загрузка...
загрузка...
На головну

Закономірності проведення гетерогенних процесів

  1. III. 9.2. Загальні закономірності відчуттів
  2. IV етап (з середини XX ст. По теперішній час) психологія як наука, що вивчає факти, закономірності та механізми психіки
  3. VII. Порядок обліку комунальних послуг з використанням приладів обліку, підстави і порядок проведення перевірок стану приладів обліку і правильності зняття їх показань
  4. VII. Порядок обліку комунальних послуг з використанням приладів обліку, підстави і порядок проведення перевірок стану приладів обліку і правильності зняття їх показань
  5. А. Порушення процесів всмоктування жирів
  6. Автоматизоване проектування технологічних процесів складання вузлів РЕА та приладів
  7. Автосинхронизация процесів в суперсистемах

Характеристика гетерогенних процесів

Гетерогенні хімічні процеси засновані на реакціях між реагентами, що знаходяться в різних фазах. Хімічні реакції є однією з стадій гетерогенного процесу і протікають після переміщення реагентів до поверхні розділу фаз, а в ряді випадків і через міжфазну поверхню. Відповідно до прийнятої класифікації некаталітичні гетерогенні процеси ділять по фазовому стану реагентів на процеси в системах газ-рідина (Г-Ж), рідина - тверде тіло (Ж-Т), газ - тверде тіло (Г-Т), тверда речовина - тверде речовина (Т-Т), газ - рідина - тверда речовина (Г-Ж-Т) і т.д. Механізм гетерогенних процесів складніше гомогенних, так як взаємодії реагентів, які перебувають в різних фазах, передує їх доставка до поверхні розділу фаз і массообмен між фазами. Тому швидкість гетерогенних некаталітичного процесів, як правило, менше швидкості гомогенних процесів.

Багато гетерогенні процеси не пов'язані з хімічними реакціями і засновані тільки на фізико-хімічні явища. До таких процесів можна віднести випаровування без зміни складу, конденсацію, перегонку, розчинення, екстракції і т.п.

Хімічні гетерогенні процеси включають в якості етапу хімічні реакції, які йдуть в одній з фаз після переміщення туди реагентів або на поверхні розділу фаз.

На відміну від гомогенних процесів на швидкість гетерогенних процесів впливає не тільки швидкість хімічної реакції, але і швидкість підведення реагентів до поверхні контакту фаз і швидкість відводу продуктів реакції від неї. Умовна поверхню контакту фаз знаходиться всередині однієї з фаз, і вона в загальному випадку не збігається з поверхнею розділу фаз. Глибина проникнення реагентів всередину однієї з фаз до поверхні контакту залежить від співвідношення швидкостей дифузії і реакції. При дуже низькій швидкості реакції процес може протікати у всьому обсязі однієї з фаз. Вплив фізичних процесів перенесення речовини (массопередачі між фазами) тим більше, чим вище швидкість хімічної реакції. Стадію, швидкість якої істотно менше можливих швидкостей інших стадій, називають лимитирующей. При наявності лімітуючої стадії найбільш ефективні ті впливу на процес, які змінюють швидкість саме лімітуючої стадії.

У свою чергу Масопередача сама може протікати в кілька послідовних стадій. Так, для гетерогенного процесу за участю пористого твердого речовини (наприклад коксу) і газу (наприклад кисню) можна виділити кілька елементарних стадій: 1) підведення шляхом дифузії реагуючих речовин (О2) З потоку до зовнішньої поверхні твердого тіла; 2) дифузія газоподібних реагентів (Про2) В порах зерна твердого тіла до його внутрішньої поверхні; 3) власне хімічна реакція (з утворенням оксиду вуглецю); 4) дифузія продуктів реакції (СО, СО2) З внутрішніх областей твердого речовини до зовнішньої поверхні; 5) дифузія продуктів реакції з зовнішньої поверхні в потік.

Будь-яка з цих стадій при певних умовах може виявитися лимитирующей. Швидкість процесу в цілому і закономірності його протікання визначаються швидкістю лімітуючої стадії. Якщо лимитирующей стадією є стадія 1 або 5, то кажуть, що процес протікає у внешнедіффузіонной області, тобто загальна швидкість ХТП визначається швидкістю дифузії реагентів або продуктів через прикордонний шар газу або рідини до зовнішньої поверхні твердого речовини. Якщо швидкість ХТП лімітує 2 або 4 стадії - процес протікає під внутрідіффузіонной області, коли лимитирующей стадією є хімічна реакція, - в кінетичної області. При несуттєве відмінність швидкостей суміжних стадій процес протікає в відповідних перехідних областях.

Лімітування важливо враховувати як при описі процесів, так і при виборі найбільш ефективних прийомів їх інтенсифікації та управління ХТП. Ці прийоми різні для різних областей протікання ХТП.

Основні ознаки протікання процесу у внешнедіффузіонной області: а) сильний вплив лінійної швидкості потоку або інтенсивності перемішування на спостережувану швидкість процесу при сталості часу контакту фаз; б) слабка залежність впливу температури на швидкість процесу, обумовлена ??низьким значенням енергії активації; в) спостерігається порядок реакції не превишает1, незалежно від істинного порядку реакції; г) наявність градієнта температур між потоками зовнішньою поверхнею твердої речовини при проведенні реакцій з тепловим ефектом.

Основним фактором інтенсифікації процесу, що проходить у внешнедіффузіонной області, є підвищення турбулізації в зоні розділу фаз. Це досягається або підвищенням інтенсивності перемішування або збільшенням лінійної швидкості руху рідкої або газової фаз. Мене істотно підвищення температури, яка позначається лише на молекулярної складової дифузії.

Перебіг процесів у внутрідіффузіонной області найбільш часто спостерігається в системі Г-Т або Ж-Т, якщо тверда речовина є пористим. Лимитирующей стадією в цьому випадку буде дифузія реагентів чи продуктів реакції в порах. Характерні ознаки протікання процесів у внутрідіффузіонной області: а) сильна залежність швидкості процес від розміру часток твердого матеріалу; б) незначний вплив температури на швидкість процесу; в) зміна порядку реакції і енергії активації при зміни умов протікання процесу; г) наявність градієнта температур всередині пористого твердого матеріалу. Різниця температур між зовнішньою і внутрішньою поверхнею може перевищувати 100 градусів при високому тепловому ефекті. Основним фактором інтенсифікації процесів, що протікають у внутрідіффузіонной області, є зменшення розміру часток твердої фази. Інший прийом інтенсифікації - підвищення тиску.

При протіканні процесу в кінетичної області стадія хімічної реакції явялестя лимитирующей, і її швидкість визначає швидкість процесу в цілому. Основні ознаки протікання процесу в кінетичної області: а) сильна залежність швидкості реакції від температури, описувана рівнянням Арреніуса; б) незалежність швидкості процесу від лінійної швидкості газу або рідини і інтенсивності перемішування. Основні прийоми інтенсифікації засновані на правильному виборі температури, тиску, співвідношення концентрацій реагентів і інших параметрів. Ці прийоми спрямовані на збільшення константи швидкості реакції і рушійної сили процесу. На відміну від гомогенних процесів, додатковим засобом інтенсифікації гетерогенних процесів, що протікають в кінетичної області, є розвиток питомої поверхні контакту фаз.

Важливими технологічними показниками промислових процесів служать рівноважний вихід продукту, визначається рівновагою за даних умов і фактичний вихід продукту, визначається як рівновагою, так і швидкістю процесу. Визначення максимального рівноважного виходу продукту гетерогенних процесів і можливостей його підвищення засноване на аналізі рівноваги в даній гетерогенній системі. На гетерогенні рівноваги впливають температура, тиск, концентрації реагентів і продуктів реакції. Рівновага гетерогенних процесів визначається константою рівноваги хімічних реакцій, законом розподілу компонентів між фазами і правилом фаз. Рівноважні концентрації компонентів в дотичних фазах визначаються законом розподілу речовини, згідно з яким співвідношення рівноважних концентрацій компонентів в двох дотичних фазах є величина постійна при постійній температурі. Сталість співвідношень не порушується при зміні початкової концентрації компонента або загального тиску в системі. На законі розподілу засновані такі промислові процеси, як абсорбція газів рідинами, десорбція газів, екстрагування. Окремі випадки закону розподілу для рівноваг в системі Ж-Г відомі під назвою законів Генрі і Рауля. Закон Генрі являє собою окремий випадок закону розподілу

р = ? * m (1.4.5)

де р - рівноважний парціальний тиск поглинається компонента; m -молярная частка поглинається компонента в розчині; ? - постійна Генрі, що має розмірність тиску.

Рівновага фаз визначається правилом фаз. На підставі правила фаз проводять розрахунки фазових рівноваг в різних гетерогенних системах і визначають кількісний ефект зміни температури, тиску, концентрації реагентів.

Швидкість гетерогенних процесів характеризується величиною фактичного виходу продукту або коефіцієнтом швидкості процесу в кінетичному рівнянні.

Швидкість гетерогенних ХТП при ідеальному витісненні і неповному перемішуванні виражається рівнянням

U = dG / d? = kF?С (1.4.6)

k - коефіцієнт масопередачі

Фактичний вихід продукту залежить від безлічі факторів, як хімічних, що впливають на швидкість хімічних реакцій, так і фізичних і гідродинамічних, що впливають на швидкість масопередачі.

Гетерогенні процеси, супроводжувані хімічною реакцією можуть бути трьох типів:

1) коли хімічна реакція протікає на поверхні розділу фаз, цей тип характерний для процесів за участю твердої фази: Т-Ж, Т-Г, Г-Ж-Т і ін .;

2) коли хімічні реакції протікають в обсязі однієї з фаз після перенесення в неї речовини з іншого, такі процеси найбільш поширені і можуть йти за участю будь-яких фаз в системах Г-Ж, Ж-Ж (змішуються), Т-Ж, Г-Ж -Т та ін .;

3) коли реакція відбувається на поверхні знов утворюється фази, цей тип можливий для процесів взаємодії твердих фаз.

Процеси в системі газ-рідина (Г-Ж)

Процеси, засновані на взаємодії газоподібних і рідких реагентів, широко використовуються в хімічній промисловості. До таких процесів відносяться абсорбція і десорбція газів, випаровування рідин, дистиляція і ректифікація, піроліз рідин з випаровуванням продуктів піролізу і т.п.

абсорбцією називається поглинання газу (або компонента газу) рідиною з утворенням розчину. Абсорбція відбувається при безпосередньому зіткненні рідини і газу, причому газові молекули проникають в рідину. У ряді випадків абсорбція супроводжується хімічними реакціями в рідкій фазі. Такі процеси називаються хемосорбціонних. Абсорбція і хемосорбціонние процеси поширені і застосовуються у виробництві сірчаної, соляної, азотної, фосфорної кислот, аміаку і т.д.

десорбція- Процес зворотний абсорбції, полягає у виділенні з рідини розчиненого в ній газу. У техніці десорбція називається іноді відгонкою. При десорбції перехід компонентів з розчину в газ відбувається або внаслідок нагрівання рідини, або в потоці інертного газу або водяної пари. Виділення компонента з рідини в газ при нагріванні відбувається завдяки тому, що тиск компонента над рідиною стає вище, ніж парціальний тиск його в газі. Десорбція застосовується в промисловості майже в такому ж масштабі, як абсорбція, так як на практиці абсорбцію часто комбінують з десорбцією для отримання в чистому вигляді поглиненого раніше газового компонента і регенерації поглинального розчину. Десорбція застосовується у виробництві соди, в органічному синтезі, при концентруванні газів і т.п.

випаровуваннярозчинника з розчинів у хімічній технології називається випаровуванню. Цей же процес називається концентрування, наприклад, концентрування мінеральних кислот і лугів.

конденсація- Процес, зворотний випару, це перехід пари або газу в рідину при охолодженні або стисненні газу. Конденсацію газових компонентів з газової суміші при помірному або глибокому охолодженні в технології називають скраплення газів. Процеси конденсації пари і газів застосовуються при хімічній переробці твердого палива, у виробництві фосфору, спиртів, аміаку, при звільненні газів від парів води і т.п.

При дослідженні і описі абсорбційної-десорбційних процесів прийнято ділити гази на добре, середньо і погано розчинні. Ця класифікація враховує швидкість розчинення їх в рідинах і концентрацію насичених розчинів. До добре розчинним газів відносяться швидко взаємодіють з рідиною, що утворюють з нею з'єднання, швидко диффундирующие всередину рідини від поверхні розділу. При абсорбції среднерастворімих газів швидкості дифузії в газовій і рідкій фазах і хімічних реакцій можна порівняти. Швидкість абсорбції погано розчинних газів визначається швидкістю фізико-хімічної взаємодії з рідиною або швидкістю дифузії отриманого з'єднання в рідкій фазі. В цьому випадку повільним актом є відведення продукту із зони взаємодії.

Методи інтенсифікації процесів абсорбції та десорбції залежать зокрема від того, в якій області, дифузійної або кінетичної, йде процес. Якщо абсорбція йде в кінетичної області, тобто супроводжується хімічними реакціями, швидкість яких менше швидкостей дифузії, то основними методами інтенсифікації є звичайні прийоми збільшення швидкості хімічних реакцій: підвищення температури, концентрації реагентів, тиску, а також застосування каталізаторів.

Для прискорення абсорбції процесів, що йдуть в дифузійної і перехідною областях, застосовують інші методи відповідно до іншим характером рушійної сили і коефіцієнта швидкості процесу. У цьому випадку основними методами інтенсифікації є: 1) максимальний розвиток поверхні контакту фаз; 2) турбулізація і інтенсивне перемішування потоків газу і рідини для збільшення коефіцієнта масопередачі; 3) зниження температури для зменшення парціального тиску; 4) підвищення початкової концентрації поглинається компонента в газі або збільшення загального тиску.

Дані прийоми широко застосовуються на практиці при поглинанні газів рідинами. Так, у виробництві аміаку застосовують високі тиски в процесі абсорбції домішок СО2 і СО з азотоводородной суміші, тому що в цьому випадку процес очищення газу поєднується з його компримування до високих тисків, необхідних для синтезу аміаку.

Процеси в системі рідина - тверде (Ж-Т)

Процеси за участю рідких і твердих реагентів є основою багатьох хімічних виробництв. До таких процесів відносяться адсорбція розчинених в рідині речовин і десорбція їх, розчинення твердих речовин і кристалізація з розчинів, екстрагування і вилуговування, плавлення твердих тіл і кристалізація з розплавів і т.д.

адсорбціярозчинених речовин твердими адсорбентами застосовується в промисловості як для очищення розчинів від домішок, так і для вилучення і переробки цінних розчинених речовин. Адсорбцією на активованому вугіллі та інших адсорбентах очищають нафтопродукти і мастила, знебарвлюють воду, видаляючи з неї органічні домішки, поділяють складні суміші розчинених речовин у виробництві ліків і т.п. Особливо важливе значення як адсорбенти мають високомолекулярні і іонообмінні смоли, за допомогою яких ведуть очищення води, формаліну, спиртів, вин, витяг рідкісних металів.

розчиненнятвердих речовин в рідині можна орієнтовно розмежувати на фізичний і хімічний. Фізичне розчинення, при якому відбувається лише руйнування кристалічної решітки, можна зупинити, тобто можлива зворотна кристалізація розчиненої речовини. Цей тип розчинення зустрічається в технології мінеральних добрив і солей. На різній розчинності солей часто грунтується їх поділ, цей прийом застосовується у виробництві хлористого калію з сильвініту і карналлита, мідного купоросу. Хімічне необоротне розчинення супроводжується такого роду взаємодіями розчиненої речовини з розчинниками або з хімічно активними речовинами, присутніми в розчині, при якому змінюється природа розчиненої речовини, і його кристалізація в первісному вигляді неможлива. Характерним прикладом хімічного розчинення є розчинення металів в кислотах при травленні поверхні металів, при отриманні мідного купоросу з мідних відходів.

Найбільше застосування в техніці має виборче розчинення твердих речовин - екстрагування або вилуговування.

Екстрагуванням або екстракцією називається поділ твердих або рідких сумішей обробкою їх розчинниками, в яких компоненти суміші розчиняються неоднаково. Екстрагування з суміші твердих речовин виробляють різними розчинниками: як органічними рідинами (бензин, гас, спирти, чотирихлористий вуглець і т.д.), так і мінеральними кислотами, лугами та водою. Розчинник підбирається таким чином, щоб в ньому добре розчинявся виймається компонент, і слабо розчинялися інші складові частини суміші.

Екстрагування з суміші твердих речовин (вилуговування) широко застосовується в гідрометалургії, тобто при мокрому добуванні металів і їх з'єднань з руд, рудних концентратів і промислових відходів. Екстрагування застосовується також у виробництві мінеральних солей і добрив, у виробництві харчових продуктів, ліків. При вилуговуванні як розчинник часто використовується вода і лугу. Наприклад, вилуговування алюмінату натрію у виробництві глинозему методом спікання.

Процеси розчинення, екстрагування, вилуговування на практиці найчастіше супроводжуються кристалізацією з розчинів, тобто виділенням з розчину в твердому стані розчинених твердих речовин, їх гідратів або нових з'єднань, отриманих в результаті хімічної реакції в розчині. Кристалізація є способом поділу речовин, що знаходяться у водних розчинах, а також очищення цих речовин. Кристалізацію твердих речовин виробляють, застосовуючи різні способи пересичення розчинів. У ряді випадків кристалізацію проводять введенням в розчин речовин, що знижують розчинність основної солі. Такий тип кристалізації називається висолюванням.

Кристалізація з розчинів - типовий процес хімічної технології, особливо характерний для виробництва солей, мінеральних добрив, гідрометалургійних процесів.

коагуляція (Згортання, згущення) - це укрупнення частинок в колоїдних або дисперсних системах в результаті злипання або злиття частинок під дією молекулярних сил зчеплення. В результаті коагуляції в колоїдних розчинах відбувається випадання пластівчасті осаду або утворення суцільної структури, застудневание всієї рідини. Коагуляція може бути викликана різними прийомами: зміною складу системи, температури, додаванням коагулянту (розчину електроліту). Коагуляція має велике значення для практики і застосовується в водопідготовки, у виробництві натурального і синтетичного каучуку (коагуляція латексів), у виробництві пластмас і синтетичних волокон.

Спільними прийомами інтенсифікації процесів розчинення, вилуговування, екстрагування є збільшення поверхні зіткнення фаз подрібненням твердого речовини, збільшенням його пористості і повним омиванням поверхні кристалів рідиною, збільшення відносної швидкості перемішування твердої і рідкої фаз (перемішування). Підвищення температури також може служити одним з найбільш ефективних прийомів прискорення процесів розчинення і вилуговування, як в кінетичної, так і в дифузійної області. Для процесів розчинення, що йдуть в дифузійної області, переважним прийомом інтенсифікації може бути інтенсивне перемішування, яке прискорює дифузію, вирівнює концентрацію.

Процеси в системі газ - тверде (Г - Т)

Найбільш типовими технологічними процесами за участю газоподібних і твердих реагентів (Г-Т) є адсорбція газів твердими адсорбентами і десорбція адсорбованих газів, реакції компонентів газової фази за участю твердих каталізаторів, сублімація і конденсація парів твердих речовин, піроліз твердого палива, різні види випалу твердих матеріалів .

адсорбція - Це поглинання одного або декількох компонентів з газу або розчину поверхнею твердої речовини, що стикається з газом або рідиною. Розрізняють фізичну адсорбцію, при якій не відбувається хімічної взаємодії, і Хемосорбція, що супроводжується утворенням поверхневих хімічних сполук адсорбенту з адсорбатом.

Адсорбційні процеси широко застосовуються в хімічній промисловості. Адсорбція застосовується при поглинанні парів цінних летючих розчинників для їх повторного використання (рекуперація розчинників), для очищення газів від забруднюючих домішок, для очищення повітря від отруйних речовин і т.п. Так само як у випадку абсорбції, адсорбція газів і парів часто застосовується в поєднанні з десорбцією - для регенерації адсорбенту і одержання сорбованої газу в чистому вигляді.

Адсорбція газів на твердих тілах має велике значення для гетерогенних каталітичних процесів, в яких вона передує хімічної реакції. Десорбція ж продукту реакції з поверхні каталізатора є останньою стадією каталітичного процесу.

Сублімацією, або сублімацією, Називається випаровування твердих речовин при нагріванні, тобто безпосереднє перетворення їх з кристалічного стану в пару, минаючи стадію плавлення. Ці процеси застосовуються для отримання металів з руд або для очищення твердих речовин, що володіють невисокою температурою випаровування. Таким шляхом очищають технічний йод для медичних цілей, нафталін і його похідні і т.п.

випалюванням називають багато високотемпературні хіміко-технологічні процеси за участю твердих і газоподібних реагентів. При випалюванні твердих матеріалів можуть відбуватися різноманітні процеси, в тому числі, сублімація, піроліз, дисоціація в поєднанні з іншими хімічними реакціями. Реакції можуть протікати у твердій фазі, між компонентами твердої та газової фаз і, нарешті, в газовій фазі. Одним з основних фізико-хімічних явищ, що протікають при випалюванні твердих матеріалів, буде їх термічна дисоціація, тобто розкладання молекул на простіші. Дисоціація твердих речовин супроводжується зазвичай освітою газоподібних продуктів. Газова фаза утворюється при випалюванні за рахунок сублімації, дисоціації або інших реакцій у твердій фазі.

Залежно від складу, що подається на випал газу (дуття), відбуваються різні реакції між газом і твердим матеріалом. За типом цих реакцій випал ділять на окисний і відбудовний. Характерний приклад окислювального випалу - випал сульфідних руд у виробництві кольорових металів і сірчаної кислоти. Прикладом відновного випалу може служити металургійний доменний процес, застосовуваний для виплавки чавуну із залізних руд.

Найважливішим фактором збільшення рівноважного і фактичного виходу при адсорбції є максимальний розвиток поверхні твердого адсорбенту, а також застосування адсорбентів, що володіють високою адсорбційною здатністю.

Газифікація твердого палива - Гетерогенний високотемпературний процес, при якому органічна частина палива перетворюється в горючі гази при неповному окисленні киснем повітря, водяною парою або іншими газами. Хід хімічної реакції газифікації визначається властивостями палива, складом реагує з паливом дуття, температурою, тиском і т. П. Газифікація проводиться для отримання з малоцінного твердого палива генераторних газів, які є беззольного транспортабельним паливом і сировиною для хімічного синтезу.

Процеси в бінарних твердих, двофазних рідких і багатофазних системах

До процесам, що відбуваються за участю тільки твердих фаз (Т-Т), зазвичай відносять спікання твердих матеріалів при їх випалюванні.

Спеканіе- це отримання твердих і пористих шматків з дрібних порошкоподібних або пилоподібних матеріалів при високій температурі, не досягає, однак, температури плавлення компонентів. При нагріванні суміші твердих матеріалів шихти хімічні реакції можуть йти як безпосередньо між твердою речовиною і газом, так і між твердою речовиною і рідиною, що утворюється при плавленні компонентів шихти.

До технологічних процесів, що відбуваються за участю реагентів, які перебувають в двох або більше рідких фазах (Ж-Ж), відносять екстрагування як метод розділення рідких сумішей, емульгування і деемульгірованіе.

екстрагування засноване на обробці рідких сумішей розчинниками, виборчими по відношенню до окремих компонентів. Екстрагування доцільно застосовувати, коли суміш важко або неможливо розділити ректифікацією внаслідок близькості точок кипіння, освіти нероздільно киплячих сумішей. Екстрагування застосовується при очищенні нафтопродуктів, у виробництві капрону, аніліну і т.п.

емульгування - Це процес отримання емульсій, тобто дисперсних систем, що складаються з двох змішуються рідин, одна з яких розподілена в іншій у вигляді дрібних крапель.

деемульгірованіе - Зворотний емульгуванню процес поділу емульсій на вихідні рідини. Емульгування застосовується при виробництві багатьох харчових продуктів, ліків, пігментів, для отримання цілого ряду важливих високополімеров методом емульсійної полімеризації. Прикладом деемульгірованія може служити зневоднення нафти руйнуванням її емульсії з водою в змінному полі високої напруги за допомогою ультразвуку.

Багатофазні процеси характерні для хімічних виробництв. Як типові багатофазних процесів можна назвати виплавку чавуну і сталі в металургії, де беруть участь тверді, рідкі та газоподібні фази, карбонізацію аміачно-сольового розчину у виробництві соди, де при взаємодії газової і рідкої фаз утворюється тверда фаза (бікарбонат натрію).

Швидкість багатофазних процесів визначається, як правило, взаємодією між будь-якими двома фазами, яке є найбільш повільним.

Високотемпературні процеси та апарати

Підвищення температури впливає на рівновагу і швидкість хіміко-технологічних процесів, що відбуваються як в кінетичної, так і в дифузійної області. Тому регулювання температурного режиму процесу є найбільш універсальним засобом збільшення швидкості процесу, підвищення виходу продукту.

Вплив температури на процеси, що йдуть в кінетичної області, залежить від теплового ефекту реакції Qp.

Ендотермічна оборотні реакції найсильніше інтенсифікуються при підвищенні температури, так як при цьому збільшується рівноважний вихід згідно з принципом Ле-Шательє і прискорюється реакція, тобто зменшується час, необхідний для досягнення рівноваги. Константа рівноваги та рівноважний вихід продукту ендотермічної реакції зростають пропорційно тепловому ефекту. Прикладом підвищення рівноважного виходу Хр з ростом температури Т може служити ендотермічна реакція прямого синтезу окису азоту з елементів

N2 + Про2 -2?О - Q

Для цієї реакції

Т0 До 1810 2000 2200 2700 3000

Рівноважна концентрація NО Хр, Об.% 0.37 0.59 0.98 2.31 3.57

При проведенні багатьох процесів підвищення температури служить основним способом збільшення швидкості реакції і зміщення рівноваги.

Екзотермічні оборотні реакції, Які переважають в хімічних виробництвах, інтенсифікуються при підвищенні температури тільки за рахунок збільшення константи швидкості прямої реакції. У той же час рівновага екзотермічніреакцій зсувається при підвищенні температури в бік вихідних продуктів. Швидкість зворотної реакції зростає при підвищенні температури починаючи з певної межі, швидше, ніж прямий. В результаті дійсний вихід продукту Х підвищується з ростом температури до певної межі, відповідного оптимальній температурі. При підвищенні температури вище оптимальної дійсний вихід знижується, так само як і рівноважний.

Оптимальні температури процесів залежать від природи реагентів і концентрації їх, від ступеня перетворення вихідних речовин в продукти реакції, від тиску, від поверхні зіткнення реагуючих фаз і інтенсивності їх перемішування, від активності застосовуваних каталізаторів. В одному і тому ж процесі, в залежності від умов, оптимальна температура може змінюватися на сотні градусів. Так, наприклад, окислення SO2 в SO3 в гомогенної фазової середовищі помітно відбувається лише при температурах близьких до 10000С. На Окісна залізному каталізаторі оптимальна температура окислення знаходиться в межах 800-6500С, на ванадієвої - 600-4000С, а на платиновому каталізаторі знижується до 3500З при високому ступені окислення.

При сприятливому вплив на швидкість хіміко-технологічних процесів підвищення температури в практичних умовах обмежена цілою низкою технологічних і економічних факторів, а саме: досягненням рівноваги екзотермічніреакцій, протіканням побічних реакцій з утворенням побічних продуктів, термічної нестійкістю реагентів і продуктів реакції, недостатньою термостійкістю конструктивних матеріалів та , нарешті, витратою енергії на нагрів реагуючих компонентів. Однією з найважливіших причин, що обмежують застосування високих і надвисоких температур в хімічній техніці, є труднощі підбору конструктивних матеріалів, стійких при цих температурах і одночасно до дії різних хімічних реагентів. Пластмаси розм'якшуються і втрачають міцність при 60-3000З, вуглецеві стали деформуються при температурах вище 4000З, жароміцні стали стійкі при температурах до 7000С. Для здійснення процесів при температурах вище 900-10000З застосовують неметалеві вогнетривкі матеріали.

Відсутність доступних конструктивних матеріалів, стійких до різних агресивних середовищах при температурах вище 1600-20000З, є основною перешкодою для здійснення багатьох ендотермічних високотемпературних процесів.

 



Попередня   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21   22   23   Наступна

Людство і довкілля | Хімічна промисловість | Хімічна технологія | Перспективи розвитку хімічної технології | хімічна сировина | Повітря і вода в хімічній промисловості | Поняття про хіміко-технологічному процесі | Рівні аналізу, опису та розрахунку ХТП. | Основні показники хіміко-технологічного процесу | Характеристика гомогенних процесів |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати