4.3. Химические процессы в технологии.

Химические процессы лежат в основе химической техноло­гии, которая представляет собой науку о методах и средствах химической переработки природного и сельскохозяйственного сырья в продукты потреб­ления и продукты, применяемые в других отраслях производства.

Химико-технологический процесс (ХТП) можно разделить на три стадии: подвод реагирующих веществ в зону реакции; химические реакции; отвод продуктов из зоны реакции.

Подвод реагирующих веществ может осуществляться абсор­бцией, адсорбцией или десорбцией газов, конденсацией паров, плавлением твердых компонентов или растворением их в жид­кости, испарением жидкостей, возгонкой твердых веществ.

Химические реакции протекают в несколько последовательных или параллельных стадий, приводящих к получению основного продукта, а также по­бочных продуктов (отходов).

Отвод полученных продуктов из зоны реакции может со­вершаться аналогично подводу, в том числе посредством диф­фузии, конвекции и перехода вещества из одной фазы в другую.

Различают следующие разновидности химико-технологи­ческих процессов: гомогенные и гетерогенные (могут быть экзотермически­ми и эндотермическими, обратимыми и необратимыми); электрохимические; каталитические.

Гомогенными называют такие, в которых все реагирующие вещества находятся в одной фазе. В этих процессах реакция обычно протекает быстрее, чем в гетерогенных.

В гетерогенных процессах участвуют вещества, находящи­еся в разных состояниях, т.е. в двух или трех фазах (горение (окисление) твердых веществ и жидкостей, растворение металлов в кисло­тах и щелочах и др.).

Все химические процессы протекают либо с выделением (экзотермические), либо с поглощением (эндотермические) теплоты. Количество выделяемой или поглощаемой теплоты называют тепловым эффектом процесса (теплота процесса).

Электрохимические процессы относятся к электрохимии, которая изучает процессы превращения химической энергии в электрическую и наоборот. Примерами перехода химической энергии в электрическую могут служить гальванические элементы, аккумуляторы.

Процессы перехода электрической энергии в химическую называются электролизом. В электрическом поле положительно за­ряженные ионы (катионы) движутся к катоду, отрицательно заряженные (анионы) — к аноду. На катоде происходит восста­новление, на аноде — окисление ионов, входящих в состав электролита. Электролиз применяется для извлечения металлов, очистки (рафинирования) ме­талов, нанесения гальванических покры­тий, анодирования (оксидирования) поверхностей.

Метод электроосаждения включает гальваностегию - нанесение покрытия и гальванопластику — по­учение сравнительно толстых, но легко отделяющихся слоев. Гальваностегию используют для защиты изделий от корро­зии, повышения износостойкости, термостойкости, антифрикционности и др. свойств, для декоративной отделки. Гальванопластика позволяет получать копии, воспроизво­дящие мельчайшие подробности рисунка или рельефа поверх­ности.

Анодирование, или анодное оксидирование — это образова­ние на поверхности металла слоя его оксида при электролизе. Слои оксидов могут быть тонкими, или барьерными (менее 1 мкм), и толстыми - фазовыми, или эмалеподобными (десятки и сотни мкм). Тонкие слои используют в ос­новном в радиоэлектронике. Фазовые слои защищают металл от коррозии, обеспечивают износостойкость, декоративные покрытия.

Каталитические процессы, называемые катализом, осуще­ствляются с целью изменения скорости химических реакций. Различают положительный и отрицательный катализ, в за­висимости от того, ускоряет катализатор реакцию или замедля­ет ее. Вещества, замедляющие реакции, на­зываются ингибиторами. Промоторы - вещества, добавление которых к катали­затору в малых количествах увеличи­вает его активность, селективность или устойчивость. Вещества, действие которых на катализатор приводит к снижению его активности или полному прекращению катали­тического действия, называются каталитическими ядами. В качестве катализаторов в промышленности применяют платину, железо, никель, кобальт и их оксиды, оксид ванадия (V), алюмосиликаты и др.

Каталитические процессы применяются в производстве аммиака, азотной кислоты, сер­ной кислоты, при крекинге, гидратации-дегидрация, изомериза­ции, конденсации и др.