Хімічна кінетика вивчає питання швидкості хімічних перетворень. Одні реакції протікають миттєво, тоді як дру-Гії можуть тривати години і роки. Важливо вміти впливати на швидкість реакції. Збільшити швидкість хімічної реакції можна, напри-заходів, підвищивши температуру проведення процесу. Від швидкості ре-акції залежить вибір розміру реактора і його продуктивність.
Для гомогенної середовища швидкістю хімічної реакції називаючи-ють кількість речовини, витраченої або одержуваного в ході реакції в одиниці об'єму за одиницю часу. В цьому випадку ско-кість реакції пропорційна зміні концентрації С ве-щества, що вступив в реакцію або утворюється при реакції за одиницю часу:
Для гетерогенного середовища швидкістю хімічної реакції називають кількість речовини, витраченої або одержуваного в ході реакції при одиничної площі поверхні розділу фаз за оди-ніцу часу. Швидкість хімічної реакції залежить від природи реагуючих речовин, їх концентрації, температури і присутності-наслідком каталізатора.
У хімічній кінетиці часто використовують формалізований опис хімічної реакції. Рівняння реакції записують у вигляді стехиометрического рівняння, яке може виглядати, наприклад, наступним чином:
де а, b, с - стехіометричні коефіцієнти відповідних речовин.
Константа швидкості реакції | залежить від природи реагую-чих речовин, температури і присутності каталізатора і визна-ляется за рівнянням Арреніуса
де - коефіцієнт; Е - енергія активації, Дж / кмоль; R - універсальна газова постійна, R = 8310 Дж / (кмоль • К); Т - температура, К.
Швидкість реакції визначається числом зіткнень реагуючих речовин, яке, в свою чергу, залежить від концентрації реагуючих речовин. Для реакції, що протікає відповідно
з рівнянням (24.1), швидкість по речовині А визначається c допомогою рівняння
де - показники, звані порядком реакції і рівні, стехиометрическим коефіцієнтам а й b в рівнянні (24.1). На приклад, для реакції окислення оксиду азоту
рівняння для швидкості реакції має вигляд
Мірою глибини хімічної реакції є ступінь перетворюється-щення речовини, яка показує частку вихідних речовин прореагировавших в даній реакції. У разі якщо в реакції навчаючи-ствует не один, а кілька реагентів, ступінь перетворення оп-чати по кожному реагенту.
Іншою важливою характеристикою ефективності проведення процесу є вихід продукту - відношення реально напів-ченного кількості продукту до теоретично можливої.
Оскільки в ході проведення хімічної реакції крім це-лівого продукту часто утворюються і побічні продукти, в хімічній технології використовують таку характеристику процесу, як селективність - відношення кількості вихідної речовини витраченого на отримання необхідного продукту, до загально-му кількості вихідної речовини, що вступив в хімічну взаємодію.
Ступінь перетворення речовини, вихід продукту і селективність є безрозмірними характеристиками ефективності хі-чеських реакцій і змінюються в інтервалі від нуля до одиниці.
Для того щоб підійти до питання конструювання і вибору хімічного реактора, необхідно вміти правильно складати рівняння матеріального і теплового балансів.
Порядок складання таких рівнянь розглянуто в гл. 1. Тут відзначимо, що для визначення кількості теплоти, що утворює-ся в результаті проведення хімічної реакції, можна восполь-тися рівнянням
де - масова витрата речовини, що бере участь в хімічній реакції; - тепловий ефект реакції, значення якого зави-сит від конкретної реакції і знаходиться з довідковою літерату-ри; - ступінь перетворення речовини А.
Для підтримки швидкості реакції на високому рівні необ-ходимо грамотно управляти хімічним процесом. Вибір спосо-ба управління залежить від типу реакції.
Розрізняють такі способи управління процесом: управ-ня часом його проведення, концентраціями реагуючих речовин, температурним режимом процесу; створення розвиненої міжфазної поверхні; підтримання необхідної активності ка-талізатора (для каталітичних реакцій).
Управляти часом проведення процесу можна, здійснюючи його в періодичному, безперервному, полуперіодіческом і змін-но-циклічному режимах.
Управління концентраціями реагуючих речовин досягається декількома шляхами: рециркуляцією непревращенного сировини (по-дачею його на вхід реактора), підведенням сировини в різні точки ре-акційного обсягу і секціонуванням робочого об'єму реактора.
Управляти температурним режимом можна шляхом проведення хімічного процесу в адіабатичному, ізотермічному або политропического режимі.
При здійсненні гетерогенних процесів важливим є створення розвиненої міжфазної поверхні. Для реакцій в системі газ-рідина це може бути досягнуто шляхом інтенсивного диспер-гірованія газу в рідині.
При проведенні каталітичних реакцій необхідно підтрим-жание активності каталізатора на високому рівні, що досяг-ється його циркуляцією або регенерацією, а якщо цього недолік в-чно, то повною або частковою заміною.
1. Що вивчає хімічна кінетика? Що являє собою хі-чна реакція? Які бувають реакції?
2.Від яких чинників залежить швидкість хімічної реакції?
3. Які вимоги висувають до конструкцій хімічних реакторів?
4.Пріведіте визначення таких понять, як ступінь перетворення речовини, вихід продукту і селективність.
5. Які чином можна управляти хімічним процесом в реакторі?