Гомогенные процессы
Осуществление и управление гомогенными процессами, протекающими в гомогенной среде, их основные закономерности. Промышленные способы гомогенизации системы при проведении химической реакции в однородной среде. Гомогенные процессы в газовой и жидкой фазах.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 08.10.2011 |
| Размер файла | 172,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Гомогенные процессы
Содержание
- Характеристика гомогенных процессов
- Гомогенные процессы в газовой фазе
- Гомогенные процессы в жидкой фазе
- Основные закономерности гомогенных процессов
Характеристика гомогенных процессов
Гомогенные процессы, т.е. процессы, протекающие в однородной среде (жидкие или газообразные смеси, не имеющие поверхностей раздела, отделяющих части системы друг от друга), сравнительно редко встречаются в промышленности. Чисто гомогенную систему получить трудно, так как любое вещество содержит примеси. Для многих промышленных процессов воздух считается гомогенной средой, а для процесса окисления аммиака тот же воздух из-за наличия в нем пыли, влаги считается гетерогенной средой. Исходное сырье всегда имеет примеси. Поэтому лишь условно можно принять за гомогенные те производственные процессы, которые протекают в газовой или жидкой фазе. В гомогенных системах реакции проходят быстрее, чем в гетерогенных.
Осуществление и управление гомогенными процессами, протекающими в гомогенной среде, значительно облегчается. Аппаратура тоже проще. Поэтому многие промышленные гетерогенные процессы включают в качестве этапа гомогенный химический процесс в газовой или жидкой фазе. Для гомогенизации системы при проведении химической реакции в однородной среде в промышленности используют разные способы:
1) Поглощение газов, конденсация паров, растворение или плавление твердых материалов приводящей к получению жидкой среды, в которой быстрее протекают реакции.
2) Испарение жидкостей или выделение из них в газовую фазу нужных компонентов и проведение реакции в газовой фазе.
Например, в башенном методе получения серной кислоты после поглощения окислов азота гомогенно идет образование нитрозилсерной кислоты. В этом же способе используется и газовая реакция окисления двуокиси серы в трехокись при каталитическом действии газообразных окислов азота. Так проводятся многие реакции синтеза, разложения. Рассмотрим характеристики некоторых реакций.
Ассоциацией называется соединение некоторого числа одинаковых молекул в более крупные частицы. Ассоциация молекул происходит как в индивидуальных веществах в жидком и газообразном состоянии, так и в растворах. Например, газообразная двуокись азота в определенных условиях дает четырехокись no2+no2 >n2o4,что и используется при прямом синтезе концентрированной азотной кислоты.
Уменьшение температуры и рост давления и концентрации увеличивают степень ассоциации и, наоборот, при повышении температуры и снижении давления и концентрации полученный компонент диссоциирует, т.е. процесс является обратимым.
Полимеризацией называют процесс соединения большого числа молекул мономера в одну большую молекулу того же состава. Следовательно, при полимеризации не происходит выделения каких - либо побочных продуктов. К полимеризации склонны ненасыщенные соединения, имеющие двойные и тройные связи, а также и насыщенные соединения циклического строения. Полимеризация непредельных углеводородов идет с выделением тепла и уменьшением общего числа молекул в системе, т.е. с уменьшением объема, например,
пСН2=СН2 > (-СН2-СН2-) n
Поэтому повышение давления и понижение температуры способствует ходу процесса. При деполимеризации происходит отщепление мономерных единиц от цепи макромолекулы. В промышленности широко используется гомогенная реакция диссоциации электролита на ионы. При высокой температуре диссоциирует и аммиак.
Эта реакция в газовой фазе начинается при 900-10000С
Крекинг - метод деструктивной переработки, являющийся частным случаем пиролиза для жидкостей и газов.
Пиролиз - это термическая переработка горючих материалов при температуре 400-1500°С без доступа воздуха. При пиролизе в результате воздействия высоких температур органические вещества расщепляются с образованием свободных радикалов, предельных и непредельных углеводородов меньшего молекулярного веса, чем исходные.
Процессы крекинга углеводородов, полимеризации, да и многие другие химические реакции протекают по цепному механизму. Зарождение цепи происходит вследствие инициирующего действия некоторых высокоактивных веществ или света, высокой температуры и т.п. Развитие цепи протекает самопроизвольно. Цепные реакции затухают из-за обрыва цепи.
Гомогенные процессы в газовой фазе
Гомогенные процессы в газовой фазе широко применяются в технологии органических веществ. Для осуществления этих процессов органическое вещество испаряется, и затем его пары обрабатываются тем или иным газообразным компонентом: хлором, окислами азота, сернистым ангидридом и т.п. Значительное применение получил парофазный пиролиз, в котором химические реакции разложения осуществляются в паровой фазе, хотя процесс в целом относится к гетерогенным, поскольку химическим реакциям в паровой фазе предшествует испарение углеводородов.
Хлорирование углеводородов или их производных осуществляется при получении органических растворителей, ядохимикатов и разнообразных продуктов органического синтеза. В зависимости от применяемых средств инициирования различают следующие методы хлорирования: термическое, фотохимическое и каталитическое. Первые два метода - гомогенные. При термическом хлорировании энергия активации равна 20 ккал/моль. Процесс осуществляется при Т=250-400°С. Чем менее реакцинно способны углеводороды, тем выше температура. При хлорировании метана последовательным замещением его водородных атомов получается смесь четырех производных
Изменяя условия процесса, соотношение исходных продуктов, режим хлорирования, можно направить реакцию в сторону преимущественного образования того или иного хлорпроизводного.
Фотохимическое хлорирование углеводородов осуществляется по цепному механизму с большой скоростью при невысоких температурах в жидкой или паровой фазе, и направление этой реакции часто бывает иное, чем при термическом хлорировании. Энергия активации фотохимического хлорирования равна 10-15 ккал/ моль.
Сульфохлорирование, т.е. одновременное действие сернистого ангидрида и хлора на предельные углеводороды , используется для производства моющих средств. Это типичная цепная реакция, которую действием ультрафиолетового света удается селективно направить в сторону образования сульфохлорида.
Интерес представляет получение хлористого винила высокотемпературным хлорированием этилена. В этом случае с повышением температуры выше 3000С реакция замещения водорода на хлор начинает преобладать над реакцией присоединения хлора по двойной связи, при этом получается хлористый винил с высоким выходом.
Гомогенно в жидкой или паровой фазе осуществляются и процессы нитрования. При парофазном нитровании исходные реагенты можно смешивать в любых соотношениях и процесс ведется при высоких температурах. При этом возрастает скорость реакции, более полно используется азотная кислота или окислы азота и резко снижается выход полинитросоединений.
Гомогенные процессы в жидкой фазе
Из большого числа процессов, идущих в жидкой фазе, можно отнести к гомогенным процессы нейтрализации щелочи в технологии минеральных солей без образования твердой соли. Например, получение сульфата аммония при взаимодействии аммиачной воды и серной кислоты. По такому принципу протекают и некоторые обменные реакции, идущие в растворах
В жидкой фазе получают простые и смешанные эфиры из спиртов, так, например, этилсульфат разлагают спиртом
происходит образование некоторых сложных эфиров, процессы гидролиза этилсерной кислоты и др.
В гомогенной среде идут и такие важные процессы, как получение адипиновой кислоты:
синтез метилового спирта в присутствии серной кислоты.
Жидкофазная полимеризация в растворах применяется в производстве лаков и некоторых смол.
Основные закономерности гомогенных процессов
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. Одномолекулярные (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 >2НI
К реакциям замещения или обмена принадлежит большое количество реакций атомов и радикалов с различными молекулами. Типичная реакция двойного обмена в растворе
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
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 2NO +02>2N02) или с перемешиванием (например, печь с горелками при синтезе хлористого водорода).
гомогенный газовая жидкая фаза
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.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Закономерности изменения расхода газовой фазы в зависимости от расхода жидкой фазы. Общий вид установки. Анализ процесса изменения расхода газовой фазы при операциях с малоиспаряющейся жидкостью (водой). Опыт с легкоиспаряющейся жидкостью (метанолом).
лабораторная работа [481,9 K], добавлен 10.09.2014Определение концентрации диоксида серы на поверхности раздела в газовой и жидкой фазах по длине колонн, необходимой поверхности и высоты слоя насадки. Расчет аспирации и отопления прядильного корпуса завода, производящего шелк по центрифугальному способу.
курсовая работа [912,6 K], добавлен 01.01.2015История, состав, сырье и продукция завода. Промышленные процессы гидрооблагораживания дистиллятных фракций. Процессы гидрокрекинга нефтяного сырья. Гидроочистка дизельных топлив. Блок стабилизации и вторичной перегонки бензина установки ЭЛОУ-АВТ-6.
отчет по практике [8,1 M], добавлен 07.09.2014Основные технологические процессы ООО "Равиоли". Организация труда и осуществление технологического контроля. Обзор ассортимента выпускаемой продукции, технологические процессы, используемые при приготовлении блюд. Структурные подразделения завода.
отчет по практике [7,1 M], добавлен 11.05.2014Особенности процесса газовой сварки. Способы определения мощности газовой горелки, расчет параметров сварочного аппарата. Технология и способы газовой сварки, ее основные режимы и техника выполнения. Описание этапов подготовки кромок и сборка под сварку.
контрольная работа [303,8 K], добавлен 06.04.2012Отвод теплоты, охлаждение водой и низкотемпературными жидкими хладоагентами. Воздух в качестве охлаждающего агента, его использование в химической технологии. Методы охлаждения и ассортимент хладоагентов, интервал температур. Основные виды хладоагентов.
реферат [269,5 K], добавлен 15.10.2011Главные функции, выполняемые горном доменной печи. Скорость реакции горения топлива, диффузия молекул кислорода в пограничный слой. Количество образующейся окиси углерода, температура и концентрация кислорода в газовой фазе. Окислительные зоны печи.
контрольная работа [145,7 K], добавлен 11.09.2013Коэффициенты теплопроводности твердых тел, жидкостей и газов. Нестационарные процессы теплопроводности, охлаждение (нагревание) неограниченной пластины. Способ определения теплопроводности жидкой тепловой изоляции при нестационарном тепловом режиме.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 20.03.2017Анализ и сравнение аппаратов для реализации процесса гомогенизации пищевых сред. Изучение особенностей клапанной, ультразвуковой и центробежной гомогенизации. Виды и устройство гомогенизаторов. Описание конструкции и принципа работы гомогенизатора А1-ОГМ.
курсовая работа [753,7 K], добавлен 25.11.2014Расчет показателей процесса одномерной установившейся фильтрации несжимаемой жидкости в однородной пористой среде. Схема плоскорадиального потока, основные характеристики: давление по пласту, объемная скорость фильтрации, запасы нефти в элементе пласта.
курсовая работа [708,4 K], добавлен 25.04.2014
