9. Кинетика химико-технологических процессов

микро- и макрокинетика

ПОТОК ИДЕАЛИЗИРОВАННЫХ ЖИДКОСТЕЙ В:

1 – МИКРОСОСТОЯНИИ; 2 – МАКРОСОСТОЯНИИ

В системе на микроуровнежидкость представляет собой свободные индивидуальные молекулы

В системе на макроуровнежидкость представляет собой совокупность большого числа небольших глобул, т. е. групп молекул, как бы заключенных в оболочку

Скорость химических процессов, протекающих на микроуровне

n-порядок реакции,k– константа скоростиk0 – предэкспоненциальный множитель; Еа – энергии активации реакции, Дж/моль; Т – температура, К;

R– универсальная газовая постоянная, Дж/(моль·К);

Скорость химической реакции представляет зависимость

v =f(T,C,P,Kat)

Способы увеличения скорости реакции

1. Температура

При ↑Т → v↑, С=сonst

А R+Q

При Xa= сonst,

С одной стороны при ↑ Т vдолжна↑, с другой - при повышении Т в экзот. Кс↓, а значит 1/Кс↑иv будет ↓ , при ↑Ха суммарнаяv↓

A R-Q При ↑Т → v↑, при ↑Ха суммарная v↓

Отрицательное влияние температуры состоит в следующем:

- увеличение потерь целевого продукта вследствие его испарения и образования побочных продуктов;

- снижение прочности и химической стойкости материалов;

-возможное снижение селективности сложных реакций.

2. Концентрация

При увеличении концентрации исходных реагентов v↑

Например,

Чтобы судить об изменении скорости реакции, строят кривые зависимости концентраций реагентов от времени, т.е. С = f(τ)

после интегрирования

При ↑τ → С_А0 ↓ → v ↓

3. Давление

для реакций с участием газообразных веществ:

↑P приводит к ↑Среаг. и к ↑v

С возрастанием порядка P↑

Увеличение давления приводит к:

- возрастанию расхода электроэнергии,

- применению более прочных конструкционных материалов

4. Катализатор

Энергетическая диаграмма некаталитической и каталитической реакции

10. Типы химико-технологических процессов: гомогенные и гетерогенные

В гомогенных системах все реагирующие вещества находятся в одной какой-либо фазе: газовой (г), жидкой (ж) или твердой (т).

В гетерогенных системах реагирующие вещества находятся в разных фазах:

газ-жидкость(г – ж), жидкость-твердое (ж – т),

газ-твердое (г – т), твердые фазы (т – т).

несмешивающиеся жидкости (ж – ж)

Наиболее часто в промышленных процессах встречаются системы г – ж, г – т и ж – т.

Иногда в промышленных процессах участвуют три или четыре фазы, например, г – ж – т, г – ж – ж, г – ж – т – т.

Гомогенные процессы в большинстве случаев протекают в кинетической области, т.е. общая скорость процесса определяется скоростью химической реакции и подчиняется закономерностям, установленным для процессов, протекающих на микроуровне.

для ↑v необходимо ↑ k путем ↑T, применения kat и ↑ С_А.0

Гомогенный процесс на макроуровне протекает в том случае, когда на химическую реакцию накладываются другие физические или физико-химические процессы.

Например,

-при взаимодействии двух жидких исходных реагентов или их растворов скорость гомогенного процесса зависит от условий и скорости перемешивания жидкостей;

- если химическое взаимодействие протекает при подогреве, то скорость гомогенного процесса будет зависеть также от способа подвода тепла.

Гетерогенные процессы

Процесс горения угля состоит из пяти стадий: (Система газ-твердое вещество)

1. внешняя диффузия О₂ (через пограничный газовый слой);

2. внутренняя диффузия О₂ (через слой золы);

3. химическая реакция;

4. внутренняя диффузия СО2 (через слой золы);

5. внешняя диффузия СО2 (через пограничный слой газа).

1- уголь; 2-зола, 3- пограничный слой газа

В любом гетерогенном химическом процессе можно выделить три основных одновременно протекающих процесса:

• диффузия реагентов к границе раздела фаз;

• химическая реакция;

• диффузия продуктов реакции из зоны реакции.

Скорость гетерогенного процесса

где v – скорость гетерогенного процесса;K – коэффициент скорости процесса;F – поверхность контакта фаз; ∆C – движущая сила процесса

Способы увеличения скорости гетерогенного процесса