2.2. Гомогенные химические процессы

Чисто однофазные системы, абсолютно не содержащие компонентов в другой фазе, в промышленности встречаются сравнительно редко, поскольку в любом веществе есть следы различных примесей, находящихся в другой фазе. Поэтому к гомогенным условно относят химические процессы, протекающие в газовой или жидкой фазе.

Особенно многочисленны и разнообразны гомогенные процессы в газовой фазе, которые широко применяются в технологии органических веществ. При осуществлении большинства этих процессов газообразные органические вещества или пары, полученные при испарении жидких органических веществ, обрабатывают тем или иным газообразным веществом – хлором, оксидом серы (IV), оксидами азота, кислородом воздуха и т.п. Гомогенными процессами в газовой фазе являются также парофазный пиролиз, сжигание газообразных топлив и т.п. В технологии неорганических веществ к гомогенным газофазным процессам относятся окисление сероводорода и паров серы кислородом воздуха (производство серной кислоты)

2H₂S + 3О₂ = 2SО₂ + 2Н₂О;

S + О₂ = SО₂;

окисление оксида азота (II) до оксида азота (IV) кислородом воздуха (производство азотной кислоты)

2NO + О₂ = 2NО₂

и многие другие.

Гомогенными процессами в жидкой фазе, например, являются:

1) процессы нейтрализации водных растворов кислот водными растворами щелочей в технологии минеральных солей (в начальный период их взаимодействия до образования твердой соли):

2NH₄OH + H₂SО₄ = (NH₄)₂SО₄ + 2H₂О;

2) обменные реакции в растворах:

КСl + NaNО₃ = NaCl + KNО₃;

3) получение простых и смешанных эфиров из спиртов:

C₂H₆OSО₂OH + CH₃OH = С₂Н₅ОСН₃ + H₂SО₄.

Гомогенные процессы, как правило, протекают в кинетической области; лимитирующей стадией является химическая реакция. Следовательно, скорость гомогенного химического процесса определяется скоростью протекания химической реакции. В соответствии с этим математическое описание кинетики гомогенных процессов представляет собой кинетическую модель протекающей в нем химической реакции. Тогда кинетические модели реакций А → R, А  R, А  RS и А → R → S, рассмотренных в предыдущей главе, результаты их решения и анализа применимы к гомогенным процессам, где протекают те же реакции при тex же условиях.

В соответствии с этим такие гомогенные процессы можно интенсифицировать повышением начальной концентрации реагента, реализацией оптимального температурного режима и поддержанием оптимального давления.

При осуществлении мгновенных реакций в жидкой фазе гомогенные процессы могут протекать в диффузионной области. Тогда наиболее эффективным путем их интенсификации будет перемешивание, обеспечивающее быстрый конвективный перенос веществ.

2.3. Гетерогенные химические процессы

При изучении химических процессов основное внимание уделяется гетерогенным химическим процессам. Полученные знания имеют важное теоретическое и практическое значение вследствие широкого распространения таких процессов в химической технологии. Обобщение результатов производится на основе классификации гетерогенных процессов. Чаще всего допускают, что аналогичные превращения возможны в процессах с одинаковым агрегатным состоянием веществ. Если учесть деление процессов на каталитические и некаталитические, то можно принять следующую классификацию гетерогенных процессов: 1) некаталитические процессы в системах Г (Ж) — Т и Г (Ж) — Ж; 2) каталитические процессы в системах Г — Т (катализатор) и (Г + Ж) — Т (катализатор).