ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Классификация химических реакций в технологии из "Основы химической технологии" От чего зависят технико-экономические показатели Такие показатели, как производительность труда и себестоимость продукта, зависят от ряда причин от организации производственного процесса, опытности работников производства, от свойств сырья и характера применяемых процессов, от выбора условий течения всех процессов и конструкций аппаратов и машин и т. д. Технология рассматривает техническую сторону производства. Из технических же вопросов решающим для химического производства является вопрос об оптимальных условиях течения химических реакций. Чем полнее и быстрее протекает реакция в сторону образования нужного продукта, тем выше выход продукта и производительность аппаратур ы а эти показатели непосредственно влияют на производительность труда и себестоимость продукта. Выход продукта и производительность аппаратуры зависят в первую очередь от скорости химической реакции. Поэтому в современном химическом производстве скорость химических реакций является важнейшим техническим фактором. [c.24] О скоростях химических реакций и классификации реакций в технологии. (Скорость химической реакции характеризуется изменением концентрации одного из реагирующих веществ в единицу времени. Если, например, концентрация реагирующего вещества в первую секунду понизилась на 0,001 моля в литре, во вторую секунду на 0,0009, в третью секунду на 0,0007 и т. д., то эти числа и характеризуют скорость реакции в соответствующий промежуток времени. [c.24] Си Са — концентрации реагирующих всщ ств в данный момент времени т, п — показатели степени, зависящие от того, какая стадия реакции определяет ее скорость. [c.24] Как известно, в реакцию вступают только те молекулы, которые обладают избыточным количеством энергии по сравнению со средней величиной энергии молекул этого сорта. Такие молекулы называются активными, а избыточное количество энергии — энергией активации. Нагревание вызывает резкое увеличение доли активных молекул. Поэтому при повышении температуры скорости химических реакций, как правило, быстро растут — константа скорости к з величивается. [c.25] Пользуясь уравнением скорости или графиками, можно вычислить выход продукта и производительность аппарата в зависимости от температуры, давления, длительности пребывания реагирующих веществ в реакционном аппарате. Уравнения скоростей реакций являются основными расчетными уравнениями в химической технологии. [c.25] По скорости реакции различаются чрезвычайно сильно. Известны реакции, протекающие очень быстро. Например, окисление аммиака на платиновом катализаторе практически полностью заканчивается в течение десятитысячной доли секунды. Другие реакции, наоборот, текут медленно. Для обжига колчедана в механической печи требуется несколько часов. По-разному влияют иа скорость отдельных реакций изменения концентраций реагирующих веществ, температуры. [c.25] Поэтому химические реакции целесообразно классифицировать в технологии в соответствии с особенностями их кинетики. [c.26] Состояние системы, когда скорости прямой и обратной реакций равны и вследствие этого концентрации участвующих в реакции веществ с течением времени не изменяются, называется состоянием химического равновесия. [c.26] Течение обратимой реакции изображено на рис. 6. Через некоторый промежуток времени выход продукта, достигнув максимально возможного в данных условиях, перестает увеличиваться. Такой выход называется равновесным. [c.26] Как увеличить равновесный выход Если проводить реакцию при иных условиях, то скорости как прямой, так и обратной реакции изменяются. Рассмотрим, например, что произойдет при повышении температуры. Как правило, скорости химических реакций растут с повышением температуры. Следовательно, и прямая и обратная реакции будут протекать при более высокой температуре быстрее. Но скорости обеих реакций изменяются неодинаково, и поэтому равенство скоростей наступает при других концентрациях. [c.26] При 500° максимальное содержание водорода в газовой смеси под атмосферным давлением равно 43,2%. При температуре 1100° равновесная концентрация водорода повышается до 98,4%, т. е. равновесие юо-почти полностью смещается в сторону образования продуктов разложения метана. Метан устойчив при низких и неустойчив при высоких температурах. [c.27] Оказывается, что высокий выход серного ангидрида может быть получен лишь при температуре около 400—450°. При повышении температуры выходы уменьшаются, а при температуре выше 1100° серный ангидрид становится полностью неустойчивым. [c.27] Равновесный выход может быть увеличен также посредством измене- ния давления и соответственно концентраций реагирующих веществ. Если реакция идет с изменением объема газа, то при повышении давления равновесие смещается в сторону образования веществ, занимающих меньший объем. [c.27] На рис. 9 показано, как смещается равновесие реакции окисления двуокиси серы при повышении давления. Эта реакция идет с уменьшением объема. При 600° и атмосферном давлении выход серного ангидрида мал, но при той же температуре и давлении 60 ат он уже превышает 95%. [c.28] Эта реакция протекает с увеличением объема в четыре раза. Поэтому при повышении давления выход толуола резко падает. [c.28] Практически необратимые реакции. [c.29] Выбор условий проведения практически необратимых реакций значительно проще, чем обратимых, так как при любых условиях, представляющих практический интерес, реакции эти могут быть доведены до конца. [c.29] Деление реакций/ на простые и ело ж- н ы е. Реакции, которые протекают с образованием только одного ряда продуктов, условимся называть простыми реакциями. [c.29] Уравнение простой реакции в общем виде записывается так тА + пВ +. . . рС + с/П +. .. [c.29] Если простая реакция идет с образованием двух и более веществ, то в большинстве случаев одно из иих рассматривается как основной продукт, а остальные — как сопутствующие. Так, обжиг известняка ведется обычно с целью получения извести как основного продукта. Однако в содовом производстве, например, оба продукта обжига равноценны. При обжиге колчедана основным продуктом является двуокись серы, окись железа — сопутствующий продукт. [c.30] Вернуться к основной статье