ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Управление гетерогенными реакциями из "Основы химической технологии" В предыдущей главе мы познакомились с закономерностями химической технологии, определяемыми двумя основными свойствами обратимостью и сложностью реакций. Эти закономерности относятся ко всем без исключения реакциям, независимо от их других свойств, из которых большое значение имеет агрегатное состояние веществ, участвующих в реакции. [c.44] Реакции, в которых все вещества (вступающие в реакцию и продукты реакции) образуют однородную смесь, называются гомогенными, остальные — гетерогенными. [c.44] К гомогенным относятся реакции, образующие гомогенную газовую или жидкую смесь, например горение водорода в хлоре с образованием хлористого водорода, окисление окиси азота кислородом в двуокись азота, нейтрализация водного раствора щелочи водным раствором кислоты без образования твердой соли. [c.44] Гетерогенные реакции разнообразны в них участвуют газы и жидкости, газы и твердые тела, жидкости и твердые тела, несмешивающиеся жидкости, твердые тела. Приведем примеры гетерогенных реакций различных типов. [c.44] К гетерогенным реакциям относятся также и такие реакции, как, например, контактное окисление двуокиси серы, в которой все участники реакции — газы, но катализатор твердый. [c.44] В промышленности преимущественно проводятся гетерогенные реакции. Для управления ими необходимо знать закономерности, которые определяются их специфическими свойствами. [c.44] При проведении обратимой реакции между двумя солями в водном растворе, с целью получения новой соли, создают условия, при которых одна из образующихся солей значительно менее растворима, чем все остальные. Например, реакция между хлористым калием и азотнокислым натрием . [c.45] КС1 + NaNOg г KNO3 + Na l проводится в промышленности с высоким выходом калийной селитры при условиях, при которых хлористый натрий выпадает в осадок. Затем, охлаждая раствор, выделяют азотнокислый калий. [c.45] При данной температуре и данном давлении устанавливается равновесие—получается раствор определенного состава и газовая смесь с определенной концентрацией СО2. [c.45] СО2 + Н2О (чистая) в. р. СОд. [c.45] СО2 (конц.) + в. р. СОа конц. в. р. СО2. [c.46] Поэтому концентрация двуокиси углерода в вытекающей воде при противотоке выше, чем при параллельном токе, а расход воды меньше. [c.46] Таким образом, благодаря противотоку на обоих концах аппарата непрерывно поддерживаются условия, благоприятствующие смещению равновесия. [c.46] Общим для всех гетерогенных реакций является то, что они протекают на поверхности соприкосновения веществ, находящихся в различных агрегатных состояниях (на границе раздела фаз). [c.46] обжиг колчедана происходит иа постепенно перемещающейся в глубь зерен поверхности двусерннстого железа, нитрование бензола — на границе раздела бензола и азотной кислоты и т. д. Гомогенные же реакции протекают во всем объеме, занятом реагирующими веществами. Скорость гетерогенных процессов пропорциональна величине поверхности соприкосновения фаз. [c.46] Как вступают в гетерогенную реакцию молекулы веществ, находящиеся не на поверхности раздела фаз, а в газовой фазе Рассмотрим горение кусочка угля в кислороде. Углерод реагирует с молекулами кислорода, находящимися непосредственно у поверхности угля. Здесь образуется углекислый газ. Уголь горит, если кислород непрерывно поступает из газовой фазы к его поверхности, а углекислый газ, наоборот, перемещается в газовую фазу. Таким образом, реакция между углем и кислородом связана с диффузией кислорода и углекислого газа. Вообще все-гетерогенные реакции, в том числе и реакции между твердыми телами или между несмешивающимися жидкостями, включают стадии подвода реагентов к поверхности раздела фаз и удаления продуктов с этой поверхности или одну из этих стадий. [c.46] В общем случае реакция между газообразным и твердым веществом включает пять основных стадий перенос газообразных веществ к поверхности, адсорбцию их, реакцию на поверхности, десорбцию газообразных продуктов реакции и, наконец, отвод продуктов реакции от поверхности в газовую фазу. [c.46] Скорость всего процесса определяется скоростью наиболее медленной стадии. Особенно характерны два процесса 1) скорость химической реакции на поверхности очень велика, значительно больше скорости подвода к поверхности реагирующих веществ — реакция течет по мере поступления реагента к поверхности следовательно, скорость всего процесса равна скорости физического процесса переноса 2) химическая реакция очень, медленна, скорость ее значительно меньше скорости переноса в этом случае процесс будет протекать со скоростью самой химической реакции. [c.46] И скорость переноса, и скорость химической реакции зависят от концентраций веществ в объеме и от температуры, но эти зависимости следуют различным законам. С повышением температуры, например, скорость химической реакции резко увеличивается, а скорость диффузии газов — незначительно. Поэтому, если гетерогенный процесс тормозится скоростью переноса, повышение температуры не влияет существенно на общую скорость, процесса. Но можно повысить скорость такого процесса, увеличивая скорость тока реагирующего газообразного вещества или энергично переме--шивая реагенты. [c.46] Вернуться к основной статье