23.Естественные процессы и технология производства: химические процессы и их использование.

Химические процессы связаны с глубокими и, как правило, необратимыми изменениями химической структуры (формулы) исходных веществ и, следовательно, их свойств.

В последние десятилетия химико-технологические процессы используются практически во всех отраслях промышленного производства.

Химико-технологический процесс (ХТП) можно разделить на три взаимосвязанные стадии:

• Подвод реагирующих веществ в зону реакции, может осуществляться абсорбцией, адсорбцией или десорбцией газов, конденсацией паров, плавлением твердых компонентов или растворением их в жидкости, испарением жидкостей или возгонкой твердых веществ.

• Собственно химические реакции, обычно протекают в несколько последовательных или параллельных стадий, приводящих к получению основного продукта, а также ряда побочных продуктов (отходов), образующихся при взаимодействии примесей с основными исходными веществами.

• Отвод полученных продуктов из зоны реакции может совершать аналогично подводу, в том числе посредством диффузий, конвекции и перехода вещества из одной фазы (газовой, твердой, жидкой) в другую.

Различают следующие разновидности ХТП:

• Гомогенные и гетерогенные (могут быть экзотермическими и эндотермическими, обратными и необратимыми).

• Электрохимические.

• Каталитические.

Гомогенными процессами называют такие, в которых все реагирующие вещества находятся в одной какой-нибудь фазе: газовой (г), твердой (т), жидкой (ж). В этих процессах реакция обычно протекает быстрее, чем в гетерогенных. В целом механизм всего технологического процесса в гомогенных системах проще, как и управление процессом. По этой причине на практике часто стремятся к проведению именно гомогенных процессов, т.е. переводят реагирующие компоненты в какую-либо одну фазу.

В гетерогенных процессах участвуют вещества, находящиеся в разных состояниях (фазах), т.е. в двух или трех фазах. Примерами двухфазовых систем могут быть: г-ж, ж-ж (несмешивающиеся); г-т, ж-т, т-т (разновидные). В производственной практике чаще всего встречаются системы г-г, г-т, ж-т.

К гетерогенным процессам относятся горение (окисление) твердых веществ и жидкостей, растворение металлов в кислоте и щелочах и др.

Все химические процессы протекают либо с выделением, либо с поглощением теплоты: первые называются экзотермическими, вторые – эндотермическими.

Во многих случаях равновесие в реакциях полностью смещается в сторону продукта реакции, а обратная реакция, как правило, не протекает. По этой причине технологические процессы делятся на обратимые и необратимые.

Электрохимические процессы относятся к такой науке, как электрохимия, которая рассматривает и изучает процессы превращения химической энергии в электрическую и наоборот.

Переход химической энергии в электрическую могут служить гальванические элементы (к примеру аккумуляторные батарейки), предназначенные для однократного электрического разряда: непрерывного или прерывистого.

Переход электрической энергии в химическую называется электролизом. Электролиз нашел широкое применение в следующих основных промышленных процессах: извлечение металлов (алюминия, цинка. частично меди); очистка (рафинирование) металлов (меди, цинка и др.); нанесение гальванических покрытий; анодирование (оксидирование) поверхностей.

Каталитические процессы, называемые катализом, осуществляются с целью изменения скорости химических реакций. Различают положительный и отрицательный катализ, в зависимости от того, ускоряет катализатор реакцию или замедляет ее. Как правило, термин «катализ» определяется как ускорение реакции, в то время как вещества, ее замедляющие, называются ингибиторами.

Важными компонентами промышленных катализаторов являются промоторы – вещества, добавление которых к катализатору в малых количествах увеличивает его активность, селективность или устойчивость.

Вещества, действие которых на катализатор приводит к снижению его активности или полному прекращению каталитического действия, называются каталитическими ядами.

В качестве катализаторов в промышленности чаще всего применяют платину, железо, никель и др.

Каталитические процессы, вызванные переносами электронов, относятся к окислительно-восстановительному катализу.

К кислотно-основному катализу относятся каталитический крекинг, гидратация и др.

В промышленности встречаются полифункциональный катализ, в котором имеет место совмещение рассмотренных выше двух важнейших видов катализа.