открытая онлайн библиотека

Из уравнения следует, что по постоянной температуре в каждом конкретном случае, когда известен порядок основной и побочной реакции, селективность зависит только от концентрации СА, так как отношение констант скорости реакции k1/k2 в этих условиях постоянная. Поэтому в зависимости от разности n1 – n2 влияние СА на φR может быть либо положительным, либо отрицательным.

1) Если порядок основной реакции выше порядка побочной реакции, т.е. n1 > n2 , то n1 – n2 = а.

Влияние температуры на селективность - №7 - открытая онлайн библиотека

Т. е. при увеличении концентрации исходного вещества СА селективность возрастает. Следовательно, для достижения высокой селективности выгодно поддерживать высокую концентрацию исходного вещества, т.е. выгодно применять РИВ или К – РИС, т.к. в этих реакторах средняя концентрация реагента СА выше, чем в

РИС – Н.

2) Если порядок основной реакции ниже порядка побочной реакции, т.е. n1 < n2 то n1 – n2 = -а.

Влияние температуры на селективность - №8 - открытая онлайн библиотека

Из этого уравнения видно, что при увеличении СА селективность снижается. При этом выгодно применять РИС – Н, т. к. концентрация исходного вещества в нем ниже, чем в РИВ. В данном случае изменение величины СА оказывает на эти параметры противоположное действие (интенсивность и селективность). При снижении СА интенсивность уменьшается, а селективность возрастает. Что лучше – можно решить технико – экономическим анализом.

Если n1 = n2 , то n1 – n2 = 0

Влияние температуры на селективность - №9 - открытая онлайн библиотека ,

т.е. селективность не зависит от концентрации исходного реагента и тип реактора не влияет на селективность. В этом случае изменяют температуру или применяют катализатор селективного действия, который может изменить соотношение k1/k2 .