2018-01-08
14994
Хімічні реакції становлять основу хіміко-технологічних процесів і відзначаються величезною різноманітністю фазового стану реагентів, умовами і механізмом протікання. Звичайно, хімічні перетворення речовин — це хімічні реакції, що ведуть до утворення основних і побічних продуктів.
Багато хімічних перетворень протікають як упрямому, так і в зворотному напрямках, що ускладнює оцінку швидкості процесу. За цією ознакою хіміко-технологічні процеси бувають зворотні і незворотні. Незворотиі процеси протікають лише в одному напрямку, тобто утворюється кінцевий продукт, нездатний розкладатися па вихідні речовини.
Усі зворотні процеси спрямовані до рівноваги, при якій швидкість прямого процесу (реакції) дорівнює швидкості зворотного процесу. При досягненні рівноваги сумарна швидкість процесу дорівнює нулю, а співвідношення між компонентами є незмінним. Лише зміною зовнішніх умов (температури, тиску, концентрації компонентів) можна порушити рівновагу, і в системі відновляться процеси, доки не настане рівновага в нових умовах.
Високотемпературні процеси
Високотемпературними називають такі процеси, для яких основним
режимом протікання є підвищена температура. Високотемпературні процеси
є найбільш старими. Вони використовуються в металургії, в хімічній
промисловості, промисловості будівельних матеріалів. До
високотемпературних належать процеси термічної і хіміко-термічної обробки заготовок і деталей.
Регулювання температурного режиму найбільш важливий і універсальний засіб збільшення швидкості процесу підвищеннявиходу готового продукту. Більшість високотемпературних процесів протікають при температурах понад 900 °С. Проте є такі процеси, які протікають при значно нижчих температурах, але їх відносять до високотемпературних, оскільки температура є основним фактором інтенсифікації цих процесів для одержання максимального виходу готового продукту з високими техніко-економічними показниками.
Високотемпературні процеси доступні, леткі в управлінні, універсальні. Для їх протікання використовують печі різних конструкцій.
Хоч підвищення температури позитивно впливає на хід хіміко-технологічного процесу, на практиці застосування високих температур для інтенсифікації процесів часто обмежується. При цьому враховуються як економічні, так і технічні фактори.
З розвитком науки і техніки, з появою нових видів впливу на речовину і нових методів інтенсифікації технологічних процесів високотемпературні процеси поступаються більш прогресивним. Наприклад, високотемпературні процеси в кольоровій металургії витісняються електрохімічними, у виробництві кислот— каталітичними. Або їх доповнюють такими прогресивними діями, як лазер, ультразвук, плазма та ін.
Каталітичні процеси
Каталітичними називають процеси, які протікають в присутності
каталізаторів— речовин, що змінюють швидкість хімічних реакцій і при
цьому залишаються незмінними. Каталізатор не змінює стану рівноваги, а
лише прискорює її досягнення системою. Каталізатор найбільш
ефективний, іноді незамінний засіб збільшення швидкості хімічних реакцій.
Роль каталітичних процесів у сучасних технологіях сьогодні важко переоцінити. В хімічній промисловості і суміжних з нею галузях понад 90% нових технологій становлять каталітичні процеси.
Важливою рисою каталізатора є його вибіркова дія, тобто здатність впливати на швидкість одних реакцій і не впливати на інші. Можна вести вибірковий каталіз.
Каталізатори можуть бути тверді, рідкі, газоподібні. До твердих належать метали і їх оксиди. Тверді каталізатори використовують у вигляді зерен, гранул, таблеток. Тверді каталізатори використовують найчастіше. Рідкі каталізатори це луги, кислоти. Газоподібні каталізатори використовують дуже рідко.
Залежно від агрегатного стану каталізатора та реагуючих речовин каталітичні процеси поділяють на гомогенні, гетерогенні і мікрогетерогенні.
Гомогенні процеси — каталізатор і реагуючі речовини утворюють одну загальну фазу, найчастіше газ або рідину.
Гетерогенні процеси — каталізатор і реагуючі речовини утворюють різні фази і каталітична реакція проходить на межі їх поділу. Звичайно каталізатор твердий, а реагуючі речовини рідкі або газоподібні.
Мікрогетерогенні процеси каталізатор твердий у вигляді колоїдних частин і реагуючі речовини рідкі.
Чітких меж між цими процесами немає, суть 'їх однакова. Якщо один з продуктів для даної реакції є каталізатором, процес називається автокаталітичним.
Розрізняють негативний каталіз, коли процеси сповільнюються під дією антикаталізаторів (інгібіторів).
Апаратами для каталітичних процесів є башти, камери, колони, реактори.
Фотохімічні процеси
Фотохімічними називають хімічні процеси, які протікають під дією світла або спричинюються ним. Молекула речовини при поглинанні кванта світла переходить в активний стан, а далі вступає в хімічну реакцію. Продукти фотохімічної реакції часто беруть участь у різних вторинних реакціях, які приводять до утворення кінцевих продуктів.
Фотохімічні реакції протікають як в природі, так і в промисловості. Найбільш типова фотохімічна реакція в газовій фазі дисоціація молекул з утворенням атомів і радикалів. Та при дії короткохвильового ультрафіолетового випромінювання, якому піддається, наприклад, кисень, утворюються активні молекули кисню, які далі дисоціюють на атоми:
O2+hv → O2*
O2* →o+o,
де h ≈ 6,626 • 10-34 Дж' С— постійна Планка; V— частота випромінення; О2 — активна молекула кисню.
Ці атоми вступають далі в хімічну реакцію з киснем, утворюючи озон:
О + 02 →Оз. Такі процеси проходять, наприклад» у верхніх шарах атмосфери під дією випромінення Сонця.
Багато фотохімічних реакцій є ланцюговими окислення органічних речовин киснем, хлорування, бромування водню і вуглеводню, піроліз, полімеризація. На початку реакції утворюється невелика кількість активних атомів або вільних радикалів, які швидко реагують з молекулами вихідних речовин. Але на кожній наступній стадії реакції знову утворюються подібні активні частинки, тому їх концентрація весь час залишається більш — менш постійною. Виходить, що одна активна частинка здатна викликати цілий ланцюг реакцій, що послідовно повторюються.
В кожній фотохімічній реакції розрізняють три стадії:
• поглинання світла і перехід молекули в електронно-активний стан;
