Изотермический процесс в химическом реакторе. Режим идеального смешения, периодического и идеального вытеснения. Сложная реакция с последовательной схемой превращения

Математическая модель процессов:

= W(C); С=С0 при (1)

Схема реакции:

Процесс описывается системой уравнений (для реакций первого порядка):

∂СА/∂Ʈ=-k1CA; (2)

∂CR/∂Ʈ= k1CA-k2CR;

∂СS/∂Ʈ=k2CR; СА=С0; СR=CS=0 при Ʈ=0.

Решением первого уравнения является:

СA=C0 e ^-k1Ʈ; (3)

Подставив его во второе уравнение системы (2) получим:

∂CR/∂Ʈ=k1C0 e ^-k1Ʈ- k2CR; (4) Решением (3) с учетом СR=0 при Ʈ=0 является:

CR= C0[ e ^-k1Ʈ- e ^-k2Ʈ]; (5)

Подставляя (4) в третье уравнение системы (1) находим:

CS= С0[1- (k2 e ^-k1Ʈ- k1 e ^-k2Ʈ)/(k2-k1)] (6) График зависимостей (3), (5), (6) представлен на рисунке: Изменение концентрации расчетов в реакторе ИВ или ИС-n при последовательном протекании реакции. Сплошные линии построены при температуре Т1 и энергии активации Е1, штриховые при Т2>Т1 и Е1>Е2. Как видно из рисунка расход в процессе компонента А приводит к уменьшению его концентрации СА. Изменение СR в ходе реакции различно: сначала она возрастает, отражая первый этап схемы А→R→S, затем СА уменьшается, вызывая замедление скорости образования R.

Одновременно накопление R усиливает его дальнейшее превращение в S. В какой-то момент (Ʈmax) скорости образования и расходования R сравниваются и далее R расходуется на образование S, чему соответствует уменьшение СR.

Таким образом в кинетике процесса выделяют следующие этапы: в начале превращения скорость образования S небольшая из-за малого содержания R.

Затем при накоплении определенного количества R, интенсивность образования S возрастает и в конце реакции остается один конечный продукт S.

Таким образом интегральная селективность по промежуточному продукту R уменьшается с глубиной превращения.