Головна

Якщо впливати на систему, що знаходиться в хімічному рівновазі, то стан системи змінюється таким чином, що це вплив послаблюється.

СПОСОБИ УПРАВЛІННЯ хімічних процесів

Розглянемо можливості впливу на рівновагу:

  1. температура;
  2. тиск;
  3. Розведення реакційної суміші;
  4. Надлишок одного з компонентів;
  5. Видалення продукту з реакційної суміші.

1. Температура.Підвищення температури пов'язано з підведенням додаткового тепла. Хімічно реагує система буде протидіяти цьому - поглинати тепло. У ендотермічної реакції перетворення і, отже, поглинання тепла збільшитися, тобто рівноважна ступінь перетворення збільшиться. У екзотермічної реакції відбудеться зменшення виділення тепла внаслідок зменшення перетворення, тобто рівноважна ступінь перетворення зменшиться. така зміна xр (Т) Показано на рис. 3.3. З цього і слід спосіб збільшення xр: збільшення температури для ендотермічної реакції і зменшення - для екзотермічної.

2. Тиск.У відповідність з принципом Ле-Шательє збільшення тиску P має протидіяти зміщення рівноваги, що приводить до зменшення P, Тобто до зменшення обсягу реакційної суміші. Якщо реакція протікає зі зменшенням обсягу, то збільшення P призведе до більшого перетворення (збільшення xр). І навпаки - в системі, де реакція протікає зі збільшенням обсягу, рівновагу зрушиться в бік зменшення xр.

Такий же висновок отримаємо з аналізу рівняння рівноваги. використовуючи зв'язок pi = PСi і рівняння для газо-фазних реакцій, перетворимо останнім до виду

де nD = (nR + nS + ...) - (nA + nB + ...) - зміна числа молей в реакції.

Якщо реакція протікає зі збільшенням обсягу (nD> 0), то збільшення Р (і також РnD) призведе до зменшення концентрацій продуктів R і S, тобто до зменшення ступеня перетворення.

Якщо nD <0, то збільшення Р (зменшення РnD) компенсується зростанням концентрацій продуктів і ступеня перетворення

Синтез аміаку (N2 + 3H2 = 2NH3) Протікає зі зменшенням обсягу. Вихідна суміш - стехіометрична з відношенням Н2 : N2 = 3: 1, яке зберігається протягом реакції. позначимо Ср - рівноважна концентрація NH3. Тоді рівноважні концентрації N2 і Н2 відповідно рівні 0,75 (1 - Ср) і 0,25 (1 - Ср). Рівняння рівноваги:

при тиску Р = 0,1 МПа утворюється менше 1% аміаку. Зі збільшенням тиску Р рівноважна концентрація аміаку Ср також збільшується - рис. 3.4.

Для реакцій в рідких і конденсованих середовищах (рідких і твердих) тиск практично не позначається на стані рівноваги складі.

3. Розведення реакційної суміші- Додавання інертного речовини - рівнозначно зменшенню тиску. Покажемо на прикладі реакції дегідрування бутану до бутилену С4Н10 = С4Н8 + Н2, що протікає зі збільшенням обсягу реакційної суміші. Початкове зміст бутану С10. Рівноважна ступінь перетворення бутану - xр, і:

У цьому рівнянні використано визначення концентрації в реагує суміші, якщо реакція протікає зі зміною обсягу.

З отриманого рівняння слід, що розбавлення, тобто зменшення С10, буде компенсуватися збільшенням xр - рівноважної ступеня перетворення бутану. Тому в промисловості дегидрирование бутану (як і інші процеси дегідрування) проводять при розведенні водяною парою.

4. Надлишок одного компонента сировини.

Нехай протікає реакція

A + B = R + S.

Рівноважні концентрації компонентів висловимо через ступінь перетворення А - хР:

СA = CA0 (1 - хР); СB = СB0 - CA0хР = CA0 (l - хР); СR = СS = CA0хР.

Тут l = СB0 /CA0 - співвідношення компонентів А і В у вихідній суміші. З рівняння рівноваги одержимо:

Нехай зміст вихідного реагенту В збільшено, тобто збільшено l. Щоб при цьому виконувалася рівність, повинна збільшитися хР - ступінь перетворення компонента А. На практиці надлишком одного компонента (в даному прикладі В) збільшують перетворення більш цінного компонента сировини (в даному випадку А).

5. Видалення компонента продукту. В процесі з реакцією

A + B = R + S

видаляється продукт S, так що в суміші підтримується його концентрація СS. Умова рівноваги (3.51) набуде вигляду:

 (3.52)

З (3.52) випливає: видалення S, тобто зменшення СS, буде компенсуватися збільшенням хР - ступенем перетворення вихідної речовини. Такий прийом збільшення рівноважної ступеня перетворення використовується, наприклад, в реакційно-ректифікаційні процесі - в ньому, наприклад, відганяється летючий побічний продукт, що забезпечує більш глибоке протікання реакції.

Рівноважна ступінь перетворення метану в його реакції з водяною парою при початковому співвідношенні пар: метан = 2: 1 дорівнює 0,54 (Р = 4 МПа, Т = 1100 К).

Надлишок водяної пари до співвідношення пар: метан = 4: 1, яке використовується в промисловості, дозволяє збільшити максимальну (рівноважний) перетворення метану до 0,74.

складна реакція | Рівновага в технологічних розрахунках


Стехіометрично незалежні рівняння | Базисна система стехиометрических рівнянь | Проста реакція. | Схема перетворення. | Швидкість перетворення речовини wi показує кількість речовини, що перетворюється в одиницю часу в одиниці реакційного простору. | Кінетичне рівняння. | хімічні процеси | інтенсифікація процесу | Основні теоретичні положення | Математична модель |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати