Лекция №4 Определение оптимальной и равновесной температур для обратимых реакций.

1. Определение оптимальной температуры.

Относительно экзотермической обратимой реакции aA + bB = cC +dD

Мы получили, что зависимость скорости реакции от температуры выглядит следующим образом:

Т_опт – оптимальная температура

Т_р – равновесная температура Оптимальная температура – это температура, при которой скорость реакции достигает максимального значения.

Для того, чтобы получить значение оптимальной температуры Т_опт приравняем производную скорости по температуре к нулю.

Скорость прямой реакции равна:

Cкорость обратной реакции равна:

Из всех сомножителей от температуры зависит только константа скорости (k). И выражение для расчёта оптимальной температуры будет выглядеть так:

Отсюда мы можем проанализировать, как будет меняться величина оптимальной температуры (Т_опт) по мере протекания обратимой экзотермической реакции, то есть с увеличением степени превращения ключевого компонента (Х_А).

Влияние степени превращения ключевого компонента на величину Т_опт.

тоже будет увеличиваться, так как логарифм возрастающая функция. И, исходя из всего вышесказанного, можно сделать вывод, что оптимальная температура (Т_опт) будет уменьшаться.

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

Схематично эту зависимость при постоянстве давления и маршрута протекания реакции можно изобразить так:

Влияние давления на величину Т_опт.

Возможно два варианта.

1. Реакция идёт с уменьшением объёма газообразных компонентов, то есть: с +d < a +b

c + d – a – b < 0

В этом случае при увеличении давления (р) множитель уменьшается и, следовательно, при постоянстве состава и маршрута протекания реакции выражение в скобках уменьшается, следовательно уменьшается и

Поэтому оптимальная температура (Т_опт) увеличивается.

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

Схематично эту зависимость при постоянстве состава и маршрута протекания реакции можно изобразить так:

2. Реакция идёт без изменения числа молей газообразных реагентов, то есть:

c +d = a +b

c + d – a – b = 0

В этом случае и, следовательно, изменение давления не влияет на величину оптимальной температуры (Т_опт).

Таким образом, при проведении обратимой экзотермической реакции, идущей без изменения объёма газообразных реагентов, при увеличении давления изменять температуру в реакторе не следует.

2. Определение равновесной температуры.

Для расчёта равновесной температуры (Т_р) надо приравнять скорость к нулю.

U=0.

И выражение для расчёта равновесной температуры имеет вид:

Анализ влияния состава реакционной смеси и давления на величину равновесной температуры (Т_р) аналогичен ранее рассмотренному влиянию этих параметров на величину оптимальной температуры (Т_опт).

Например, для эндотермической обратимой реакции зависимость скорости реакции от температуры выглядит так:

Влияние степени превращения ключевого компонента на величину Тр.

тоже будет увеличиваться, так как под логарифмом отрицательная величина, то равновесная температура будет увеличиваться.