Параллельные реакции

К параллельным относятся реакции типа

А + В → X и А + В → Y,

где X - целевой продукт; Y - 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 прием-

лемого 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

r_x = k₁f(a,b,x); ry = k₁(a,b,y)

где а, b,х,у - соответственно концентрации исходных веществ и готового продукта.

Тогда

Отсюда следует, что условия проведения реакции должны выбираться с таким рас-

четом, 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 k₁a² b, а скорость второй - k₂ а b. Тогда их отношение будет равно k₁ а/k₂. 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 пос-

ледовательно соединенных ступеней, а при заданном числе ступеней - за счет последовательного увеличения объема каждой последующей ступени, как показано на рис. 6.8

Рис. 6.8. Выбор оптимального РСНД с заданным числом ступеней в случае

проведения параллельных реакций: a - основная реакция имеет более высокий порядок по сравнению с побочной, б - основная реакция имеет более низкий порядок по сравнению с побочной

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 метода.

В этих условиях РСНД имеет преимущество перед РПД, поскольку в нем низкая концентрация реагента обеспечивается автоматически, особенно в случае неболь-

шого числа последовательно расположенных ступеней и сравнительно большой первой ступени.