КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по предмету
ОБЩАЯ ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
Выполнил студент
Ф.И.О: Смирнов В.
Специальность: ООС(б)- зу 51
Шифр: 140010548
Проверил: Дахова Е.В.
Хабаровск 2017
Кинетика гомогенных кинетических реакций.
Гомогенные процессы, как правило, идут в кинетической области, т. е. общая скорость процесса определяется скоростью химической реакции, поэтому закономерности, установленные для реакций, применимы и к процессам, идущим в газовой и жидкой среде. С точки зрения кинетики, химические реакции можно классифицировать по молекулярности, т. е по числу молекул, принимающих одновременное участие в элементарном акте химического превращения, и по порядку реакции. Порядок реакции равен сумме показателей степеней при концентрациях реагирующих веществ в кинетическом уравнении реакции. Чаще всего порядок реакции не совпадает с ее молекулярностью. По молекулярности реакции подразделяются на моно -, би и тримолекулярные и по порядку - первого, второго и дробного порядка.
1. 0дномолекулярные (мономолекулярным) реакции. К ним относятся:
- реакции внутримолекулярных перегруппировок А—Д, например, изомеризация, инверсия;
- реакции разложения А —Д +Д'.
В виде примера можно указать крекинг этана С2Н6 — С2Н4 +Н2
2.Двумолекулярные (бимолекулярные), в которых элементарный акт осуществляется в результате встречи двух одноименных (2 А) или разноименных (А+В) молекул исходных веществ. Бимолекулярные реакции в свою очередь можно подразделить на:
- реакции присоединения А +А —АА, А +В — АВ и разложения 2А—Д +Д'
- реакции замещения или обмена А +ВВ' — АВ + В'
- реакции двойного обмена АА' +ВВ' — АВ + А'В'
К бимолекулярным реакциям присоединения относятся присоединение атома или радикала к молекуле непредельного соединения и ассоциация насыщенных молекул. Например,
С2Н4 +Н2 —>С2Н6, Н2 +I2 —>2Н1
К реакциям замещения или обмена принадлежит большое количество реакций атомов и радикалов с различными молекулами. Типичная реакция двойного обмена в растворе
КС1 +NN03 —№С1 + KN03
3.Трехмолекулярные, где встречаются и вступают в химическое взаимодействие три молекулы, могут быть реакции присоединения, обменного типа и реакции рекомбинации.
3А —Д, 2А +В —Д +Д'... А +А' +В — Д +Д'....
Так протекает взаимодействие хлорного железа и хлористого олова в водном растворе
2БеС13 +Snd2 —2БеС12 + Snd4
Каждому из перечисленных типов реакций соответствует свое кинетическое уравнение, связывающее концентрации реагентов со временем.
Влияние концентраций реагирующих веществ определяется законом действия масс, который является основным законом химической кинетики.
Зависимость скорости химической реакции от температуры сильно изменяется при возрастании порядка реакции. С ростом концентрации исходных веществ скорость реакции до достижения равновесного выхода увеличивается тем сильнее, чем выше порядок реакции. Скорость реакции наиболее сильно зависит от концентраций тех реагирующих веществ, которые входят в наибольшем
количестве в уравнения химических реакций. При этом скорость многомолекулярных реакций с повышением концентраций будет возрастать быстрее, чем скорость реакций более низших порядков. Для повышения концентраций реагентов в гомогенных системах применяются следующие методы:
- для газов: выделение из газовой смеси в более концентрированном виде, сжатие или сжижение, растворение газов для проведения реакции в растворе;
- для жидкостей: выпаривание, вымораживание, что позволяет получить раствор более насыщенный реагентами, или же дополнительный ввод реагента в раствор.
Давление влияет на увеличение скорости как прямой, так и обратной реакции пропорционально числу реагирующих молекул. Таким образом, давление влияет в основном через увеличение концентраций реагентов, что практически относится к реакциям, идущим в газовой среде, особенно с уменьшением объема. Давление на скорость реакций в растворах влияет очень мало.
Перемешивание ускоряет процессы, протекающие в диффузионной области вследствие замены медленной молекулярной диффузии быстрым конвективным переносом реагентов в зону реакции. Типичные аппараты для проведения гомогенных процессов.
Для гомогенных реакций, проводимых в газовой среде, можно использовать реакционные аппараты простого устройства, в частности, полый объем без перемешивания (например, окислительный объем при окислении 2N0 +02—2N02) или с перемешиванием (например, печь с горелками при синтезе хлористого водорода).
Для процессов в жидкой фазе также используются реакционные емкости без перемешивания (баки, цистерны, котлы) и смесители с механическим (лопастные, пропеллерные и др. виды мешалок), пневматическим, струевым, центробежным и прочими видами перемешивания. Перемешивание обеспечивает не только получение однородных физических смесей, но и интенсификацию многих реакций и идущих при этом процессов тепло и массообмена. При работе под давлением применяют автоклавы.
Реакторы идеального смешения. Зависимость степени превращения от температуры в РИС непрерывного действия.
Реакторами идеального (полного) смешения называются реакторы непрерывного действия, в которых осуществляется турбулентный гидродинамический режим. В них потоки реагентов смешиваются друг с другом и с продуктами химического превращения. В РИС-Н параметры, движущая сила процесса и скорость процесса постоянны по объему реактора (т.е. во времени), причем отклонение средней движущей силы от постоянного значения равно нулю
Характер изменения движущей силы процесса в реакторах различного типа можно проследить на таком параметре как температура. В данном случае движущая сила процесса равна разности между предельным значением температуры t s и значением действительной (рабочей) температуры t, т.е. At = t s - t
На рисунке представлен характер изменения температуры и движущей силы процесса в реакторах непрерывного действия идеального смешения (РИС - Н).
Изменение движущей силы ЛТ в реакторах РИС – Н
T s - предельная температура, достигаемая в процессе (температура теплоносителя), Т н - начальная температура реагентов в реакторе, L - длина реактора (его объем) Тк - конечная температура в реакторе, АТ - средняя движущая сила процесса