2. Качественная оценка условий проведения процесса.

В целом, термодинамический анализ позволяет выбрать условия проведения процесса, определить те ограничения, которые накладываются на условия проведения процесса термодинамикой.

1. Влияние температуры

Анализ зависимостей величины К_р от температуры показывает, что характер смещения равновесия при изменении температуры зависит от знака и абсолютной величины теплового эффекта реакции.

Для эндотермических процессов (ΔН⁰ >0): c ростом температуры константа равновесия увеличивается, и выход продукта реакции также (реакции паровой и углекислотной конверсии метана, дегидрирования, крекинга, пиролиза)

Для экзотермических процессов (ΔН⁰ <0): c ростом температуры константа равновесия уменьшается, и выход продукта также падает (синтезы аммиака, метанола, этанола, окисление оксида серы(IV) в оксид серы(VI) .

Чем больше тепловой эффект реакции по абсолютной величине, тем сильнее смещается равновесие под воздействием температуры.

Влияние давления, соотношения реагентов и введения инертного компонента на равновесную степень превращения (равновесный выход продукта) продукта проиллюстрируем на примере анализа простейшей реакции: А + В = С

2. Влияние соотношения реагентов на их степень превращения и выход продукта

А + В = С

1. Соотношение реагентов – стехиометрическое

Рассмотрим стехиометрическую смесь реагентов:

	А	В	С
Исходная смесь, моль	1	1	0
Равновесная смесь, моль	1–x	1–x	x

По закону Рауля Р_i =N_i ∙P, где Р_i –парциальное давление i-ого вещества, P – общее давление в системе, N_i – мольная доля i-ого вещества,

Для данной системы сумма молей всех веществ в состоянии равновесия Σn_i = 1- х + (1- х) + х = (2 – х) моль

Соответственно парциальные давления каждого из компонентов будут равны:

И величина константы равновесия выразится уравнением:

Для рассматриваемого случая равновесная степень превращения реагента А(Х_А) равна равновесной степени превращения реагента В(Х_В) и равна равновесному выходу продукта С по реагенту А и по реагенту В (Х_А=Х_В=η_A= η_B). Приняв для упрощения К_р = 1, Р = 1 и подставив эти значения в выражение:

Положительным корнем данного уравнения будет х = 0,29, при этом абсолютное количество полученного продукта С также составляет 0,29 моль. Соответственно, Х_А=Х_В=η_A= η_B=0,29.

2. Один из реагентов - в избытке

Реагент А - в недостатке, соответственно реагент В - в избытке.

Пусть, исходное количество реагента А = 0,8 моль, реагента В = 1,2 моль, т.е. реагента В в 1,5 раза больше, чем требуется (по стехиометрии).

К моменту установления равновесия:

	А	В	С
Исходная смесь, моль	0,8	1,2	0
Равновесная смесь, моль	0,8–x	1,2–x	x

Тогда Σn_i = 0,8 – х + (1,2 - х) + х = (2- х) моль и, соответственно, парциальные давления реагентов составят:

И величина константы равновесия выразится уравнением:

При заданных К_р = 1, Р = 1 получаем квадратное уравнение:

2х² – 4х + 0,96 = 0

При его решении положительный корень х = 0,28

Расчет степеней превращения реагентов дает значения:

Таким образом, за счет изменения соотношения исходных реагентов был повышен выход продукта по реагенту, взятому в недостатке, и соответственно понизился выход продукта по реагенту, взятому в избытке.

Абсолютное количество продукта также уменьшилось.

Использование одного из реагентов в избытке позволяет увеличить степень превращения реагента, взятого в недостатке.