Cтраница 5
При обратимом экзотермическом процессе в реакторе с неподвижным слоем катализатора температура монотонно растет по длине слоя катализатора и практически линейно зависит от степени превращения. Однако оптимальный режим требует понижения температуры с ростом степени превращения, чего нельзя достичь в адиабатических условиях процесса. Поэтому на практике процесс ведут в нескольких последовательно расположенных адиабатических слоях катализатора, между которыми каким-либо способом отводится тепло реакции. Как будет показано далее, в таких процессах с искусственно создаваемыми нестационарными условиями возможна организация режима, при котором температура будет понижаться с увеличением степени превращения, что позволит проводить обратимые процессы всего в одном слое катализатора. [61]
При непрерывном экзотермическом процессе наблюдается тепловое равновесие между теплом, выделяющимся при химической реакции, и теплом, теряемым реактором за счет теплопереноса к окружающей среде. В случае непрерывной газофазной каталитической реакции на твердом катализаторе реакция происходит на поверхности катализатора и выделяющееся тепло теряется поверхностью зерен катализатора: передается текущему через реактор потоку газа; при применении неадиабатического реактора выделяющееся тепло реакции передается от газа стенкам реактора и далее окружающей среде. Скорость, с которой происходит выделение тепла в процессе химической реакции, зависит от ее кинетики. В дальнейшем мы будем считать, что уравнения скоростей реакций подчиняются закону Аррениуса. Если температура газа на входе в реактор не слишком высока, то скорость химической реакции будет лимитировать общую скорость процесса, но с повышением температуры в конце концов эта скорость неизбежно будет лимитироваться скоростью диффузии газа к поверхности катализатора. Следовательно, при низких температурах скорость выделения тепла на поверхности твер-дого тела будет с повышением температуры увеличиваться экспоненциально, тогда как при высоких температурах скорость тепловыделения будет зависеть от величины корня квадратного из температуры. В стационарных условиях скорость химической реакции уравновешивается скоростью диф-фузии. Из уравнения ( 61), приведенного в разд. [62]
Если протекает экзотермический процесс, то средняя температура Гс и среднее значение константы скорости fec в реакционной зоне потока полного смешения во всех случаях выше соответствующих значений Гв и feB ( рис. 6.29) и для выбора рациональных условий проведения процесса необходимо сопоставление соотношений ДСи / ЛСс и & С / & В - В большинстве случаев при высоких значениях тепловых эффектов, начальных концентраций исходных веществ и степеней превращения АСВ / АСС kc / kB, и ХТП рацио нально проводить в потоках смешения с изотермическим температурным режимом. При этом наиболее очевидно их преимущества проявляются при отводе теплоты из реакционной зоны ( см. разд. [64]