I. теория хим процессов

Наблюдаемая скорость превращения равна скорости наиболее медленно проходящей стадии. Стадия с наименьшей скоростью процесса называется лимитирующей. Дальнейшая классификация разделов феноменологической кинетики осуществляется по типу лимитирующей стадии.

Гомогенный химический процесс.

Гомогенный химический процесс протекает в одной фазе, чаще газообразной

или жидкой, в которой условия протекания реакции во всем выбранном объеме выровнены. Поскольку явления переноса здесь не существенны, то закономерности гомогенного химического процесса совпадают с закономерностями химической реакции.

Кгомогенным процессам в жидкой фазе относятся, например, процессы органического синтеза:

·получение простых и сложных эфиров;

·полимеризация в растворах и расплавах;

·щелочное плавление бензолсульфокислот в производстве фенола;

отдельные стадии сернокислотной гидратации этилена в производстве этилового спирта и др.

 Простая реакция

Необратимая реакция A = R представлена кинетическим уравнением,

где n – порядок реакции; C – концентрация исходного вещества, х –степень превращения

Зависимости скорости реакции от С, х и Т

- От порядка реакции зависит темп возрастания скорости реакции с концентрацией

(т. е с ↑С и ↑n увеличивается темп роста)

- От порядка реакции зависит темп убывания скорости реакции со степенью превращения (т. е с ↑х и ↑n увеличивается темп убыли)

- С ростом температуры скорость реакции возрастает независимо от стпенени превращения

Так как константа скорости зависит от Т по уравнению Аррениуса

то..

- От величины энергии активации зависит темп возрастания скорости реакции с температурой (т. е с ↑Т и ↑Е увеличивается темп роста)

- Температура влияет на наклон зависимостей r(c) и r(x). При более высокой Т превращение происходит быстрее, т.к. с ↑Т константа скорости тоже возрастает (которая прямо пропорциональна скорости)

Повышение температуры обуславливает интенсификацию процесса (увеличение скорости) для необратимой реакции. При необходимости достижения максимальной интенсивности температуру следует увеличить до максимума, допустимого для данной реакционной системы (при любых концентрациях и, соответственно, степенях превращения). Ограничение температуры вызвано термостойкостью компонентов, появлением нежелательных реакций, возможностью самовоспламенения, устойчивостью материала аппаратуры и т.д.

 Простая обратимая реакция

Поскольку скорость реакции в данном случае зависит от концентрации двух компонентов, зависимость r(CA) будет представлена рядом кривых, полученных при различных значениях СR.

Чтобы получить однофункциональную зависимость для скорости реакции, концентрацию продукта реакции выразим через степень превращения х компонента А:

Полученная зависимость r(x) имеет линейно убывающий вид:

Если для необратимой реакции скорость становится равной нулю при х = 1 (штриховая линия), то для обратимой при x < 1.

Из выражения

Зависимость r(x) при температурах Т1 и Т2

Сопоставление графиков r(T) и x(T) для экзотермической реакции:

*Пояснение к графику:

Сопоставление графиков r(T) и x(T) для эндотермической реакции:

Оптимальная температура и линия оптимальных температур. Температурный (тепловой) режим проведения химического процесса,

обеспечивающий экономически целесообразную максимальную производительность единицы объема реактора (интенсивность) по целевому продукту, называют оптимальным.

Способы интенсификации процесса с обратимой реакцией

 Сложная реакция

Дифференциальная селективность – отношение скорости превращения исходного вещества в определенный продукт к общей скорости его превращения.

Селективность, определенная как доля исходного вещества, превратившегося в нужный продукт, характеризует конечный результат процесса и называется интегральной селективностью (SR).