5.4. Характеристика гомогенных процессов

Гомогенные процессы, то есть процессы, протекающие в однородной среде (жидкие или газообразные смеси, не имеющие поверхностей раздела, отделяющих части системы друг от друга), сравнительно редко встречаются в промышленности. Чисто гомогенную систему получить трудно, так как любое вещество содержит примеси. Для многих промышленных процессов воздух считается гомогенной средой, а для процесса окисления аммиака тот же воздух из-за наличия в нем пыли, влаги считается гетерогенной средой. Исходное сырье всегда имеет примеси. Поэтому лишь условно можно принять за гомогенные те производственные процессы, которые протекают в газовой или жидкой фазе. В гомогенных системах реакции проходят быстрее, чем в гетерогенных. Осуществление и управление гомогенными процессами, протекающими в гомогенной среде, значительно облегчается. Аппаратура тоже упрощается. Поэтому многие промышленные гетерогенные процессы включают в качестве этапа гомогенный химический процесс в газовой или жидкой фазе. Для гомогенизации системы при проведении химической реакции в однородной среде в промышленности используют разные способы:

– поглощение газов, конденсация паров, растворение или плавление твердых материалов приводящей к получению жидкой среды, в которой быстрее протекают реакции.

– испарение жидкостей или выделение из них в газовую фазу нужных компонентов и проведение реакции в газовой фазе. Например, в башенном методе получения серной кислоты после поглощения окислов азота гомогенно идет образование нитрозилсерной кислоты. В этом же способе используется и газовая реакция окисления двуокиси серы в трехокись при каталитическом действии газообразных окислов азота. Так проводятся многие реакции синтеза, разложения. Рассмотрим характеристики некоторых реакций.

Ассоциацией называется соединение некоторого числа одинаковых молекул в более крупные частицы. Ассоциация молекул происходит как в индивидуальных веществах в жидком и газообразном состоянии, так и в растворах. Например, газообразная двуокись азота в определенных условиях дает четырехокись (реакция 5.14), что и используется при прямом синтезе концентрированной азотной кислоты

NО₂ + NО₂ ↔N₂О₄. (5.14)

Уменьшение температуры и рост давления и концентрации увеличивают степень ассоциации и, наоборот, при повышении температуры и снижении давления и концентрации полученный компонент диссоциирует, то есть процесс является обратимым.

Полимеризацией называют процесс соединения большого числа молекул мономера в одну большую молекулу того же состава. Следовательно, при полимеризации не происходит выделения каких-либо побочных продуктов. К полимеризации склонны ненасыщенные соединения, имеющие двойные и тройные связи, а также и насыщенные соединения циклического строения. Полимеризация непредельных углеводородов идет с выделением тепла и уменьшением общего числа молекул в системе, то есть с уменьшением объема, например (5.15),

nСН₂=СН₂ → (-СН₂-СН₂-)_n. (5.15)

Поэтому повышение давления и понижение температуры способствует ходу процесса. При деполимеризации происходит отщепление мономерных единиц от цепи макромолекулы. В промышленности широко используется гомогенная реакция диссоциации электролита на ионы. При высокой температуре диссоциирует и аммиак (5.16)

2NН₃ ↔ N₂ + 3Н₂. (5.16)

Эта реакция в газовой фазе начинается при 900 – 1000⁰С

Крекинг – метод деструктивной переработки, являющийся частным случаем пиролиза для жидкостей и газов.

Пиролиз – это термическая переработка горючих материалов при температуре 400 – 1500⁰С без доступа воздуха. При пиролизе в результате воздействия высоких температур органические вещества расщепляются с образованием свободных радикалов, предельных и непредельных углеводородов меньшего молекулярного веса, чем исходные. Процессы крекинга углеводородов, полимеризации, да и многие другие химические реакции протекают по цепному механизму. Зарождение цепи происходит вследствие инициирующего действия некоторых высокоактивных веществ или света, высокой температуры. Развитие цепи протекает самопроизвольно. Цепные реакции затухают из-за обрыва цепи.