Химия технологиялық процестер кинетикалық сипаттамаларына әсер ететін факторлар

Химиялық реакцияның жылдамдығ ы ә р тү рлі болады. Кейбіреулері ө те тез, біреулері баяу болады. Оның жылдамдығ ы басқ а процесстердің жылдамдығ ы сияқ ты уақ ытпен ө лшенеді.химиялық реакция жылдамдығ ына: ә рекеттесуші заттардың табиғ аты, қ ысым, температура, ә рекеттесуші заттардың концентарциясы жә не катализатор ә сер етеді. Ә рекеттесуші заттардың табиғ атының ә сері. Заттың табиғ атының хим.реакцияның жылдамдығ ына ә сері ү лкен. Кейбір реакциялар ө те тез, біреулері баяу жү реді.

Мыс: а) 2Rb+2H2O=2RbOH+H2(қ опарылыс болады). б) Ag+H2O=реакция ө те баяу жү реді, айлап, жылдап ө теді. Температураның ә сері. Заттардың ө зара ә рекеттесулері ү шін олардың бө лшектері бір- бірімен соқ тығ ысуы қ ажет. Соның нә тижесінде бө лшектердің электрон бұ лттарының тығ ыздық тары ө згеріп, жаң а хим-қ байланыстар тү зіледі. Жылдамдық тың тем-ғ а тә уелділігін Вант- Гоффтың эмпирикалық ережесімен бағ алуғ а облады: «тем.ә рбір 10º С-қ а артқ анда реакцияның жылдамдығ ы 2-4 есе ө седі»: Вант-Гофф ережесінің математикалық тең деуін реакцияның жылдамдық константаларының не жылдамдық тарының арақ атынасы арқ ылы ө рнектейді:

T1-t2/10

Ut2/Ut1= Yнемесе к t+10/ k t= y =2-4

Мұ нда y-жылдамдық тың температуралық коэф.

Аррениус тең деуі. Аррениус кө птеген реакцияларда температура жоғ арылағ ан кезде жылдамдық тың артып сызық ты болмайтынына назар аударады. Реакция жылдамдығ ының константасы мына тең деуі:

lgK=lgA-(Eакт/2, 3RT)

Бұ л тең деу Аррениус тең деуі деп аталады. Мұ нда Еакт – активтену энергиясы, R- молярлы газ тұ рақ тысы, Т-абсолют температура, А-молекулалар арасындағ ы бір секунд ішіндегі жалпы соқ тығ ысу саны. Соқ тығ ысу молекулалардың рекацияғ а қ олайлы ориентациялары кезінде молекулалар арасында болады. реакция жылдамдығ ына концентарцияның ә сері. Хим-қ реакцияның тез жү руі ү шін ә рекеттесуші заттардың молекулалары жиі тү йісулері қ ажет екендігі анық талды. Тү йісуді жиілендіру ү шін алдымен ә рекеттесуші молекулалардың санын, демек концентрациясын ө сіру керек. Реакцияның жылдамдығ ына ә рекеттесуші заттардың концентарциясының ә серін Норвегия ғ алымдары Гульдберг жә не Вааге 1867 жылы мынадай қ орытындығ а келді: Хим-қ реакцияның жылдамдығ ы реакцияласушы заттардың концентарцияларының кө бейтіндісіне тура пропорционал. Мұ ны ә рекеттесуші массалар заң ы деп атайды. Катализатордың ә сері. Хим-қ реакцияның жү ру жылдамдығ ына «бө где» заттардың ә сері болатындығ ы XVIII-ғ асырда белгілі болды. 1812 жылы орыс химигі Кирхгоф крахмалғ а кү кірт қ ышық ылын араластырып қ ыздырса оның қ антқ а айналатынын, бірақ реакция нә тижесінде кү кірт қ ышық ылы ө згермей қ алатынын байқ ағ ан. Сө йтіп реакцияның жылдамдығ ына катализатор заттардың ү лкен ә сері болатындығ ы анық талды.Катализатор- реакцияның жылдамдығ ын ө згертіп, бірақ реакция нә тижесінде ө здері хим-қ ө згермей қ алатын заттарды айтамыз.Қ алыпты жағ дайда ә рекеттеспейтін кейбір заттар катализатор қ атысында реакцияласа бастайды. Катализаторлар реакцияның жылдамдығ ын млн есеге дейін ө сіре алады. Катализатор қ атысуымен жү ретін процестер табиғ атта жә не ө неркә сіпте ө те кө п. Тірі организмдегі толып жатқ ан процестерде, мысалы ас сің іруде, органикалық катализаторлар- ферменттер, ө сімдіктердің қ оректенуіне топырақ та болатын минералдық ферменттер қ атысады. Кей жағ дайда ә р тү рлі катализатор қ олдану арқ ылы бір заттан тү рлі ө німдер алуғ а болады. Катализатор қ атты, сұ йық, газ кү йінде болады.Қ атты катализаторлардың катализаторлық активтігінен айырылып қ алуы оп-оң ай, себебі кейбір басқ а заттар аз мө лшерде араласып кетсе катализатор уланып қ алады, мұ ндай заттарды каатлизатордың уы деп атайды.Мыс: H2S, HNC, As, Se, Te қ осылыстары платина катализаторын уландырады. Реакцияны баяулататын заттарды ингибаторлар деп атайды. Катализатордың ә серінен жылдамдығ ы ө згеретін процесті каталитикалық процесс не катализ дейді.

Активтену энергиясы.Активтенген компелкс. Молекулаларды активті кү йіне айналдыру ү шін жұ мсалатын қ осымша энергия активтену энергиясы деп аталады. Активті молекулалардың соқ тығ ысуы нә тижесінде хим-қ реакция жү руі мү мкін. Жү йенің энергетикалық ө згеруі нә тижесінде активті молекулалардың жалпы саны ө суі мү кін. Электрон тығ ызыдығ ының қ айта таралуы жә не жаң а хим-қ байланыстардың тууы мү мкін болатын ара қ ашық тық қ а бө лшектер жақ ындайды. Соғ ан байланысты соқ тығ ысатын бө лшектердің электрон бұ лттарының арасында туатын тебісу кұ штерін игеруге жеткілікті энергиясы болуы керек. Мұ ндай реакцияғ а қ абілетті бө лшектер активтігі деп аталады, ал энергетикалық барьерді игеруге қ ажетті энергия реакцияның активтену энергиясы деп аталады. Ө зара ә рекеттесу процесінде болатын бө лшектер тобы активті компелкстер деп аталады. Молекулалар реакциясына қ атысатын байланыстар толық ү зілгендегі реакция жолына, активті комплекс тү зу арқ ылы жү ретін реакцияның жолы энергетикалық тиімді болатыны кө рсетілген. Сондық тан, кө птеген реакциялар аралық активті комплекстер тү зу арқ ылы ө теді. Олай болса, активтену энергиясы ә рекеттесуші заттарды активті комплекс кү йіне ауыстыруғ а қ ажетті энергия болып табылады.

Химиялық технологияның негізгі заң дылық тары. Жұ мсалу коэффициентінің мә ні. Ө згеру, конверсия дә режесі. Процестің ө німділігі. Ө нім шығ ымы.

Технология табиғ и жә не жасанды шикізаттарды тұ тыну жә не ө ндіріс заттарына айналдыратын негізгі ә дістер мен процестерді зерттейтін ғ ылым. Технология механикалық жә не химиялық болып екіге бө лінеді. Машиналар мен аппараттарда жү ретін операциялардың тізбекті сипаттамасы технологиялық кесте деп аталады. Химиялық технологияда ө ндіріс ө німділігі, ө нім сапсы, аппарат интенсивтілігі, ө німнің ө з қ ұ ны, материалдық жә не жылу балансы жә не т.б. негізгі ұ ғ ымдар қ олданылады. Химико-технологиялық процесс ә рекеттесуші компонентті реакция зонасына ә келу, химиялық реакция, ө німді реакция зонасынан ә кету сияқ ты физикалық жә не химиялық сатылардан тұ рады.заттардың жә не энергияның бағ ыты: тік немеес параллелді, қ арама-қ арсы жә не қ илысу бағ ыты бойынша жү реді. Химиялық технология процестері химиялық реакция қ атысында жү ретін – химиялық жә не физикалық болып, жү ретін реакция бойынша тотығ у-тотық сыздану, қ ышқ ылдық негіздік, қ айтымды, қ айтымсыз, жай, кү рделі, кинетикалық жә не диффузиялық салады жү ретін болып бө лінеді. Технологиялық аппараттарды жү ретін технологиялық процестер гомогенді жә не гетерогенді болып жіктеледі. Химиялық процестер қ айтымды жә не қ айтымсыз болады. Қ айтымсыз реакциялар аяғ ына дейін толық жү реді, ал, қ айтымды реакциялар тура жә не кері бағ ытта жү ретіндіктен оларғ а тепе-текдік орнау тә н болады. Химиялық технологиядағ ы тепе-тең дік Ле-Шателье принципіне бпғ ынады. Технологиялық процестердің жылдамдығ ы реакцияның кинетикалық немесе диффузиялық салада жү ретініне байланысты. Жылдамдық ә сер етуші массалар заң ына бағ ынады.

Химиялық реакторлар деп – диффузия, жылу алмасу, араластыру т.б. секілді физикалық қ ұ былыс химиялық ө згеріс тудыруғ а қ ажетті жағ дай жасайтын, нә тижесінде белгілі массадағ ы немесе кө лемдегі ө нім алынатын аппаратты атайды. Реакторғ а дейін орналасқ ан аппараттар шикізатты химиялық ө ң деуге арналса, реактордан кейінгілері реатордан шық қ ан ө німді бө луге негізделген. Реакторғ а: жоғ ары ө німділік пен интенсивтілік, жоғ ары ө нім шығ ымы мен процестің жоғ ары селективтілігі, жылуды терең пайдалану, технологиялық режим тұ рақ тылығ ы, жұ мыс қ ауіпсіздігі, бағ асының арзандығ ы секілді талаптар қ ойылады. Реакторлар: операция сипатына, ә рекеттесуші массаның фазалық қ ұ рамына, процестің жылу эффектісіне, қ ысымғ а, араластыру дә режесіне, температуралық режимге байланысты ә р тү рге бө лінеді. Ө ндіріс орындарында идеалды шығ ару, араластыру жә не аралық операциялы реакторлар моделі жиі кездеседі. Идеалды шығ ару реакторында барлық бө лшектер белгіленген бағ ыт бойынша арттағ ы ағ ым, алдыдағ ын толық ығ ыстыра отырып, қ озғ алады. Идеалды араластыру реакторында реагент бө лшектері (ион, молекула, қ атты зат тү йіршіктері) белгілі уақ ытта аппаратқ а тү сіп, қ атты араластыру арқ ылы басқ а бө лшектермен бірге аппараттан шығ ады.