Химиялық технологияның негізгі ұғымдары мен анықтамалары
жүктеу/скачать 0,64 Mb. Pdf көрінісі
|
file
| ХТЖ-нің жалпы белгілері
6. Технологиялық үдерістердің жылдамдығы. Технологиялық үдеріс жылдамдығын арттыру тәсілдері Стехиометрия – әрекеттесуші заттардың массалары немесе көлемдерінің арақатынасы туралы ғылым. Стехиометрия негізіне – массалар сақталу, эквиваленттік, Авагадро, Гей-Люссак, құрамтұрақтылық, еселі қатынас заңдары жатады. Реакцияға қатысатын заттардың арақатынасы стехиометриялық деп аталады. Реакцияның стехиометриялық теңдеуі массалар сақталу заңы негізінде жазылады. Химиялық термодинамика химиялық реакциялардың жүру бағытын анықтауға және реакциялық жүйенің тепе-теңдік күйін бағалауға мүмкіндік береді. Химиялық технологиядағы химиялық өзгерістердің жылдам жүруі, қандай да бір аралық уақытта алынған реакция өнімдерінің мөлшері, күрделі аппараттармен реакторлардың типтерін дұрыс таңдауда және олардың конструкциялық өлшемдерін есептеу сияқты практикалық мәні бар сұрақтарға жауап бермейді. Сондықтан химиялық-технологиялық үдерістерге химиялық кинетиканың заңдылықтарын қолдану керек. Химиялық кинетика дегеніміз химиялық процесс және оның механизмі мен уақыт бірлігіндегі жүріп өту заңдылықтарын зерттейтін ғылым. Химиялық реакцияның жылдамдығы – бірлік фазада (гомогенді реакциялар үшін) немесе фазалардың бөліну бірлік бетінде (гетерогенді реакциялар үшін) бірлік уақытта компоненттердің моль сандарының өзгеруі. Егер реакция немесе оның сатысы әрекеттесуші заттардың бір рет әрекеттесуі арқылы жүрсе, онда келесі кинетикалық теңдеумен өрнектеледі: A+B>R+S әрекеттесуші массалар заңына бағынады. Реакцияның элементарлы актісіне қатысатын молекуланың санына байланысты химиялық реакцияның молекулалығы бойынша моно-, би- және үшмолекулярлы реакциялар болып бөлінеді. Кинетикалық теңдеудің түрі (химиялық реакция жылдамдығының реагенттер концентрациясына тәуелділігі) реакцияның реті бойынша жік теуге мүмкіндік береді. Реакцияның реті – кинетикалық теңдеудегі реагенттердің концентрацияларының дәреже көрсеткіштерінің қосындысы. Осыған сәйкес бірінші, екінші, үшінші, бөлшекті ретті реакциялар болады. Қайтымды реакцияның тепе-теңдігінің ығысуына әсер ететін маңызды факторларға температура, қысым, реакцияға қатысатын заттардың концентрациясы жатады. Қысымның әсері. Химиялық реакцияның тепе-теңдігіне қысымның әсері реакцияға қатысатын газтәрізді заттардың моль сандарының айырымының ( Δn) немесе көлем өзгерісінің (ΔV) белгісімен анықталынады. Газдық реакциялар үшін Δn >0 болса, қысымның артуы қолайсыз әсер етеді. Тепе- теңдік оңға ығысу үшін қысымды төмендету керек. Егер реакция моль сандарының азаюымен Δn <0 жүрсе, қысымның артуы реакция тепе- теңдігін реакция өнімінің түзілу жағына қарай ығыстырады. Концентрацияның әсері. Ле-Шателье принципіне сәйкес кез келген заттың қосымша мөлшерін тепе-теңдік жүйеге енгізгенде, осы зат концентрациясының кему жағына тепе-теңдік ығысады. Сондықтан жүйеге енгізілген бастапқы заттың артық мөлшері тепе-теңдікті оңға, өнімнің артық мөлшері тепе-теңдікті солға ығыстырады. Бір реагенттің артық мөлшерін қосу арқылы басқа реагенттің айналу дәрежесін арттыруға болады. Бұл химиялық технологияда кеңінен қолданылады, яғни шикізаттың қымбат тұратын компонентін толық өзгеріске айналдыруға жетіседі. Көптеген жағдайларда үдерістің тепе-теңдігін реакциялық зонадан өнімді шығару (өнім концентрациясын төмендету) арқылы оңға ығыстыруға болады. Сондай-ақ жүйеге ылғал тартқыш заттарды (концентрлі Н2SO4 және т.б.) енгізу арқылы этерификация реакциясының тепе-теңдігін оңға ығыстыруға болады: CH3OH + CH3COOH CH3COOCH3 + H2O . Инертті газдың әсері. Тұрақты қысымда жүйеге инертті газды енгізгенде жүйенің жалпы қысымы кемиді. Егер реакция моль сандарының Δn<0 азаюымен жүрсе, жүйені инертті газбен сұйылту реакция тепе-теңдігін бастапқы реагенттер жағына ығыстырады. Ал реакция моль сандарының Δn >0 артуымен жүрсе, онда инертті газ тепе-теңдікті реакция өнімінің түзілу жағына бағыттайды. Кейбір технологиялық үдерістерде өнімнің шығымын арттыру үшін жүйені үнемі жаңа газдармен үстемелейді. Мысалы, 100 МПа қысымда алынған азотты-сутекті-аммиакты қоспада 10% инертті газ болғанда жүйенің жалпы қысымын 25 МПа-ға дейін төмендетеді. Инертті газдың тепе-теңдік жүйеге әсері туралы қорытынды Дальтон заңына негізделіп жасалған: pj = Njp ,яғни сұйылту эффектісі (NJ кемуі) жүйедегі жалпы қысымның (р) төмендеу эффектісіне сәйкес келеді. Температураның әсері. Тепе-теңдіктің ығысу бағытына температураның әсері реакцияның жылу эффектісінің белгісімен анықталынады. Яғни, экзотермиялық (солдан оңға қарай жылудың бөлінуі +Q арқылы жүретін) немесе эндотермиялық (солдан оңға қарай жылудың сіңірілуі - Q арқылы жүретін) реакциялар екенін білу керек. Осыдан температураны арттырғанда тепе-теңдік эндотермиялық реакция жағына, ал температураны төмендеткенде тепе-теңдік экзотермиялық реакция жағына ығысады. Химиялық технологияда қайтымды үдерістер кеңінен таралған. Мұндай үдерістерді жүргізу жағдайын таңдағанда тепе-теңдіктің реакция өнімінің түзілу жағына ығысу талаптарын негізге алу керек. Бұл кезде тепе- теңдіктік шығымды арттыру үшін: – экзотермиялық реакция үшін температураны төмендету; – эндотермиялық реакция үшін температуарны жоғарылату; – көлемнің азаюы бойынша жүретін реакциялар үшін қысымды арттыру; – көлемнің артуы бойынша жүретін реакциялар үшін қысымды төмендету; – бастапқы реагенттердің концентрациясын арттыру; – реакция өнімдерерінің концентрациясын төмендету сияқты талаптарды ескеру қажет жүктеу/скачать 0,64 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|