Основы проектирования химических производств

Параллельные реакции

К параллельным относятся реакции типа

А + В —» X и А - Ь В —> У,

Где X — целевой продукт; У — побочный продукт.

Параллельные реакции являются одной из причин снижения вы­хода целевого продукта.

Если основная и побочная реакции отличаются своими кинетиче­скими порядками, то создается благоприятная возможность для выбо­ра наиболее приемлемого типа реактора. Этого удается достигнуть по­тому, что при различных порядках по-разному сказывается влияние концентрации на относительные скорости реакции.

Следовательно, в РВНД может быть достигнут как более высокий, так и более низкий выход целевого продукта в зависимости от условий проведения реакции.

Предположим, что скорости параллельных реакций

Гх ~ к,/{а, Ь,х), /у = к2/(ичЬ, у), где а, Ь, л у — соответственно концентрации исходных веществ и гото­вого продукта.

Тогда = к,/(а, Ь,х)

Гу к2/{а, Ь,у)'

Отсюда следует, что условия проведения реакции должны выби­раться с таким расчетом, чтобы это отношение было всегда макси­мальным.

Несомненно, что лучшим способом достижения этой цели является использование селективного катализатора, если его удается подобрать.

Например, может представиться случай, когда скорость первой реакции равна к, а2 Ь, а скорость второй — к2 - а ■ Ь. Тогда их отноше­ние будет равно к, а/к2. Это означает, что выход продукта X будет расти с увеличением концентрации реагента А и, кроме того, по мере протекания реакции условия будут становиться все более благопри­ятными.

Обобщая сказанное, приходим к выводу, что при более высоком порядке основной реакции, по сравнению с побочной, повышение кон­центрации реагента будет способствовать росту выхода продукта. И, на­оборот, если основная реакция имеет более низкий порядок, то выход растет с понижением этой концентрации, в результате чего может быть скомпенсировано соответствующее уменьшение скорости реакции.

В первом примере предпочтение следует отдать реактору периоди­ческого действия, или РВНД, поскольку средняя концентрация в них выше, чем в РСПД, при тех же условиях питания.

Если имеются все основания для выбора РСПД, то выход в по­следнем может быть повышен, хотя и не до уровня, достигаемого в РПД за счет увеличения числа последовательно соединенных ступеней, а при заданном числе ступеней — за счет последовательного увели­чения объема каждой последующей ступени, как показано на рис. 6.8.

В том случае, когда порядок основной реакции ниже порядка по­бочной, концентрация реагента должна быть по возможности мини­мальной. Во многих процессах этого достигают простым уменьшени­ем концентрации реагентов на входе в реактор. Однако в других случаях некоторые соображения (например, стоимость регенерации раствори­теля) могут воспрепятствовать использованию столь простого метола.

В этих условиях РСНД имеет преимущество перед РПД, поскольку в нем низкая концентрация реагента обеспечивается автоматически, особенно в случае небольшого числа последовательно расположенных ступеней и сравнительно большой первой ступени (рис. 6.9).