Химическая технология, ч. 1. - Гончаров А.И
Скачать (прямая ссылка):
Плазма виникає при високих температурах, що утворюються в електричній дузі, в механічних і електромагнітних ударних трубах, при високочастотних газових розрядах, ядерних реакціях і т. п.
У хімічній технології застосовується в основному низькотемпературна плазма, що утворюється в плазмових генераторах (плазмотро-
Рис. 19. Схема дугового плазмострумин-ного реактора:
/ — катод; 2— ізолятор; 3— анод; 4— сопло.
нах). В електродугових вона утворюється за допомогою електричної дуги, а в індукційних — за допомогою високочастотних газових розрядів. Низькотемпературна плазма має температуру и 15 000—30 ООО К. В такій плазмі ще є недисоційовані молекули, але в основному в ній містяться іони газу і вільні радикали. Молекули і вільні радикали в плазмі вступають в різні хімічні реакції, причому в щільній рівноважній плазмі реакції відбуваються головним чином внаслідок активуючої дії високих температур. У розрідженій нерівноважній плазмі (високоіонізо-ваній) механізм хімічних реакцій аналогічний ^амат^ая^л і фютохі-мічним реакціям, тобто активація молекул відбувається безпосередньо в результаті ударів швидких електронів або іонів.
У високоіонізованій плазмі можуть відбуватись реакції, які неможливі в інших умовах, як, наприклад, з участю важких іонів Нз", CHs", Нег", Агг\ метастабільних негативних іонів H-, P-, В-, а також вільних електронів.
У промисловості вже в багатьох технологічних процесах використовують ¦ Це процеси, в основі яких лежать ендотермічні прості, або косекутивні, реакції, для яких максимальний рівноважний вихід продукту спостерігається при високих температурах. До таких реакцій належать прямий синтез NO з повітря, добування C2H4 з CH4, відновлення оксидів металів і металоїдів, добування іонних сполук інертних газів, реакції на поверхні твердої або рідкої фази (активізація поверхні полімерів) та багато ін.
Апаратура для плазмохімічних процесів поєднує плазмотрон і реактор, реагенти при цьому надходять у зону розряду. В плазмо-струминних реакторах реагенти надходять у високотемпературний плазмовий струмінь поза зоною розряду.
На рис. 19 наведено принципову схему дугового плазмострумин-ного реактора, тобто плазмотрона з виділеним плазмовим струменем. Для таких плазмотронів характерним є розміщення катода та анода всередині корпусу і вихід плазмового струменя в реактор. Плдзмо—-трон — це циліндрична камера з вольфрамовим катодом і мідним кільцевим анодом, через який у реактор потрапляє плазмовий струмінь, для прискорення витікання якого встановлено сопло. Електроди і корпус плазмотрона охолоджуються водою.
'* Останнім часом у хімічній промисловості дедалі частіше використовують дію ультразвуку, тобто дію пружних коливань ультразвукового діапазону "частот. Цей метод застосовується для виконання фізичних стадій хіміко-технологічних процесів: розпилювання рідин (в тому числі розплавів), диспергування рідин і твердих
матеріалів до емульсій і суспензій, коагуляція аерозолів та емульсій, керування процесами кристалізації, зокрема зменшення кристалоутворення на стінках трубопроводів, сушіння і т. п.
Ультразвук інтенсифікує деякі гетерогенні процеси, перебіг яких відбувається в рідких або газових середовищах. За допомогою ультразвуку можна змінювати також перебіг деяких хімічних реакцій, прискорюючи або сповільнюючи їх, наприклад окислювально-відновні реакції, реакції полімеризації, гідролізу та ін.
Механізм дії ультразвуку полягає насамперед у механічному впливі пружних коливань на середовище. При проходженні хвиль, інтенсивність яких 1—5 Вт/см2 і більше, властивості середовища і хід гетерогенної реакції в ньому змінюються головним чином через вторинні залишкові ефекти: кавітації, радіаційного тиску і звукового вітру.
Кавітація — це утворення в рідині розривів або порожнин, запов-нЄгІиХ"пароігТ цієї рідини і розчиненим у ній газом. Заповнення цих порожнин супроводжується інтенсивними ударами. Енергія звукової кавітації є основною причиною ультразвукового диспергування суспензій, утворення нових центрів кристалізації, коагуляції аерозолів, розвитку міжфазної поверхні і т. ін. Вплив кавітації на гетерогенні процеси підсилюється дією радіаційного тиску і звукового вітру.
JPjjUanifijjjjH_jrHCK — це сила, яка виникає при падінні звукової хвилі на границю двох середовищ з різними акустичними опорами. Зв^пад^тм^тег^пов'язаний з в'язкістю середовища, в якому поширюється ультразвук. Звуковий вітер і радіаційний тиск відіграють значну роль у процесах звукового фонтанування, в прискоренні дифузії та ін.
Дедалі більшого значення в промисловості набувають штучні нерозчинні похідні ферментів, які називають іммобілізованими ферментами; їх рекомендують застосовувати в технологічних процесах, аналітичній хімії та медицині. Іммобілізація ферментів полягає в зв'язуванні ферментів з нерозчинними носіями для утворення гетерогенних ферментних каталізаторів. Такі препарати утворюються внаслідок адсорбції, ковалентного зв'язку і включення в структуру геля. Іммобілізовані ферменти мають підвищену стабільність і застосовуються в технологічних процесах як ефективні каталізатори.
