Закономерности управления сложными процессами

Сложными называются процессы, в которых наряду с реакцией, приводящей к образованию целевого продукта (целевой реакцией), протекают побочные реакции.

Характеристика модели:
1) Выход целевого продукта не равен конверсии реагента, так как реагент расходуется на побочные реакции. β ≠ α
2) Выход целевого продукта, даже теоретически не может достигнуть значения 100%. β < 100%

Объекты управления:
1) Скорость процесса - r
2) Селективность процесса - S

Инструменты управления:
1) r = f (С, р, Т, kat) или r = f (W, ω, f) в зависимости от лимитирующей стадии
2) S = f (C, p, Т, kat)

Рассмотрим, как влияют основные технологические параметры на скорость и селективность сложного необратимого гомогенного процесса. В этом случае и на скорость, и на селективность будут влиять одни и те же параметры - кинетические (С, р, Т, kat).

Пусть протекают две параллельные реакции, в которых расходуется реагент А.
Кинетические кривые для сложно-параллельного процесса имеют вид, представленный на рисунке. Концентрация исходного реагента А уменьшается во времени, а концентрация продуктов C и D увеличивается, причем скорость увеличения зависит от порядка реакции. При n1 > n2 быстрее увеличивается концентрация целевого продукта.

Для анализа воспользуемся понятием дифференциальной селективности, под которой понимают отношение скорости целевой реакции (скорости образования целевого продукта) к общей скорости процесса (скорости расходования реагента).

При условии, что  
Используя выведенное уравнение, проведем анализ влияния начальной концентрации реагента (СА0), конверсии (α) и температуры (Т) на скорость (rхим.р.) и селективность (S) процесса.

При увеличении СА0   rхим. р. всегда увеличивается, а изменение селективности зависит от соотношения порядков целевой и побочной реакции:      если n1 = n2S = const;
если n1 > n2увеличивается;
если n1 < n2 S уменьшается.

При увеличении αА  rхим. р. всегда уменьшается, а изменение селективности зависит опять от соотношения порядков целевой и побочной реакции: если n1 = n2 , S = const;
если n1 > n2, S уменьшается;
если n1 < n2 , S увеличивается.
 
При увеличении Т  rхим. р. всегда увеличивается, а изменение селективности зависит от соотношения энергий активации целевой и побочной реакции: если Еа1 = Еа2 , S = const;
если Еа1 > Еа2 , S увеличивается;
если Еа1 < Еа2 , S уменьшается.
 
Для газофазных реакций При увеличении давления - р -  rхим. р. увеличивается, а изменение селективности зависит от соотношения порядков целевой и побочной реакции:      если n1 = n2 , S = const;
если n1 > n2 , S увеличивается;
если n1 < n2 , S уменьшается.