Химия-технологиялыҚ процестерінде Қолданылатын физика-химиялыҚ заҢдылыҚтар

Технологиялық процестер бірнеше физикалық және химиялық құбылыстар тізбегінен құралады. Химия-технологиялық процесі үш сатыдан тізбектелінеді: шикізатты химиялық өзгеріске дайындау, химиялық өзгерістің өзі және мақсат өнімін ажыратып алу. Ал химиялық өзгерістің өзі бірнеше өз ара байланысты сатыдан құралады: реагенттерді реакция аймағына жеткізу, химиялық реакция, өндірілген өнімді реакция аймағынан шығару.

Реагенттерді реакция аймағына жеткізу химиялық өзгеріске ұшырамайтын молекулалардың диффузиялануы немесе конвекциялануы арқылы орындалады.

Химиялық реакция технологиялық процестің негізі болғандықтан процесс нәтижесінде мақсаттық өнім және қосымша өнім немесе өндіріс қалдығы өндіріледі.

Реакция аймағынан өнімдерді бөліп алу диффузиялану немесе конвекциялану арқылы орындалады. Технологиялық процестің қарқындылығына аталған сатылар әсер етеді. Элементарлық процесс сатыларының жылдамдықтары әр түрлі болғандықтан процестің қорытынды - жылдамдығы ең баяу жүретін сатының жылдамдығымен лимиттелінеді (шектеледі).

Егер технологиялық процесс жылдамдығы реакция жылдамдығымен лимиттелінсе – процесс кинетика аймағында жүреді. Кинетика аймағында жүретін технологиялық процестердің жылдамдығы кинетика теңдеулерімен, кинетика заңдарымен анықталады.

Химиялық кинетика аймағында жүретін технологиялық процестердің жылдамдығын арттыру үшін химиялық реакция жылдамдығына әсерін тигізетін факторларды өзгерту керек.

Олар: бастапқы реагенттердің концентрациясын көбейту, температураны, қысымды жоғарылату, катализатор қолдану және т.б. Егер технологиялық процестің жалпы жылдамдығы реакцияласушы реагенттерді реакция аймағына жеткізу жылдамдығымен немесе өнген өнімдерді реакция аймағынан шығару жылдамдығымен лимиттелінсе – процесс диффузиялық аймақта жүреді. Технологиялық процесс жылдамдығын жылдамдату үшін диффузия жылдамдығын жылдамдату керек – араластыруды үдету, фазаны диспергирлеу, температураны және концентрацияны жоғарылату, жүйені гомогендеу, яғни көп фазалы жүйені бір фазалы жүйеге айналдыру және т.б.

Егер технологиялық процестің сатыларының жылдамдықтары шамалас болса, процесс ауыспалы аймақта жүреді. Процесс жылдамдығын жылдамдату үшін диффузияға және химиялық реакцияның жылдамдығына әсер ететін факторларды өзгерту керек, мысалы, реагенттердің концентрациясын және температураларын жоғарылату.

Химиялық технологияның негізгі сүйенетін заңдары орынды қолдану арқылы технологиялық процестерде оңтайлы жағдайда жүргізіп өнімнің шығымын максималды мөлшерге жеткізуге, өнімнің сапасын жақсартуға болады.

1. ФАЗАЛАР ЕРЕЖЕСІ

Фаза – көп бөлімді, әр текті (гетерогенді) жүйенің бөлімдерінен жіктелінген жеке бөлім.

Қайтымды гетерогенді процестер жүргенде фаза саны өзгермейтін жағдайға қажетті факторлар саны еркіндік дәрежесі деп аталып, ол фазалар ережесімен анықталады.

Фазалар ережесі бойынша еркіндік дәрежесі П, сырттан тепе-теңдікті термодинамикалық жүйеге әсер ететін факторлар: температурада және қысым болса, компоненттер санына (К) екі қосып фазалардың санын (Ф) алғанға тең, яғни:

П=К+2-Ф

Мұнда П – еркіндік дәрежесінің саны, К – тәуелсіз компоненттер саны, Ф – фазалар саны.

Мысалы, әк тастарын өртегенде: Ca₂CO₃ÛCaO+CO₂-Q

Ф=3 (екі қатты – СаСО₃ және СаО және бір фаза газ фазада СО₂)

К=2 П=2+2-3=1, ол температура, тек қана температураны өзгерткенде үш фаза бірдей сақталады.

2. АГРЕГАТТЫҚ КүЙ ДИАГРАММАСЫ

Агрегаттық күй диаграммасы –жүйенің агрегаттық күйінің жүйе құрамы мен оның кейбір физикалық қасиеттерінің (қайнау, балқу температурасы) тәуелділігін көрсетеді. Агрегаттық күй диаграммасынан компоненттер арасында химиялық реакцияның болу-болмауын, кристалдану процестердің басталуы мен аяқталалуын, өнімдердің қайнау температурасын, қосылыстың ыдырауын, қатты ертінділердің түзілуін, фазалар құрамын анықтауға болады және т.б. көптеген талдау жүргізіп, экспиримент арқылы анықтауға болмайтын қорытындылар шығаруға мүмкіншілік бар.

3. ТЕПЕ-ТЕҢДІКТЕГІ ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ПРОЦЕСТЕР

Химия-технологиялық процестерін жүргізгенде химиялық реакциялардың толық аяқталғанын немесе тепе-теңдікте жүретін реакцияларға оңтайлы жағдайларды орнатуды білу керек.

Жылжымалы тепе-теңдік, тіке және кері жүретін реакциялар жылдамдығы теңескенде орнайды. Динамикалық тепе-теңдікке келген жүйені жағдайын өзгертпесе, қаншада болса ұзақ уақыт сақтауға болады. Ал реакцияға қатысушы заттың біреуінің болса да концентрациясын болмашы өзгертсек болғаны, тепе-теңдігіміз бұзылып, ауып, заттардың барлығының концентрациясы өзгере бастайды. Тепе-теңдіктің бұзылуынан концентрациялардың өзгеру процесін тепе-теңдіктің ығысуы дейді.

Тепе-теңдік туу жағдайын математика тіліне аударайық:

А+БÛВ+Г

V₁=K₁[A][Б]; V₂=K₂[В][Г], химиялық тепе-теңдік кезінде V₁=V₂ демек K₁[A][Б]=K₂[В][Г] болады.

К₁ және К₂ тұрақты шамалар, ендеше олардың қатынасы да тұрақты шама, оны К мен белгілеп, тепе-теңдік константасы деп атаймыз.

Тепе-теңдік константасы әрбір реакцияны сипаттайтын өзіне ғана түрақты шама.

Дата добавления: 2015-09-03