Химическая технология, ч. 1. - Гончаров А.И
Скачать (прямая ссылка):
У системі двох рідин, які не змішуються, також створюється завислий шар важкої рідини як шар рухомої емульсії, подібний до рухомої піни. Для збільшення поверхні контактування рідин, що не змішуються, застосовують механічні або пневматичні мішалки, а для збільшення і оновлення поверхні контактування в системах T — Т, P — Т, Г — P призначаються, крім того, обертові барабани.
§ 3. ЛАНЦЮГОВІ РЕАКЦІЇ В ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСАХ
Реакції окислення і горіння, галогенування, крекінгу, полімеризації і розкладання вуглеводів та багато інших хімічних реакцій у технологічних процесах відбуваються за ланцюговим принципом і швидкість їх дуже велика.
Будь-який процес, що відбувається за ланцюговим принципом, складається з трьох послідовних реакцій: зародження ланцюга, його розвиток і обривання.
Для розривання внутрішньомолекулярного зв'язку та зародження ланцюга, тобто появи радикалів, які мають вільні зв'язки, потрібна певна кількість енергії (її містять деякі високоактивні речовини), світло, радіоактивне випромінювання, висока температура та ін. Речовини, що збуджують ланцюгову реакцію (зароджують ланцюг), називаються ініціаторами і е_своєрідними каталізаторами.
Розвиток ланцюгової реакції відбувається самочинно, оскільки утворені вільні радикали або атоми реагують з молекулами, внаслідок чого утворюються продукти реакції і нові радикали або вільні атоми, які далі реагують з новими молекулами. Найбільш сприятливими процесами будуть ті, в яких молекула зустрічається з вільним атомом або радикалом. Такі атоми або радикали, які мають неспарені валентні електрони, проникають в електронні системи молекул, енергетичний бар'єр в цьому разі невеликий і процес відбувається легко. Простота ланцюгових реакцій зумовлює їх широке застосування.
Швидкість простої ланцюгової реакції виражається формулою
де п — число вільних радикалів, що утворились; v — число ланок ланцюга, тобто його довжина. Формули для визначення швидкості розгалуженої ланцюгової реакції значно складніші.
Якщо вільні атоми (радикали) зникають, розвиток ланцюга припиняється і реакція завершується обриванням ланцюга. Обривання ланцюга може статися внаслідок зникнення вільних радикалів, насичення вільних валентних зв'язків радикалів при стиканні їх між собою, з молекулами домішок, зі стінками апарата, а також зі спеціально внесеними у невеликій кількості речовинами, які називаються регуляторами, або речовинами, що сповільнюють розвиток ланцюга. Молекули таких речовин взаємодіють з вільними радикалами або атомами і обривають ланцюг. Регулятори, або сповільнювачі, широко застосовуються в процесах окислення, полімеризації і мають велике промислове значення.
Прикладом ланцюгової реакції є процес утворення HCl, коли Cl2 під дією світла, тепла чи інших факторів розпадається на атоми, які реагують з H2, утворюючи вільні атоми Н, що далі реагують з Cl2:
Тут S — відносна поверхня реакційного апарата.
Для трьох типів реакцій — між молекулами, окремими атомами або радикалами і молекулами, які називаються гемолітичними, —
«л = "V,
(56)
Cl2 + hv -> 2Cl — зародження ланцюга; Cl + H2 HCl + H )
(57)
(58)
(59)
характерним є розривання деяких з існуючих і утворення нових електронних пар. В той же час є багато процесів, у яких руйнування існуючих і утворення нових зв'язків відбуваються без розривання або виникнення електронних пар. Це так звані гетеролітнчні реакції, до ннх належать реакції комплексоутворення, заміщення, іонні процеси та ін.
Гетеролітнчні реакції потребують більших витрат енергії, ніж гомолітнчні, але вони також відбуваються досить легко, тому що в ннх беруть участь переважно полярні молекули.
Теорія ланцюгових процесів, розроблена академіком М. М. Семе-новим, стала основою створення теорії ядерних ланцюгових реакцій.
§ 4. РОЛЬ КАТАЛІЗУ В ХІМІЧНІЙ ТЕХНОЛОГІЇ
Каталізатор^;— найбільш ефективний, а іноді незамінний засіб прискорення хімічних реакцій. Каталізатори прискорюють у тисячі і мільйони разів швидкість "хімічних реакцій, які, крім того, відбуваються при нижчих температурах. Впливаючи на хід хімічного процесу, самі каталізатори лишаються незмінними і на відміну від температури, тиску і концентрації реагентТіГне змінюють стану рівноваги, а лише прискорюють досягнення її системою. Важливою якістю каталізатора є його активність, яка вимірюється дією каталізатора на швидкість реакції і залежить від характеру самого каталізатора, його поверхні та температури процесу. Від активності каталізатора залежить температура запалювання — мінімальна температура реагуючої суміші, при якій процес відбувається з достатньою для виробництва швидкістю.
Каталітичні реакції підкоряються загальним законам хімії і термодинаміки. Відмінність лише у тому, що каталізатори значно прискорюють практичне здійснення багатьох хімічних реакцій.
Латалізом_називається зміна швидкості хімічних реакцій або їх збудження внаслідок дії речовин — каталізаторів, які беруть участь у процесах, але по закінченні їх лишаються хімічно незмінними. Каталізатори не зв'язані стехіометричними співвідношеннями з реагуючими речовинами.
