Классификация процессов по типу химических реакций

В перечне основных процессов химического производства хи­мические процессы занимают особое место и являются их важной составной частью. В основе химического процесса лежит химиче­ская реакция.

Что же такое химическая реакция? Если при определенных условиях взаимодействующие вещества изменились и создали но­вое химическое соединение, причем это превращение было свя­зано с перегруппировкой или перераспределением атомов и об­разованием новых молекул, то произошла химическая реакция.

Все химические реакции можно классифицировать по несколь­ким признакам. По механизму химического превраще­ния различают реакции простые и сложные. Для простых необра­тимых реакций характерно однократное преодоление энергетиче­ского барьера. Эти реакции не осложнены получением побочных продуктов. В ходе простой обратимой реакции продукты могут сно­ва превратиться в исходные вещества. Такой переход может осу­ществляться до тех пор, пока не установится динамическое рав­новесие, которое достигается при определенных значениях пара­метров процесса (температура, давление). Сместить равновесие в сторону получения продукта можно, воздействуя на внешние ус­ловия: температуру, давление и концентрацию вещества.

Сложные реакции представляют собой совокупность несколь­ких простых. Различают последовательные, параллельные и по­следовательно-параллельные реакции. Они часто сопровождаются получением промежуточных продуктов, которые, вступая во вза­имодействие с другими компонентами, образуют продукт.

По термическим уел о в иям реакции подразделяются на экзотермические, эндотермические и сменно-циклические. Эк­зотермические реакции протекают с выделением теплоты, что при­водит к повышению температуры реакционного объема. При осу­ществлении таких реакций следует соблюдать заданный темпера­турный режим (например, обеспечивать интенсивный отвод теп­лоты от системы). Примером экзотермической реакции является окисление диоксида серы. Эндотермические реакции сопровожда-

ются поглощением теплоты и снижением температуры реакцион­ного объема. Такая реакция протекает при крекинге нефтепродук­тов.

Химический процесс представляет собой одну или несколько химических реакций, которые часто сопровождаются тепло- и массообменными явлениями. Для каждого химического превра­щения требуется свой технологический режим — совокупность зна­чений параметров (давление, температура, состав смеси и др.)_, при которых необходимо его осуществлять.

Аппараты, в которых проводят химические реакции, называ­ют химическими реакторами. Их конструкции включают в себя из­вестные элементы, используемые для выполнения технологичес­ких операций (мешалки, теплообменные элементы и др.). Сочета­ние таких элементов позволяет осуществить в реакторе химиче­ское превращение компонентов.

К конструкциям реакторов предъявляется ряд требований. Ре­актор должен быть изготовлен из материалов, способных проти­востоять агрессивной химической среде; в реакторе требуется орга­низовать эффективный подвод (отвод) теплоты и интенсивное протекание массообменных процессов. Кроме того, необходимо, чтобы реактор был герметичным и исключалась возможность по­падания агрессивных химических веществ в окружающую среду.

Для того чтобы правильно выбрать конструкцию химического реактора и составить технологическую схему химического производ­ства, необходимо изучить механизм химической реакции и выявить факторы, влияющие на максимальную скорость ее проведения.

По фазовому состоянию, в котором находятся реагиру­ющие вещества, химические реакции разделяют на гомогенные и гетерогенные.

Гомогенные реакции протекают только в однофазной системе (газ—газ или жидкость—жидкость). Реакции в системе газ—газ характеризуются высокой скоростью и проходят при высокой тем­пературе (например, процесс горения горючего газа).

Особенностью гетерогенных реакций является их протекание на границе раздела фаз. Такие реакции могут проходить только в не­однородных системах газ—жидкость (реакции окисления раство­ров кислородом воздуха) и газ—твердое тело (полимеризация в суспензиях), а также между двумя несмешивающимися жидко­стями (полимеризация в эмульсиях).

По участию в реакции веществ, способных вли­ять на скорость ее про т е к а ни я, реакции подразделяют на некаталитические и каталитические.

Присутствие катализатора позволяет увеличить скорость реак­ции, изменить рабочие параметры процесса (температура, давле­ние). В химической технологии можно встретить также реакции, протекающие в присутствии замедлителей (ингибиторов). Иногда

один из продуктов, образующийся в ходе химического превраще­ния, становится катализатором. В этом случае процесс называется автокаталитическим.