Интенсификация необратимых процессов.

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 15Следующая ⇒

Согласно правилу Вант-Гоффа при повышении температуры на 10 К скорость химической реакции увеличивается в 2 – 4 раза. Такое правило дает приближенную оценку влияния температуры. Более конкретно связь скорости необратимых реакций с температурой описана уравнением Аррениуса: k = k ₀·exp[- E /( RT ) ] , (15)

где: k _{0 –}предэкспоненциальный множитель (предэкспонента);

E – энергия активации (избыточное кол – во энергии по сравнению со средним уровнем энергии молекул исходных веществ, необходимая для их участия в химической реакции;

R – универсальная газовая постоянная.

Значения k ₀и E находят в справочной литературе. Если известно значение k ₁для одной температуры T₁ , то, зная E , можно рассчитать k ₂для любой другой температуры T_2,если в заданном температурном диапазонеE = const .

Для этого используют соотношение:

ln (k ₂ / k ₁ )=( E / R ) ·[( T₂ - T₁ ) /( T₁ · T₂)] (16)

Выражение (15) подтверждает тот факт, что скорость реакции тем сильнее зависит от температуры, чем больше энергия активации.

Влияние температуры на скорость необратимых реакций не зависит от их теплового эффекта. Поэтому повышение температуры увеличивает скорость как экзотермических , так и эндотермических необратимых реакций. Их скорость прямо пропорциональна константе скорости, изменение которой соответствует уравнению (14).

Cредняя скорость процесса Ū, которая определяет выпуск продукции в единицу времени или производительность, также прямо пропорциональна изменению константы скорости, если при изменении температуры проведения процесса требуется поддерживать неизменной заданную степень превращения Х. Это следует из анализа изменения времени реакции с ростом T в выражении средней скорости процесса. Например, для реакции 1– го порядка:

Ū=(С_А,0-С_А)/ =С_А,0· ХА/( · ln )=A_k=A_k₀·exp[- E /( RT ) ]; (17)

где А –постоянная.

В практике важно знать как изменяется Ū (или производительность) при увеличении температуры проведения процесса при неизменном заданном времени реакции , (или при постоянной скорости подачи реагентов и неизменном объеме реактора). Для получения такой зависимости в выражении средней скорости надо проанализировать изменение конечной концентрации исходного реагента С_А :

Ū=(С_А,0-С_А)/ =(С_А,0/ · [1 - exp ^(- ^k ^τ⁾ ]; (18)

Так как ХА = 1 - exp ^(- ^k ^τ⁾

Зависимость k отT описывается уравнением (14)
График зависимости изменения средней скорости Ū от T описывается

S-образной кривой. Так как ХА = 1 - exp ^(- ^k ^τ⁾, то изменение ХА

с ростом температуры также описывается S-образной кривой.

Характер изменения средней скорости необратимого химического процесса в зависимости от температуры.

Для каждого производственного процесса существуют ограничения повышения температуры , обусловленные или термостойкостью оборудования или затратами энергии. Помимо этого повышение температуры выше некоторого предела Т_макс может привести к возникновению побочных реакций и, как следствие , к сильному снижению выхода продукта. Поэтому химические процессы проводят при определенных ограничениях по температурному режиму.

Дата добавления: 2019-11-25; просмотров: 191; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!