2. Способы повышения скорости гомогенных процессов.

1. Повышение концентрации исходных веществ.

2. Повышение давления для газофазных гомогенных процессов

3. Повышение температуры

4. Перемешивание – в случае мгновенно протекающих реакций, когда gradC_i ≠ 0

3. Гетерогенные системы

Гетерогенные системы – это системы, состоящие из двух и более фаз, представляющие собой совокупность целого ряда параллельных и последовательных стадий, включающих и гомогенную химическую реакцию.

В гетерогенных системах реагирующие вещества, которые могут находиться в разных фазах, и образовывать двух, трех и четырех фазные системы.

В химической технологии наиболее часто встречаются двух фазные системы

- газ – жидкость

- газ – твердое

- жидкость – твердое

Из трех фазных: - газ – жидкость – твердое

- газ –Ж₁ – Ж₂

Имеют место реже четырех фазные:

- газ – Ж – Тв₁ – Тв₂

За отдельную фазу принимают только основные компоненты и не учитывают фазовое состояние примесей.

Гетерогенные процессы являются более сложными по механизму протекания, по сравнению с гомогенными, поскольку реагирующие вещества находятся в разных фазах и подвод их к поверхности раздела фаз, где и происходит само химическое взаимодействие, осуществляется в результате молекулярной или конвективной диффузии.

В любом гетерогенном процессе можно выделить 3 основные стадии одновременно протекающие:

1. Диффузия реагента в границе раздела фаз

2. Химическое превращение сырья в конечные продукты

3. Диффузия продуктов реакции из зоны реакции.

Скорость гетерогенного процесса будет определяться несколькими факторами. Ее можно выразить:

W = K*F*ΔC,

где К – константа скорости химической реакции

F – поверхность контакта фаз

ΔС – движущая сила процесса.

В зависимости от того, какая из стадий будет протекать наиболее медленно, можно выделить 3 случая:

1.Скорость химической реакции значительно меньше, чем скорость диффузионных процессов. Суммарная скорость будет определяться только скоростью химической реакции. Гетерогенный процесс протекает в кинетической области.

2. Скорость диффузии значительно меньше, чем скорость химической реакции. Суммарная скорость будет определяться скоростью диффузионных процессов. Такой процесс будет протекать в диффузионной области.

3. Скорость химической реакции и скорость диффузии приблизительно сопоставимы, т.е. процесс будет определяться и скоростью диффузии, и скоростью химического взаимодействия. Гетерогенный процесс протекает в переходной области.

4.Лимитирующая стадия процесса – наиболее медленно протекающая стадия процесса.

При изучении гетерогенных процессов на начальном этапе с помощью различных научных методов определяется или устанавливается лимитирующая стадия процесса.

Только после выявления лимитирующей стадии создают условия для ускорения протекания лимитирующей стадии. Это является залогом повышении скорости гетерогенного процесса в целом.

6. Методы увеличения скорости гетерогенных процессов

1) увеличение концентрации реагирующих веществ. Поскольку скорость будет определяться ΔС = (С_г – С_пов), то для увеличения скорости нужно повысить ΔС. ΔС повышается при повышении концентрации реагента в объеме реакционной среды или с повышением давления, а также с выведением продуктов реакции из среды проведения реакции.

Повышение давления является эффективным способом в случае гетерогенных процессов в системе «газ-жидкость». При выведении продуктов из зоны реакции понижается объем реакционной среды, С_г будет увеличиваться.

2) увеличение температуры. Особенно этот фактор является решающим, когда процесс протекает в кинетической области.

3) увеличение поверхности контакта фаз. В случае «газ-жидкость» - применение различных насадок.

Создание пенного режима, когда поверхностью контакта является внутренняя поверхность пузырьков газа. Чем меньше пузырьки, чем меньше слой жидкости, тем больше поверхность соприкосновения.

Измельчение поверхности твердой фазы в системе «газ-твердое» или «жидкость-твердое».

4) применение эффективного перемешивания реакционной среды.

Сопоставление гетерогенного и гомогенного процессов говорит о том, что скорость протекания гомогенных процессов более высокая, по сравнению с гетерогенными процессами. В случае гомогенных процессов реакция протекает на уровне молекул. В гетерогенный процессах скорость является результирующей величиной скоростей химического взаимодействия как основной так и побочных реакций, а также скоростью конвективного и диффузионного перехода через межфазную поверхность.

В практических условиях стремятся перевести гетерогенный процесс в гомогенный. Перевод твердое в расплавленное состояние, предварительное растворение твердых компонентов. Газы конденсируют или растворяют их в жидкости.