Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ЗХТ-Комплекс.doc
Скачиваний:
7
Добавлен:
09.11.2019
Размер:
6.3 Mб
Скачать

9. Кінетика хіміко-технологічних процесів

9.1. Вплив різних чинників на швидкість хімічних процесів, які перебігають на мікрорівні

Процеси, що перебігають в рідинах і в газах, звичайно розглядаються з двох точок зору: процес взаємодії окремих молекул-на мікрорівні і процес взаємодії агрегатів молекул-на макрорівні.

Мета всякого хімічного процесу полягає в тому, щоб одержати цільовий продукт з наявної сировини з можливо нижчою собівартістю. Для цього необхідно забезпечити мінімальні витратні коефіцієнти електроенергії, води, стисненого повітря і всієї сировини, оскільки в більшості випадків сировина є найбільш крупною статтею в собівартості продукції.

Для зниження витратного коефіцієнта сировини технологічний процес необхідно вести так, щоб ступінь перетворення X, вихід цільового продукту Ф і селективність φ (для складних реакцій) були можливо вищими і досягалися в можливо коротший час, тобто швидкість процесу повинна бути можливо вищою. Це пояснюється тим, що швидкість характеризує інтенсивність процесу, а інтенсивність являється одним з основних показників, що визначають економічність хімічного виробництва.

Швидкість хімічної реакції виражається рівнянням:

υ=dC/dτ=kCn (9.1)

де n — порядок реакції.

Але константа швидкості реакції k виражається рівнянням Арреніуса:

k=k0e –E/RT, (9.2

де k0 — передекспоненційний множник; Е — енергія активації.

Підставивши значення k із рівняння (9.2) в рівняння (9.1), знаходимо:

υ=k0e-E/RTCn (9.3)

З рівняння (9.3) виходить, що швидкість реакції залежить від температури і від концентрації реагуючих компонентів.

Для реакції в газовій фазі швидкість залежить від тиску, а для каталітичних процесів — і від активності каталізатора. Таким чином, в загальному випадку υ = f (С, Т, Р, Кат).

Розглянемо способи збільшення швидкості реакції для процесів, що перебігають на мікрорівні. При цьому у всіх випадках встановлюватимемо умови ведення процесу, при яких досягається найбільш високе значення протягом всього даного проміжку часу.

Температура робить сильний вплив на швидкість хімічної реакції, оскільки в рівнянні Арреніусу температура входить в показник ступеня, проте цей вплив неоднаковий для різних типів реакції.

Швидкість простої необоротної реакції А R ± Q описується рівнянням (8.3), з якого виходить, що за С= const і збільшенні температури Т швидкість реакції зростає за експоненціальним законом (рис. 9.1).

Залежність швидкості простої оборотної екзотермічної реакції типу А R + Q від температури виражається складнішим рівнянням, тому що в цьому випадку загальна швидкість реакції залежить від різниці між швидкостями прямої і зворотної реакцій:

υ= υ12=k1cA-k2cR (9.4)

де υ12;υ — швидкість відповідно прямої, зворотної і сумарної реакцій; k1, k2 — константи швидкості прямої і зворотних реакцій.

Для аналізу рівняння (9.4) підставимо в нього:

cA=cA (1-xA), k2=k1/Kc , cR= cA XA,

υ=k1 cA (1-xA) cA xA,

υ=k0΄ cA . (9.5)

З рівняння (9.5) виходить, що для деякої сталої ХА з підвищенням температури сумарна швидкість реакції з одного боку повинна зростати за рахунок збільшення е–E/RT, а з іншого боку знижуватися, оскільки для екзотермічних реакцій константа рівноваги зменшується при підвищенні температури і, отже, зростає член 1/КС і зменшується множник в квадратних дужках. У зв'язку з цим при підвищенні температури швидкість реакції спочатку збільшується (від = О, коли розпочинається реакція), досягає максимального значення, а потім знижується. Таким чином, залежність υ=f(T) проходить через максимум (рис. 9.2).

З рівняння (9.5) виходить також, що при збільшенні Х А (за інших рівних умов) сумарна швидкість реакції знижується. Тому для випадку, коли Х 2>X1 крива залежності υ2=φ(Т) розташується нижче кривої, відповідній X1 (рис. 9.2), а крива залежності υ3 = Ф(Т) (коли Х32>X1) розташується ще нижче, і т. ін. Крива АВ, що сполучає максимуми отриманих таким чином кривих, являється лінією оптимальних температур (ЛОТ).

Рис. 9.1. Залежність швидкості реакції від температури Т для простої необоротної реакції

R ± Q).

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.