Химическая технология, ч. 1. - Гончаров А.И
Скачать (прямая ссылка):
/Для кількісної оцінки інтенсивності роботи різних апаратів і для технологічних розрахунків виробничих процесів краще користуватись не виходом продукту х, а константою швидкості процесу kt__
..-яка в гетерогенних процесах назйтзаєтьси коефіцієнтом Масопередачі. Константа швидкості процесу на відміну від виходу не залёжйТК^ від часу т і концентрації реагуючих речовин с, а її залежність від температури легко визначається за рівнянням Арреніуса
k = k0eRT ¦ (43>
Основні формули для обчислення швидкості процесу для ГЗДГТРП-них реякгтій визначають за законом діючих мас
и 4= —= kvbc, (44),
або
и — —.— = «Де. dx
(45>
Для гетерогенних, процесів (при фазовому перетворенні речовини) рівняння масопередачі визначається аналогічно рівнянню Ньютона (1) для теплопередачі
и = — = kFbc, (46)
dG . .
= и — сумарна швидкість процесу, визначена диференціалом
де
dx
збільшення кількості продукту dG за час dx; k — константа швидкості процесу, яка є функцією кількох факторів (насамперед температури), що впливають на процес//у)— поверхня контакту реагуючих фаз; ^6' — рушійна сила процесу*-/
Константа, або коефіцієнт швидкості процесу, k є складною величиною, що залежить від хімічних і фізичних властивостей реагуючих речовин, конструкції апарата, швидкостей потоків реагуючих мас або ступеня перемішування компонентів у гомогенному середовищі. Для гомогенних процесів дифузія не відіграє важливої ролі. Перебіг процесу відбувається в кінетичній області. Для гетерогенних процесів дифузія в багатьох випадках насамперед обмежує швидкість процесу, тобто процес відбувається в дифузійній області.
Для підвищення швидкості процесу треба знайти способи збільшення визначальних величин — рушійної сили Ac, константи швидкості реакції k та поверхні контактування реагуючих речовин F1
Збільшення рушійної сили Ac процесу досягається збільшенням концентрації реагуючих компонентів у вихідних матеріалах (сировині), підвищенням тиску, відведенням продуктів реаШрГ1з~з6ии реакції. Спосіб" збільшення концентрації рЖГуїочих компонентів у вихідній сировині залежить від агрегатного стану матеріалу і пов'язаний зі збагаченням сировини.
Важливим фактором, що впливає на швидкість реакції,_є_едергія активації молекул, яка визначає ту частину стикань молекул, що "приводять "до реакції. 4Terje6jx. реакції буде тим інтенсивнішим, чим більшою буде концентрація молекул і чим меншою буде енергія їх активації. - - — .
Підвищення концентрації реагентів зумовлює не тільки прискорення реакції, а й зменшення об'єму апаратури, виробничих площ, економію транспорту, матеріалів і т. ін.
Підвищення тиску впливає як на швидкість процесу, так і на стан рівноваги. Найбільше впливає тиск на швидкість процесів, які відбуваються в газовій фазі або між газами, рідинами і твердими тілами. Іноді підвищеним тиском користуються для затримання процесів розкладання вихідних речовин і виділення газоподібних продуктів реакції. Зі збільшенням тиску збільшується коефіцієнт теплопередачі, тобто збільшується ступінь використання тепла. В окремих випадках збільшення тиску призводить до зовсім інших наслідків реакції, як, наприклад, у процесах газифікації твердого палива.
Без застосування тиску деякі процеси хімічної технології взагалі не можна реалізувати, як, наприклад, синтез NH3, CH3OH, поліетилену, гідрування вугілля та ін. Застосування надвисокого тиску дає змогу здійснювати процеси без каталізаторів.
Кількісно вплив тиску визначається кінетичними рівняннями. Швидкість реакції в газовому стані пропорційнаJTHgKy в^степені, що дорівнює порядку реакції. Найбільший вплив тиску на реакції високого порядку, але зі збільшенням тиску може змінюватись~логдядок "реакції п і зменшуватись константа-цивидкостГ М. Кінетичне рівняння залежності швидкостРреакції від тиску має такий вигляд:
„ = J-JjP- = мр. (47)
де Дір — парціальний тиск продукту в газовій суміші; Ap — рушійна сила процесу. Для модельної реакції (29), якщо вона необоротна або перебіг її далекий від стану рівноваги,
Др = ртАрпв. (48)
Для адсорбції, абсорбції, конденсації та інших процесів перетворення газоподібних компонентів у тверду або рідку фа&У_За^ШИЛПГІЕю з рівнянням іЗБТТїївддТїїсть
~"~ и = -^- = Rf Др. (49)
Якщо процес необоротний або_далекий від рівноваги, то
---" Др=Г рТГ " ~~ (50>
де рг — парціальний тиск компонента в газовій фазі; Ap — рушійна сила процесу.
Для процесів десорбції газів і випаровування рідин прискорення» процесу і збільшення виходу досягається зниженням тиску, тобто застосуванням вакууму.
' У твердофазних процесах, в зв'язку з незначною стисливістю твердих тіл, ефективними будуть тільки надвисокі тиски, які зумовлюють перебудову електронних оболонок атомів, деформацію молекул і зрушення фазової рівноваги. Таким шляхом з вуглецю, розчиненого в розплавлених металах, при надвисоких тисках до 1010 Па і температурах до 2400° C виробляють штучні алмази.
Найбільш ефективним засобом зміни константи швидкості реакції є зміна температурного режиму системи.
