Принцип совмещения

Эволюция живых организмов хорошо иллюстрирует относительность принципа раздельного осуществления химического превращения и разделения продуктов реакции. В живой клетке осуществляется принцип одновременного сопряженного химического превращения и разделения продуктов реакции. Это позволяет осуществлять химическое превращение с конверсией» 100 %, избегать концентрирования продуктов реакции в реакционной зоне за счет избирательного удаления получаемых продуктов (т.е. за счет снижения конверсии в обычном понимании, используя основное свойство избирательно открытых термодинамических систем). Т.е. решается, казалось бы, неразрешимый в рамках принципа раздельного осуществления химического превращения и разделения парадокс, суть которого заключается в следующем [7]. Известно, что низкая конверсия за один проход увеличивает селективность химического процесса, но снижает выход целевого продукта, а высокая конверсия увеличивает выход, но снижает селективность. Следуя концепции увеличения селективности, инженер-химик сталкивается с проблемой разделения разбавленных растворов целевого продукта, которая предопределяет резкое увеличение энергетических расходов на разделение. Увеличение же конверсии приводит, как правило, к загрязнению целевого продукта большим числом продуктов побочных реакций, что, в свою очередь, ведет опять к увеличению энергетических и капитальных затрат в блоке разделения и порождает рециклы. Рециклы, связывающие комплексы аппаратов и технологические схемы, позволяют придать свойство селективности технологической схеме в целом и повысить конверсию целевого продукта. Что касается селективности, то ее увеличение обусловлено в ряде случаев возвращением в реактор некоторых промежуточных и побочных продуктов с целью их полной переработки в целевой продукт. Выход из схемы непрореагировавшего сырья практически исключается, т.е. система в целом обладает свойством селективности, так как продукты селективно выводятся из схемы, а непрореагировавшее сырье возвращается в процесс.

Вместе с тем достижение конечной цели за счет увеличения границ химико-технологической системы от элемента химического превращения до схемы, содержащей различные аппараты разделения для придания этой системе селективности и необходимой производительности, связано с возрастанием энергопотребления и проблемой отходов.

Иными словами, использование рециклов позволяет в конечном итоге добиться полного превращения сырья с приемлемой в данных условиях общей селективностью процесса, но резко повышает энергоемкость единицы массы получаемого при этом продукта. Т.е. в рамках принципа раздельного осуществления химического превращения и разделения достигаются условия так называемой предельной технологии [7], когда дальнейшее повышение эффективности процесса уже невозможно без выхода за пределы этого принципа. Если же реактор и массообменное устройство совмещаются в одном аппарате, это открывает существенные возможности для рационального использования энергии и материалов.