Обратимые экзотермические реакции

Существуют интересные точки:

T_опт – оптимальная температура, при которой скорость достигает максимального значения.

Максимальная скорость очень важна, так как при ней объем реактора будет минимальный.

Необходимо получить уравнения для расчета оптимальной температуры:

Рассмотрим формально простую реакцию

От температуры зависит только k

Отсюда можем проанализировать, как будет меняться величина оптимальной температуры по мере протекания обратимой экзотермической реакции.

С увеличением степени превращения ключевого компонента возрастают мольные доли продуктов и убывают мольные доли реагентов, следовательно, значение дроби увеличивается, таким образом, при постоянном давлении и постоянном маршруте протекания реакции возрастает (так как логарифм — возрастающая функция), получаем, что оптимальная температура убывает.

Таким образом, при проведении обратимой экзотермической реакции для поддержания скорости на максимально возможном уровне необходимо уменьшать температуру в реакционной зоне.

Схематично зависимость оптимальной температуры от степени превращения выглядит так:

Однако форма кривой зависит от концентрации, давления и температуры.

Реакция с выделением теплоты, а чтобы скорость была максимальна по принципу Ле-Шателье необходимо температуру понижать. Везде по-разному определяют сколько и как отводить температуру в каждом конкретном случае.

Влияние давления на оптимальную температуру.

Экзотермическая реакция.

1) Реакция с уменьшением объема газообразных реагентов, то есть c+d<a+b, c+d-a-b<0. Здесь с увеличением давления падает, следовательно, при постоянстве состава и маршрута протекания реакции значение под логарифмом уменьшается, то есть сам логарифм убывает, получаем, что оптимальная температура возрастает.

Таким образом, при проведении обратимой экзотермической реакции, идущей с уменьшением газообразных реагентов, при повышении давления необходимо увеличивать и температуру в реакционной зоне.

2) Реакция без изменения объема газообразных реагентов, то есть c+d=a+b, c+d-a-b=0. Здесь p⁰ =1, то есть оптимальная температура не зависит от давления. Для данной реакции при увеличении давления изменять температуру в реакторе не следует.

Рассмотрим равновесную температуру:

Анализ влияния состава реакционной смеси и давления на величину равновесной температуры аналогичен ранее рассмотренному влиянию этих параметров на величину оптимальной температуры. Каждая величина изменяется по своему закону, то есть они изменяются симбатно.